基于CPLD的CCD驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)增益調(diào)整

1、    基于CPLD的CCD驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)增益調(diào)整摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butteccd（charge couple device）是一種電荷藕合式光電轉(zhuǎn)換器

2、件。在物體位移測(cè)量系統(tǒng)中,常常以ccd作為位移傳感器。當(dāng)一束曝光器發(fā)出的激光照射到被測(cè)物體上并發(fā)生漫反射時(shí),反射光將經(jīng)透鏡聚焦后成像在ccd上,以使ccd光敏單元感光,從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)移電荷。這樣ccd驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的驅(qū)動(dòng)脈沖以反映物體位移信息,輸出的信號(hào)為模擬信號(hào)。經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后,便可由后續(xù)處理電路采集和運(yùn)算。實(shí)際測(cè)量工作中,由于工作環(huán)境、光照強(qiáng)度或被測(cè)物體的不同,會(huì)使得照射到被測(cè)物體表面的激光束的反射率變化比較大,因此,ccd上成像點(diǎn)的光強(qiáng)就會(huì)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱。ccd光敏單元在過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱光線照射下,會(huì)產(chǎn)生過(guò)飽和或不飽和的電荷,從而使輸出的模擬信號(hào)不能滿足數(shù)據(jù)采集要求,因而不能真實(shí)反映被測(cè)物體的

3、位移信息,影響最后計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,而產(chǎn)生了較大的誤差。鑒于以上原因,為了能夠得到準(zhǔn)確的被測(cè)物體的位移結(jié)果,應(yīng)使ccd測(cè)量系統(tǒng)輸出的模擬信號(hào)峰值盡量穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)。cpld復(fù)雜可編程邏輯器件具有集成度高,體積小,速度快等特點(diǎn)。通過(guò)cpld能夠以廠家提供的cad工具為開(kāi)發(fā)平臺(tái),結(jié)合原理圖編輯與vhdl語(yǔ)言軟件編程,以在cpld中實(shí)現(xiàn)數(shù)字硬件中的大多數(shù)邏輯電路1。因此,本文所設(shè)計(jì)的ccd自動(dòng)增益系統(tǒng)的核心部分選用cpld來(lái)實(shí)現(xiàn)。ccd信號(hào)的自動(dòng)增益調(diào)整ccd傳感器輸出的模擬信號(hào)與入射光光強(qiáng)、幀轉(zhuǎn)移頻率有關(guān)。其大小隨入射光光強(qiáng)的增大而增大,隨幀轉(zhuǎn)移頻率的增大而減小,因此,通過(guò)改變?nèi)肷涔獾墓鈴?qiáng)或幀轉(zhuǎn)

4、移頻率就可以調(diào)整輸出的模擬信號(hào)峰值。本系統(tǒng)就是采用調(diào)節(jié)幀轉(zhuǎn)移頻率來(lái)達(dá)到自動(dòng)增益調(diào)整的目的。一般情況下,幀轉(zhuǎn)移脈沖由ccd驅(qū)動(dòng)電路輸出,其頻率大小直接影響ccd傳感器的積分時(shí)間。幀轉(zhuǎn)移頻率越小,傳感器積分時(shí)間越長(zhǎng),相應(yīng)地,ccd傳感器曝光時(shí)間也越長(zhǎng),光敏單元捕捉到的光量也越多。當(dāng)幀轉(zhuǎn)移頻率過(guò)小時(shí),光敏單元所產(chǎn)生的光電電荷就會(huì)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài),輸出的模擬電壓峰值將會(huì)超過(guò)所要求的范圍。反之,輸出的模擬電壓峰值將會(huì)低于所要求的范圍。因此,可設(shè)計(jì)一個(gè)ccd輸出電壓峰值的采樣、保持電路,再對(duì)此峰值進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換,同時(shí)與所要求的范圍進(jìn)行比較。當(dāng)其超出范圍值時(shí),可增大幀轉(zhuǎn)移頻率;而當(dāng)其值低于范圍時(shí),則可減小幀轉(zhuǎn)

