基于FPGA的CCD驱动设计

电荷耦合器件()作为新兴的固体成像器件即图像传感器，具有体积小，重量轻，分辨力高，噪声低，自扫描，工作速度快，灵敏度高，可靠性好等优点，受到人们的高度重视，广泛应用于图像传感、景物识别、非接触无损检测、文件扫描等领域。驱动电路的实现是应用技术的关键问题。以往大多是采用普通数字芯片实现驱动电路，CCD外围电路复杂，为了克服以上方法的缺点，利用VHDL硬件描述语言．运用技术完成驱动时序电路的实现。该方法开发周期短，并且驱动信号稳定、可靠。系统功能模块完成后可以先通过计算机进行仿真，再实际投入使用，降低了使用风险性。

1 硬件设计
CCD的硬件驱动电路系统的核心器件是SPARTAN系列芯片XC3S50；CCD采用Atmel公司的CCDTH7888A图像传感器；CCD驱动脉冲由XC3S50提
供，脉冲信号产生后由驱动模块对脉冲电压进行变换使其符合TH7888A的驱动电压要求。CCD像素输出电压经过A／D转换模块处理电路VSP2272芯片的处理得到数字信号，最后为了方便传输和方便后续模块对数字信号的处理将数字信号由TTL电平转换成LVDS电平进行输出，整个系统如图1所示。

1．1 TH7888A简介
CCD图像传感器采用THOMSON公司生产的TH7888A。它是一种高性能的帧转移面阵CCD器件，采用四相脉冲驱动工作，并提供电子快门的功能；同时，它具有2种输出的模式：单路输出和双路输出。其主要的性能参数如下：
光敏区和存储区均为1024×1024像素；速度可以达到30 images／s以上；像元尺寸为14 mm×14 mm；感光区面积为14．34 mm×14．34 mm；光谱波长范围在400～700 nm之间；像元输出频率为20 MHz。
1．2 XC3SC50简介
XC3S50属于XILINX公司SPARTAN3系列的(现场可编程逻辑门阵列)，是一种高性能器件，其特点是：器件运用90 μm加工技术；具有高性能低功耗的特点；逻辑密度达1 728个可用门；3路电源供电即I／O端口供电为1．2～3．3V，核心供电1．2V，辅助功能供电2．5V；带有2 KB容量分布式RAM和7KB容量的BLOCK RAM，高级的逻辑时钟管理功能。Ahera公司QuartusⅡ开发系统提供应用设计支持。

2 软件设计
CCD驱动时序用VHDL描述。VHDL是可以描述硬件电路功能、信号连接关系的语言，其具有比电路原理图更有效地表示硬件电路的特点。由于它与硬件电路无关等优点，用来设计电路时可大大提高开发效率。
由芯片的结构可以知道，CCD的1个周期分成感光和转移2个阶段，如图2所示。