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基子线阵CCD的长距离传输外总线的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:介绍了线阵CCD光积分时间的自适应控制原理,推出了外总线接口电气协议,完成了单同轴电缆双向时分复用传输外总线的设计,满足了长距离传输的工程实用要求。
  关键词:线阵CCD光积分时间外总线自适应控制
  
  线阵CCD在图像传感和测量技术领域的应用中发欣极为迅速。为满足自适应测量的工程化需要,设计出了基于线阵CCD的单同轴电缆双向时分复用传输外总线。
  
  在数据采集测量系统中,CCD视频信号的最大幅度需要调理到ADC的满量程。CCD信号的最大幅值的决定因素有三个:CCD器件的光电灵敏度、光积分时间和屯照度。在选定CCD器件后,该值只取决于光积分时间和光照度。
  
  在不同工作现场和工作现场的不同时段,光强是经常变化的,如果CCD器件的光积分时间固定,则光照度的变化将导致CCD视频输出信号幅值的变化。而实际上所希望的是,在光照度变化的情形下,应保持视频输出信号最大幅值稳定,这可通过光积分时间的自适应控制来实现。在CCD信号采用二值化数据处理和像元细分处理过程中,一帧数据中被检测对象的量测信息往往在边界特征和像元信号的幅度最值位置,故光积分时间的改变不影响静态被测量。
  
  1CCD器件驱动简介
  
  现以TOSHIBA的TCDl501C为例进行介绍,其驱动脉冲波形如图1所示。
  
  当SH信号为低电平时,Φ1(包括Φ1O和Φ1E)电极下的势阱和存储栅势阱隔离,CCD处于光积分状态;当SH为高电平时,SH电极下形成的深势阱沟通了存储栅势阱和Φ1电极下的势阱,信号电荷包全部转到移位寄存器,而后在Φ1E,O,B和Φ1E,O,B脉冲的作用下依次移位,最后经输出电路由OS端输出。
  
  SH的脉冲周期即为光积分时间。以像元信号的幅值为被控制量,通过改变SH的脉冲周期使视频输出的幅度最值保持在ADC的满量程,从而实现光积分时间的自适应控制。
  
  2系统组成
  
  该采集系统包括三大部分:CCD传感头、信号采集板和微型机。传感头和采集板之间采用单同轴电缆作为双向复用传输总线,其原理框图如图2所示。
  
  CCD的各驱动信号由CPLD产生,视频输出经过驱动器进入同轴电缆。信号采集板通过ISA口和微机接口,板上采用FPGA作为电路的逻辑控制器,光积分脉冲由FPGA产生,其周期的调节由FPGA的VHDL软件或微机采集软件控制。在接口协议的调控下,将CCD视频信号和光积分脉冲信号双向时分复用单同轴电缆作为信号和控制的传输总线。
  
  3总线的电气接口原理
  
  CCD传感头中晶振选定后,Φ1和Φ2的信号频率也随之确定,CCD像元视频信号移位输出时间也就固定了。例如:TCDl501C共5076个像元(除5000个曝光像元外,还有前64个和后12个哑元),晶振频率为20MHz,CPLD输出的Φ1和Φ2频率为2.5MHz,视频输出速率为5MHz,所以一帧CCD信号输出时间为5076/5MHz=1.0152ms。如果光积分时间为2ms,则在剩余近lms的时间内,CCD输出的是空操作,视频信号幅值接近箝位高电平。总线原理和控制信号定时关系图如图3所示。
  
  系统在上电初始状态设置同轴电缆两端开关电平,使光积分通道开通。从定时关系中可见,光积分脉冲的

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