基于电子快门自动增益的CCD驱动电路研究

　　如图1所示，帧转移信号SH两个连续下降沿之间的时间tINT即为光积分时间，在这段时间光敏单元开始将接收到的光信号转化为电信号，并将电荷包按奇偶顺序转移到模拟移位寄存器中。该时间的长短不再依赖于基础时钟信号ΦM，与传统的其他型号的CCD有很大不同。只需要调节脉冲的占空比FF可实现对光积分时间的调整，可以很大程度地缩短tINT，同时不需要改变基础时钟的频率，避免了高频干扰。

　　在光积分时间范围内，伴随着复位脉冲上升沿的到来CCD光敏单元开始产生反映光信息的电荷包。电荷包以奇偶顺序被送到光敏单元两旁的转移栅中，在数据时钟的驱动下经过CCD内部数据处理电路输出OS信号。

图1 TCD1304的驱动脉冲波形图

　　2 驱动信号的硬件实现电路

　　驱动信号硬件电路的整体框图如图2所示：采用高稳定性的有源晶振产生基础脉冲信号CP，再通过计数分频产生两个脉冲信号，经过J－K触发器，分时选通，即可得到复位脉冲信号ICG，以ICG为触发信号，触发单稳触发器CD4538生成占空比可调的帧转移信号SH。

　　因此，缩短光积分时间只要调节SH信号的占空比即可，不需要再提高基础时钟的频率。

图2 驱动电路整体框图

　　图3即为复位脉冲ICG、帧转移信号SH的实验调试结果，实验表明，此种原理调节光积分时间更加灵活方便，而且稳定度好、精度高。

图3 ICG，SH波形时序图

　　3 数据采集及自动增益控制的实现

　　自动增益控制的实现主要是通过控制CCD的输出信号使其保持在一定范围内，既不会因峰值过大而饱和失真，也不会困峰值太小而影响测量精度。这个范围的确定可根据实际需要确定。峰值大于范围上限时缩光积分时间，避免出现饱和失真的现象。反之，当小于范围下线时延长光积分时间，以使光敏单元得到足够的曝光量。

　　CCD的输出信号是模拟量，需要经过一系列的处理，放大、倒相、峰值保持等，将得到的峰值信号经过A/D转换送入单片机。单片机通过得到的数字量发出控制命令，调节单稳触发器的数字式电位计，改变SH信号的占空比，光积分时间也随之改变，实现自动增益控制。

　　整体框图如图4所示。

图4 数据采集系统整体框图