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图像传感器TCDl206的特点结构分析及通过VHDL实现驱动脉冲的设计

归档日期:07-23       文本归类:置位脉冲      文章编辑:爱尚语录

  器件CCD(Charge Couple Device)是集光电转换、电荷储存、电荷转移为一体的新型光电电荷能在CCD内作定向移动,从而实现自扫描.输出电压信号的大小与CCD单元存储的电荷多少成正比,CCD单元存储电荷多少与光的强度和CCD单元光积分时间成正比。与传统的光电传感器相比,CCD性度好,功耗低,体积小,寿命长等优点。而CCD应用的关键就是获取驱动脉冲,这里分析线的工作原理和对驱动时序的要求,在此基础上设计合理的脉冲产生方案。该设计采用复杂可编程作为硬件设计平台,通过超高速硬件描述语言VHDL描述驱动方案,采用

  、2 160像元的双沟道线阵CCD图像传感器。由2 236个PN结光电二极管构成光敏元阵列,其中前64个和后12个是用作暗电流检测而被遮蔽的,中间2 160个光电二极管是曝光像敏单元,每个光敏单元的尺寸为长14μm、高14μm,中心距亦为14μm。光敏元阵列总长为30.24 mm。TCDl206的主要特性有:1)光敏像元数为2 160像元;2)像敏单元为:14μmxl 414μm(相邻像元中心距为14μm);3)光谱范围为250~l 100 nm:4)光敏区域采用高灵敏度PN结作为光敏单元;5)

  为二相(5 V);6)内部电路包含采样保持电路,输出预放大电路;7)采用22引脚DIP封装。2 TCDl206的结构原理和引脚功能

  TCDl206是二相电极的双沟道线型CCD,其结构原理如图1所示。中间一排是由多个光敏二极管构成的光敏阵列,有效单元为2 160位,其作用是接收照射到CCD硅片的光,并将其转化成电荷信号,光敏元两侧是存储其电荷的MOS

  列一存储栅。MOS电容列两侧是转移栅电极SH。转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器,其输出部分由信号输出单元和补偿单元构成。

  TCDl206在图2所示的驱动脉冲作用下工作。当SH脉冲高电平到来时,φ1脉冲为高电平,其下形成深势阱,同时SH的高电平使φ1电极下的深势阱与MOS电容存储势阱沟通。MOS电容中的信号电荷包通过转移栅转移到模拟移位寄存器的φ1电极下的势阱中。当φSH由高变低时,φSH低电平形成的浅势阱将存储栅下的势阱与φ1电极下的势阱隔离开。存储栅势阱进入光积分状态,而模拟移位寄存器将在φ1与φ2脉冲的作用下驱使转移到φ1电极下的势阱中的信号电荷向左转移,并经输出电路由OS电极输出。DOS端输出补偿信号。

  由于结构上的安排,OS端首先输出 13个虚设单元信号,再输出51个暗信号,然后才连续输出Sl到S2160的有效像素单元信号。第S2160信号输出后,又输出9个暗信号,再输出2个奇偶检测信号,以后是空驱动。空驱动的数目可以是任意的。由于该器件是两列并行分奇偶传输的,所以在一个SH周期中至少要有1 118个φ1脉冲。

  驱动电路的作用是给CCD提供正常工作所需要的逻辑时序脉冲和偏置工作电压.并在CCD的输出端把光电转换得到的电荷量转变成电压量输出。驱动脉冲信号的波形、相位、前后沿时间等对器件工作有很大影响。

  为了保证CCD工作稳定可靠.必须设计符合CCD正常工作要求的时序脉冲和驱动控制电路,驱动控制脉冲与CCD良好配合,才能充分发挥CCD的光电转换、电荷存储和电荷转移等功能。不同型号的CCD要求的工作参数不同,很难设计一种驱动控制电路同时满足多种CCD工作需要,即使是相同像元数的CCD器件,若型号不同也不具有互换性。

