一种多功能数字可见光CCD相机的设计

    1 引言

    随着IC工艺的飞速发展,半导体器件的集成度越来越高,芯片的功能越来越丰富,为低功耗小体积相机的发展提供了机遇。同时,人们对数字化的要求不断提高,对相机的功能要求越来越多,CCD相机也正向着数字化、多功能和智能化方向发展。本文设计了一种数字可见光CCD相机,系统采用高灵敏度可见光黑白CCD、集成度很高的时序驱动IC芯片、具有多功能的数字信号处理芯片,使该相机具有小体积、多种功能,以及成像质量较好的特点。

    2 相机整体设计

    相机的构成框图如图1所示。其中,CCD驱动电路提供CCD电荷转移的行(H)场(V)信号、复位时钟RG,衬底时钟信号SUB,同时,为信号处理电路提供同步信号。CCD信号处理电路对CCD输出的信号进行模数转换(ADC)、数模转换(DAC)、相关双采样(CDS)、自动增益控制(AGC)、伽玛校正和背光补偿等信号处理。视频处理电路对DAC后的视频信号进行处理,使之适合显示设备对视频信号的要求。通过计算机对I2C通信电路发送指令,并调整视频数字处理电路中信号处理功能的参数。同时用计算机接收来自图像采集电路的图片。电源变换电路提供相机工作的+3.3 V、+5 V、+15 V和-9 V直流电源。

    3 电路设计

    在该相机的设计中采用了SONY公司的图像传感器芯片ICX259AL,并运用该公司的CXD2463R为CCD提供行场驱动信号,此驱动芯片内嵌视频同步信号发生器。信号处理电路采用了CXD3152R芯片对CCD信号进行处理,采用MAXIM公司的MAX9503GEEE芯片对数模转换的视频信号进行显示前处理。

    3.1 时序驱动电路的设计

    该部分电路以CXD2463R为设计基础。它为CCD提供两相行驱动信号、四相场驱动信号、复位时钟和衬底时钟;该芯片内部还具有外同步功能、电子快门功能、同步信号发生器,提供四种背光补偿窗口时钟。同时,还为CCD信号处理电路提供箝位、复合同步、复合消隐、采样/保持等脉冲信号。电路模块如图2。

    3.1.1 外同步功能

    外同步就是通过外置同步信号发生器将特定的同步信号送入相机的外同步输入端,以满足对相机的特殊控制需要[1]。具有外同步功能的相机,可以使多台相机同频同相地工作,它广泛应用在医疗观测、机器人视觉等领域。CXD2463R支持以线性锁定、行场和复合同步为外部输入信号的三种外同步方式外同步一般通过锁相环电路实现。

    本设计采用行场同步信号为外同步输入信号。相机锁相基本工作过程是:相位比较的输出信号通过有源低通比例积分滤波器,滤除信号中的高频成分和噪声,产生一个控制电压来控制压控晶振的输出频率。如图3是相机外同步电路框图。