线阵CCD图像传感器驱动电路的设计

1 引言

电荷耦合器件(CCD．Charge(Couple Device)是20世纪60年代末期出现的新型半导体器件。目前随着CCD器件性能不断提高．在图像传感、尺寸测量及定位测控等领域的应用日益广泛．CCD应用的前端驱动电路成本价格昂贵，而且性能指标受到生产厂家技术和工艺水平的制约．给用户带来很大的不便。CCD驱动器有两种：一种是在脉冲作用下CCD器件输出模拟信号，经后端增益调整电路进行电压或功率放大再送给用户：另一种是在此基础上还包含将其模拟量按一定的输出格式进行数字化的部分，然后将数字信息传输给用户，通常的线阵CCD摄像机就指后者，外加机械扫描装置即可成像。所以根据不同应用领域和技术指标要求．选择不同型号的线阵CCD器件，设计方便灵活的驱动电路与之匹配是CCD应用中的关键技术之一。

本文以TCD1501C型CCD图像传感器为例．介绍了其性能参数及外围驱动电路的设计．驱动时序参数可以通过VHDL程序灵活设置．该电路已成功开发并应用于某型非接触式位置测量产品中。

2 CCD工作原理

CCD是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。当光入射到CCD的光敏面时．CCD首先完成光电转换．即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上．CCD根据光的强弱积聚相应的电荷．产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。基于上述将一维光学信息转变为电信息输出的原理，线阵CCD可以实现图像传感和尺寸测量的功能。图1为CCD光谱响应曲线。

                             
 
3 驱动电路的实现

线阵CCD TCD1501C的主要技术指标如下：像敏单元数为5 000；像元尺寸为7μm