基于VHDL的图像传感器TCDl206的驱动设计

　　电荷耦合器件CCD(Charge Couple Device)是集光电转换、电荷储存、电荷转移为一体的新型光电传感器件。该器件的主要功能是将光学图像转换为电信号。当对其施加特定时序脉冲时，其存储电荷能在CCD内作定向移动，从而实现自扫描.输出电压信号的大小与CCD单元存储的电荷多少成正比，CCD单元存储电荷多少与光的强度和CCD单元光积分时间成正比。与传统的光电传感器相比，CCD图像传感器具有输出噪声小，动态范围大，光谱响应范围宽，分辨率高，输出信号线性度好，功耗低，体积小，寿命长等优点。而CCD应用的关键就是获取驱动脉冲，这里分析线阵CCD-TCDl206的工作原理和对驱动时序的要求，在此基础上设计合理的脉冲产生方案。该设计采用复杂可编程逻辑器件CPLD作为硬件设计平台，通过超高速硬件描述语言VHDL描述驱动方案，采用Altera公司的仿真软件QUARTUS II对其驱动脉冲进行仿真。

　　1 TCDl206的主要特点

　　TCDl206是一款高灵敏度、低暗电流、2 160像元的双沟道线阵CCD图像传感器。由2 236个PN结光电二极管构成光敏元阵列，其中前64个和后12个是用作暗电流检测而被遮蔽的，中间2 160个光电二极管是曝光像敏单元，每个光敏单元的尺寸为长14μm、高14μm，中心距亦为14μm。光敏元阵列总长为30.24 mm。

　　TCDl206的主要特性有：1)光敏像元数为2 160像元;2)像敏单元为：14μmxl 414μm(相邻像元中心距为14μm);3)光谱范围为250～l 100 nm：4)光敏区域采用高灵敏度PN结作为光敏单元;5)时钟为二相(5 V);6)内部电路包含采样保持电路，输出预放大电路;7)采用22引脚DIP封装。

　　2 TCDl206的结构原理和引脚功能

　　2.1结构原理

　　TCDl206是二相电极的双沟道线型CCD，其结构原理如图1所示。中间一排是由多个光敏二极管构成的光敏阵列，有效单元为2 160位，其作用是接收照射到CCD硅片的光，并将其转化成电荷信号，光敏元两侧是存储其电荷的MOS电容列一存储栅。MOS电容列两侧是转移栅电极SH。转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，其输出部分由信号输出单元和补偿单元构成。

　　2.2引脚功能

　　TCDl206器件采用DIP封装，各引脚功能如表1所示。

　　3 驱动时序及驱动设计

　　3.1驱动时序分析

　　TCDl206在图2所示的驱动脉冲作用下工作。当SH脉冲高电平到来时，φ1脉冲为高电平，其下形成深势阱，同时SH的高电平使φ1电极下的深势阱与MOS电容存储势阱沟通。MOS电容中的信号电荷包通过转移栅转移到模拟移位寄存器的φ1电极下的势阱中。当φSH由高变低时，φSH低电平形成的浅势阱将存储栅下的势阱与φ1电极下的势阱隔离开。存储栅势阱进入光积分状态，而模拟移位寄存器将在φ1与φ2脉冲的作用下驱使转移到φ1电极下的势阱中的信号电荷向左转移，并经输出电路由OS电极输出。DOS端输出补偿信号。