5、移頻率2。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)這種基于cpld的ccd自動(dòng)增益調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,該系統(tǒng)共分為兩部分。第一部分為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路,該部分采用一個(gè)轉(zhuǎn)換精度為8位的a/d轉(zhuǎn)換器來(lái)將ccd輸出的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。第二部分為可自動(dòng)調(diào)整增益的ccd驅(qū)動(dòng)電路,此部分采用cpld進(jìn)行配置,可自動(dòng)完成增益調(diào)整及ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出,并可為a/d轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換控制脈沖。a/d轉(zhuǎn)換部分ccd的輸出信號(hào)為模擬量,故須經(jīng)a/d將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,以便cpld進(jìn)行處理。在本設(shè)計(jì)中,a/d轉(zhuǎn)換器采用的ad9048可工作在35msps的高速上,由cpld產(chǎn)生的單位轉(zhuǎn)移脈沖sp可為其提供轉(zhuǎn)換控制脈沖convert

6、。在convert的上升沿到來(lái)后,a/d9048對(duì)ccd相應(yīng)象素點(diǎn)上輸出的模擬電壓值進(jìn)行采樣,并在convert下降沿到來(lái)之前輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果,該結(jié)果由cpld寄存并最終得到一幀中ccd輸出的模擬電壓峰值的大小?？勺詣?dòng)增益的ccd驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)此電路利用cpld設(shè)計(jì),其內(nèi)部可劃分為四個(gè)模塊（如圖2所示）,整個(gè)芯片所需的時(shí)鐘由外部晶振或振蕩電路提供。第一個(gè)分頻模塊dispart用于對(duì)外部時(shí)鐘進(jìn)行一到八倍的分頻。第二個(gè)模塊mul tiplexer是一個(gè)多選一模塊,由compare控制。第三個(gè)模塊compare用于對(duì)a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行寄存,并將一幀結(jié)束后得到的ccd輸出電壓峰值與所設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,若

7、超出閾值上限則輸出結(jié)果減一,multiplexer選出頻率較高的一路時(shí)鐘作為driver的輸入時(shí)鐘脈沖;反之,則對(duì)compare的輸出結(jié)果加一,multiplexer選出頻率較低的一路時(shí)鐘作為driver的輸入時(shí)鐘脈沖。第四個(gè)模塊driver用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)ccd的信號(hào)及一位單位轉(zhuǎn)移信號(hào)。當(dāng)multiplexer選出頻率較高的一路脈沖作為driver的輸入時(shí)鐘,再由driver產(chǎn)生ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的幀轉(zhuǎn)移脈沖sh頻率就會(huì)增加,從而使ccd傳感器的曝光時(shí)間變短,ccd輸出的模擬電壓峰值降低;反之,sh頻率減小,曝光時(shí)間變長(zhǎng),ccd輸出的模擬電壓峰值升高。這樣,通過(guò)以上過(guò)程,便可調(diào)節(jié)ccd

8、模擬電壓峰值的范圍。本設(shè)計(jì)應(yīng)用的ccd器件為tcd1201d,采用二相驅(qū)動(dòng)脈沖工作,驅(qū)動(dòng)電路要產(chǎn)生六路工作脈沖,其中五路用作ccd提供工作脈沖,分別為幀轉(zhuǎn)移脈沖sh、電荷轉(zhuǎn)移脈沖t1、t2、復(fù)位脈沖rs、補(bǔ)償脈沖bt;另一路為單元轉(zhuǎn)移脈沖sp。此六路脈沖由cpld中的driver部分產(chǎn)生,此部分可用硬件描述語(yǔ)言vhdl進(jìn)行設(shè)計(jì)。產(chǎn)生補(bǔ)償脈沖bt和單元轉(zhuǎn)移脈沖sp時(shí),由于bt占空比為2：1,因此應(yīng)對(duì)輸入的時(shí)鐘脈沖三分頻,低電平占時(shí)鐘脈沖一個(gè)周期,高電平占時(shí)鐘脈沖兩個(gè)周期,其具體的程序部分如下：process（clk）beginif（clkevent and clk1）thencounter1counter11;if counter12 thenmbt0;counter10;熱門(mén)詞條C3216X5R0J226