AD9847的原理及其在CCD 成像系统中的应用

随着晶圆工艺的不断发展，CCD相机和摄像机的发展也趋于小型化、智能化、功能多样化。随着45 nm甚至40 nm技术的发展，无论是消费级还是科学级摄像机，设计师们在设计时更愿意选择小型且功能强大的芯片。ADI公司推出的业界通用AFE已经配置于多种知名的高性能数码相机和数码摄像机，凭借这种技术专长，ADI现已能够为用于高端数码相机、数码摄像机以及高性能科学和工业图像处理应用（例如，机器视觉、生物医学图像处理和碰撞测试分析)的互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件(CCD)图像传感器提供专业的AFE数据转换器。

1 CCD成像系统组成

CCD成像系统设计领域较多，包括光学系统、机械系统、电源供电系统、CCD驱动电路系统、状态控制系统及图像数据处理系统等[1]。本系统框图如图1，其中光学镜头部分没有标出。系统处理流程为：CCD在驱动信号控制下，将经由光学镜头透过的光信号变换为电信号，即模拟视频信号。视频信号分为左右两边经两路AD9847进行模数转换，转换后数字信号送入FPGA进行一系列处理最终送至终端。系统中FPGA采用XILINX公司的XC4VLX25。一般FPGA处理后的信号根据终端的不同而相应地给出标准信号以便进行图像显示。该系统中终端为高清监视器，故最终接口为HDSDI接口。

AD9847在系统中需与FPGA联合工作。因AD9847集成TD(Timing Driver)，所以可以为CCD提供垂直驱动信号、复位信号、箝位信号及消隐信号。系统中CCD采用柯达KAI-2093^[2]，最高工作频率为40 MHz，系统工作频率为37.125 MHz，RG信号的窄脉冲达到200 MHz高频；FPGA是系统中的核心器件，如果以上信号都由FPGA提供，则对FPGA有很高的性能要求，故采用驱动信号由AD9847与FPGA联合提供的方式工作。AD9847的加入使得成像系统体积减小、操作简便。AD9847不同于其他AFE的地方就是它除了可以对视频信号进行相应处理外还，可以为CCD提供足够驱动能力的驱动信号，最高可达24.5 mA。

2 AD9847的介绍

2.1 主要特点

AD9847是美国ADI公司的一款面向CCD的、完善的低功耗单通道模拟信号处理器。AD9847可以工作在三种模式下，对面阵CCD信号、模拟视频信号和普通的交流信号进行A/D转换。AD9847以其高精度、高速度的模数转换能力，及其所具有的完善的性能结构，广泛应用在工业控制、医疗仪器、科学研究等领域的高精度图像采集系统中^[3]。

AD9847的主要特征：

(1)10 bit、40 MHz的A/D转换器；

(2)40 MHz相关双采样（CDS）；

(3)-2 dB～+10 dB像素增益放大器（PxGA）；

(4)2 dB～+36 dB，10 bit可变增益放大器（VGA）；

(5)低噪声可变增益控制的箝位电路；

(6)模拟视频信号预息影功能；

(7)精准的时钟核，40 MS/s时的分辨率为500 ps；

(8)3线串行接口配置；