TDI-CCD相机信号处理电路的设计实现

    1.引言

    在航天航空遥感中, TDI- CCD 作为图像传感器得到越来越广泛的应用[1-3], 采用 TDI- CCD 作为焦平面探测器具有灵敏度高、光谱响应范围宽、动态范围大、线性度好等优点。TDI- CCD 相机在摄影时通过推扫成像, 无需运动部件, 系统的可靠性高, 可实现连续摄影。

    本文将结合实际项目, 以 TDI- CCD 相机视频处理电路为例, 着重介绍 VSP2210 在低噪声 TDI- CCD 相机视频信号处理中的应用, 并对所设计的视频信号处理电路进行实验测试。

    2. TDI- CCD 相机视频信号处理电路

    传统的 TDI- CCD 相机系统组成一般如图 1 所示, TDI- CCD 相机视频信号处理电路主要包括前置放大、相关双采样、可变增益放大、模数转换等环节。通过一系列的处理, 可以减小 CCD 视频信号中的噪声及干扰, 恢复其直流电平, 保证输出幅度, 提高输出信号的信噪比。其中前置放大、相关双采样、可变增益放大和 A/D 转换电路是由各自独立的器件完成的, 具有电路复杂, 调试不方便,体积大等缺点, 不利于更广泛地应用。

    近年来随着信息技术的飞速发展, 专用信号处理芯片应用使得TDI- CCD 相机系统电路设计有了很大的改进, 把相关双采样、可变增益放大和 A/D 转换电路都集成到一片器件中, 减少了独立的器件.提高了电路系统的可靠性, 电路的设计和调试的方便性和系统的稳定性都有所提高。本文主要分析了专用 CCD 信号处理芯片 VSP2210 工作原理, 并在此基础上设计了 TDI- CCD 信号处理电路。图 2 所示为应用专用信号处理芯片的 TDI- CCD 相机系统组成图。

    3.VSP2210 介绍

    BB 公司的 VSP2210 器件是专用的数字 CCD 相机信号处理器件,不仅有采样、保持部分, 而且包括了钳位、可编程增益放大、模数转换部分。它能对 CCD 输出信号进行处理和模数转换。采用相关双采样技术提取图像信息, 增益控制范围可以达- 6db~+42db, 暗电平钳位给出准确的暗电平参考, 输入信号钳位和 CDS 输入偏移校正性能也很好,可靠的增益控制。此外, 暗电平在增益改变后会很快重新建立, 两个片上通用 8 位数模转换器, 可以提供不同模拟控制电压, 功能框图如图3 所示:

    (1)相关双采样(CDS)部分

    CCD 输出信号通过耦合电容去除直流分量, 进入 CDS 部分。在CCDIN 管脚的模拟输入信号范围是 1VP-P, 通常 CDS 合适的电压范围是 0.5V 到 1.5V 之间。在 SHP 有效期间, 参考电平被采样; 在 SHP 的后沿, 电压保持在采样电容 C1上。在 SHD 有效期间, 数据电平被采样; 在 SHD 的后沿, 电压保持在采样电容 C2上。开关电容放大器实现两个电平的相减。SHP 和 SHD 的有效极性可以通过串口设置。