行间转移型面阵CCD图像采集系统的研究

3 视频信号处理模块
视频信号处理模块是连接CCD输出和后端数字处理的桥梁，是决定图像质量的关键因素之一，也是调试中的一个难点。其主要功能有：线性放大、直流箝位、相关双采样、低通滤波，模数转换。如果这些功能都采用分立元件来实现，则有电路复杂、成本高、调试困难等缺点。因此，系统采用了CCD信号专用处理芯片CXA2006Q和CXD2310AR来完成对CCD输出信号的处理。
3．1 相关双采样技术
由于CCD输出的原始视频信号中，除包含有幅值很小的有效视频电压信号(一般只有几百毫伏)外，还混杂有幅度较大的复位脉冲干扰，致使有效的视频信号常常淹没在噪声中。相关双采样(CDS)就是根据CCD输出信号和噪声信号的特点而设计，它能消除复位噪声的干扰，可以显著改善信噪比，提高信号检测精度。CDS采用两级高速采样保持器(S／H)，一级用来采集复位电平，即在复位脉冲过去之后至信号电荷包到来之前某一时刻的电平；另一级用来采集像元信号电平，即在水平时钟串扰后到信号电荷到来前的某一时刻电平：然后将两次采集的电平进行差分比较，就得到了实际的信号电平。
系统选用Sony公司的CXA2006Q作为前端放大器，其采用相关双采样技术CDS(correlated double sampling)提取图像信息，内部集成有CCD信号AGC(自动增益控制)控制范围可以达到8dB～38dB，具有良好的输入信号钳位和CDS输入偏移校正性能， 并提供暗电平钳位给出准确的暗电平参考，同时为A／D提供精确的参考电平。图4为示波器上观察到的CCD输出的原始视频信号经CXA2006Q去噪后的纯净视频信号。

3．2 模数转换
前端放大器CXA2006Q的输出是模拟信号，为便于数据压缩和传输，需要把它转换成数字信号，根据技术指标要求，系统选用Sony公司低功耗高精度的CXD2310AR作为模数转换器。它是一款逐次逼近型A／D转换器，分辨率为10bit，最高采样频率20MSPS，最大功耗为1 50mW，最大采样延时6ns。CXD2310AR在采样脉冲控制下把模拟视频信号转换成数字视频信号，并按规定的格式驱动输出。

4 智能电源模块
面阵CCD系统设计的另一难点是能够提供稳定的多电压，且各电压上电顺序可控的智能电源模块的设计。实现上电顺序的控制有多种方式，比较典型的方式是利用晶体管做开关，由外部控制电平作为控制输入。利用CPLD的输出来控制三极管的基极，双极型线性稳压器MC34063升压(降压)后的输出接PNP三极管的射极。经试验证明，选用MC34063输出的电压会随负载的变化而不稳定且电压纹波较大，进而对整个系统的硬件电路造成较大的干扰。因而采用Maxim公司的MAX685芯片，本芯片专为面阵CCD上电控制应用而设计，具有两个独立的正负电压输出端口；可选择的上电顺序以及逻辑电平控制上电开关；其工作频率可以和外频率同步，并有输出正常标志电平(POK)，易于实现反馈控制。同时采用MAX687为CPLD及视频信号处理电路提供3．3V的稳定电压。

5 结论
在分析行间转移面阵CCDICX098AK驱动时序关系的基础上，完成了驱动时序发生器的软硬件设计。采用专用视频处理芯片对CCD原始模拟信号进行去噪、量化，运用USB2．O的传输接口进行图像数据的高速传输，整个系统运用VHDL语言进行硬件编程，简化了硬件开发的难度和复杂度，减小了系统的体积和功耗，满足CCD采集系统向高速、小型化、智能化发展的需要。