数码相机的CCD前端系统方案

    CCD(电荷藕合组件)

    因不同种类的工作需求，业界发展出不同的类型的CCD：Line(线型)，Interline(扫描)，Full-Frame(全景)和Frame-Transfer(全传)。线型CCD是以一维感光点构成，通过步进马达扫描图像，由于照片是一行行组成，所以速度较二维的数码相机来得慢，这种 CCD大多用在平台式扫描仪上。扫描型的 CCD 曝光后所产生的电荷都被转移到附近的移位寄存器，通过垂直传送向下转移到底部，按一定排序输出，它的优点在于曝光后即可将电荷储存在寄存器，继续拍照速度较快，缺点是寄存器占用了感光面的面积，相应地牺牲了动态范围，这种CCD成本较低，多用在监视器、拍照机、或低档数码相机上。全景 CCD 是一种架构更简单的感光设计，鉴于扫描型的缺点，全景型可以利用整个感光区域(没有寄存区的设计)，有效增大感光面积，同时也适应长时间曝光，其曝光过程和线型相同，不过感光和电荷输出过程是分开的。因此全景CCD的数码相机在传送电荷时必须使用机械快门(无法使用电子快门)，同时，也限制了全景CCD 的连续拍照的能力。全景型大多用在专业级相机上。全传 CCD 的架构介于扫描和全景之间，有时也叫全扫描型，它分成上、下部分，上半部分是感光区，下半部是暂时存储区。整体来说全传 CCD 非常类似全景CCD，它的特点在于直接规划一个大型寄存区。一旦全传 CCD 工作，它可以迅速将电荷转移到下方的寄存区中，本身可以继续曝光拍照。这种设计，让全传同扫描一样可以使用电子快门，同时也可以增加感光面积和速度，兼顾动态和静态的拍摄能力。大多数数码相机采用此类 CCD。

    一般数码相机都带有预览(Preview)和录像(Rec)功能，在这里电子快门就起到了关键的作用。图 2 为电子快门控制像素的曝光过程。

    图 3 为 CCD 内部示意图，当一幅图像曝光后，就需要将感光电荷从 CCD 输出，为了让感光的电荷输出，电荷先到垂直寄存器，通过垂直驱动脉冲(Φ 1~ Φ9)将每一行的电荷转移到水平寄存器，水平寄存器在水平驱动脉冲(Φ H1，Φ H2)驱动下，往 CCD OUT 方向移动，在末段有一放大器，ΦRS，Φ H1，ΦH2 脉冲的作用下将电荷转换为电压，从 CCDOUT 输出。

    CDS(相关两次取样)

    业界所称的CDS 是由时序发生器(TimingIC)、垂直驱动器(V-driver)、模拟信号处理器(AFE IC)集成的IC。它提供CCD的工作时序、电平并将 CCD 输出的模拟信号进行取样、放大、模数转换，将图像数据传给DSP进行图像处理。

    时序发生器有一个寄存器，通过3根串口线进行各种设定：模式设定(拍照、录像或预览)，电子快门和速度，ΦRS，ΦFR,ΦFCDS,Φ FS, Φ ADCK, Φ DCLK 相位调整，等等。