  TCDl206传感器的驱动脉冲都为周期性方波,但周期和占空比不同。其4路驱动脉冲之间需要满足特定的时序关系:根据驱动脉冲时序图可知在1个SH周期中至少有l 118个φ1脉冲。即TSH>

  l 118T1,T1为驱动脉冲φ1的周期。这里选择TSH=1 128T1。在SH为高电平期间,要求φ1l与φ2有一个大于SH=1持续时间的宽脉冲,这是由于此时像元中的电荷正在向两列寄存器中转移,如果在此期间φ1与φ2有上升或下降沿出现,则会造成电荷转移不完全的情况。时钟脉冲φ1,φ2频率的最大值是l MHz,典型值是0.5 MHz。复位脉冲RS频率的最大值是2 MHz,典型值是1 MHz。本设计中都选用典型值。而且φ1、φ2必须反相,占空比l:l;SH的高电平脉冲宽度要小于φ1,φ2;RS与CLK时钟的占空比为l:4。

  确定SH、φ1、φ2和RS的参数后,则可根据它们之间的时序关系设计硬件逻辑图,如图3所示。

  本设计利用CPLD作为硬件设计平台,它具有较高的灵活性,电子电路设计完成后,如果需修改时序逻辑。只需重写CPLD内部逻辑电路即可。因此,CPLD非常适合用于设计CCD驱动电路。

  各个模块的设计采用VHDL语言描述。采用4 MHz的时钟CLK作为输入的时钟,Dl模块用于将时钟信号进行8分频,将4 MHz的时钟频率分成0.5 MHz。D2模块是将时钟频率分成l MHz,占空比为l:4。COUN

  Rll28模块和NCOUNTERll28模块分别是上升沿和下降沿计数,计数范围在0~1128之间循环,在前两个时钟为高电平,其余时间都为低电平。电路实现是先用D1模块将4 MHz的时钟频率分成0.5 MHz,用0.5 MHz的脉冲作为COUNTERll28和NCOUNTERll28的输入端,将COUNTERll28和NCOUNTERll28的输出相与,输出结果就是SH,将D1和COUNTERll28以及NCOUNTERll28的输出进行逻辑或,则得到φ1,再将φ1反相,得到φ2,由D2模块可直接得到RS。

  每个模块的VHDL设计都包括如下部分:1)定义所需的库函数;2)定义输入、输出端口;3)对设计所需预置数初始化;4)相关功能的实现语句。CCD驱动程序主体部分设计如下:

  4 设计结果仿线是在Altem公司的QUARTUS II开发系统中仿真的波形.从图中可以看出,产生的4路驱动脉冲完全满足TCDl206所需的时序脉冲,达到驱动要求。

  VHDL是一种自上向下设计的硬件描述语言,同时又具有高级语言的特性,这使得用这种硬件描述语言设计的逻辑功能比较容易实现。同时VHDL语言具有很好的可重用性和可移植能力,能够减轻工作量。利用VHDL设计整个传感器的驱动,并与硬件原理图相结合,不同于以往以单纯的硬件设计实现,这样不仅利于修改而且设计周期短。因此,基于VHDL对TCDl206驱动电路的设计是一种较实用的设计方案。

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  AFBR-2150L 用于150 Mbit / s MOST的光纤接收器(ODIN透明模具封装)

  MOST150发送器和接收器设计用于发送/接收高达150 MBit / s的DCA编码光学数据。两者都采用7引脚传输模塑,低成本封装,可以组装成MOST®塑料光纤连接器插座。变送器采用650 nm LED光源,集成光学元件,可有效耦合到1mm聚合物光纤(POF)接收器包含一个高速PIN二极管来接收这种光。输入/输出数据具有LVDS开关电平,与MOST®网络接口控制器IC兼容。这些光学元件指定用于 - 40°C至+ 95°C的温度范围,满足汽车应用的可靠性要求。在没有数据活动的情况下,发射器和接收器切换到极低功率模式。在此模式下,设备可以感知新数据活动并切换回完全操作。 功能 MOST150应用的光接收器,最大数据速率为150Mbit / s 3.3 V电源电压 工作温度范围-40°C至+ 95°C 光电二极管和带前置放大器,后置放大器,数字转换器的IC,休眠和唤醒功能,差分LVDS输出级。 机械装配:7针传输模塑侧视封装,带集成透镜,引脚之间间距为1.27 mm。 符合MOST150 oPHY汽车物理层子规范 符合RoHS标准(无铅和无卤素) 应用 MOST®150Mbit / s Systems。...

  247Ex-1490是一款单模边缘发射激光二极管芯片,发射波长为1490 nm,适用于输出功率高达75 mW的非制冷应用。该设计是在n型衬底上生长的带帽的台面掩埋异质结构(CMBH),具有多量子阱(MQW)有源层和分布反馈(DFB)光栅层。刻面在前刻面上涂有抗反射层,在后刻面上涂有高反射涂层。在p侧和n侧都提供金焊盘。出于识别目的,芯片两侧都会出现一个十六进制数字。所有激光芯片都来自已经使用代表性的许多器件进行认证的晶片,这些器件必须达到可接受的老化和多温度CW测试产量。每个出厂裸芯片都在25摄氏度下进行脉冲测试。 特性 高输出功率 低光束发散角 可粘合结合或结合 久经考验的现场可靠性历史悠久 设计可靠性,包括高质量MOCVD外延 专利低渗透欧姆p接触设计 专利的接合侧焊盘,提供焊料渗透的屏障 工作温度 5°C至+ 75°C...

  247Ex-1310是一款单模边缘发射激光二极管芯片,发射频率为1310 nm,适用于输出功率高达75mW的非制冷应用。该设计是在n型衬底上生长的带帽的台面掩埋异质结构(CMBH),具有多量子阱(MQW)有源层和分布反馈(DFB)光栅层。刻面在前刻面上涂有抗反射层,在后刻面上涂有高反射涂层。在p侧和n侧都提供金焊盘。出于识别目的,芯片两侧都会出现一个十六进制数字。所有激光芯片都来自已经使用代表性的许多器件进行认证的晶片,这些器件必须达到可接受的老化和多温度CW测试产量。每个出厂裸芯片都在25摄氏度下进行脉冲测试。 特性 高输出功率 低光束发散角 可粘合结合或结合 久经考验的现场可靠性历史悠久 设计可靠性,包括高质量MOCVD外延 专利低渗透欧姆p接触设计 专利的接合侧焊盘,提供焊料渗透的屏障 工作温度 5°C至+ 75°C...

  AFBR-1150L 用于150 Mbit / s MOST的光纤发射器(ODIN透明模具封装)

  MOST150发送器和接收器设计用于发送/接收高达150 MBit / s的DCA编码光学数据。两者都采用7引脚传输模塑,低成本封装,可以组装成MOST®塑料光纤连接器插座。发射器采用650 nm LED光源和集成光学元件,可有效耦合到1mm聚合物光纤(POF),接收器包含一个高速PIN二极管,用于接收此光。输入/输出数据具有LVDS切换电平,与MOST®兼容;网络接口控制器IC。这些光学元件的工作温度范围为-40°C至+ 95°C,可满足汽车应用的可靠性要求。在没有数据活动的情况下,发射器和接收器切换到极低功率模式。在此模式下,设备可以感知新的数据活动并切换回完全操作。功能 用于MOST150应用的光发送器,最大数据速率为150Mbit / s 3.3 V电源电压 工作温度范围-40°C至+ 95°C 驱动器IC和650 nm LED,适用于PMMA的低衰减范围光纤,睡眠和唤醒功能,差分LVDS输入级。 机械装配:7针传递模塑侧视封装,带集成透镜,引脚之间间距为1.27 mm。 符合MOST150 oPHY汽车物理层子规范 符合RoHS标准(无铅和无卤素) 应用 光发射机对于MOST® 150 Mbit / s系统...

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  HPND-4005 用于带状线或微带电路的光束引线光束引线PIN二极管设计用于带状线或微带电路。应用包括微波频率下的开关,衰减,相移,限幅和调制。该器件的极低电容使其成为串联二极管配置中需要高隔离度的电路的理想选择Ct = 0.017pF,Rs @ 20mA = 4.7欧姆,Vbr = 120V,Tau = 100nSec。

  HMPP-386x系列通用PIN二极管专为两类应用而设计。第一种是衰减器,其中电流消耗是最重要的设计考虑因素。此pin二极管系列的第二个应用是开关,其中低电容,无反向偏置是设计人员的驱动问题。 功能 更好的导热性,实现更高的功耗 单和双版本 匹配二极管用于性能稳定 零电压时低电容 低电阻 低失效时间率 六西格玛质量水平

  HMPP-3865和HMPP-386x系列通用PIN二极管专为两类应用而设计。第一种是衰减器,其中电流消耗是最重要的设计考虑因素。该系列二极管的第二个应用是开关,其中低电容,无反向偏置是设计人员的驱动问题。 特征 VBR = 50 V Ct = 0.20 pF Rs @ 10mA = 3欧姆 Tau = 500 nSec

  HMPP-386x系列通用PIN二极管专为两类应用而设计。第一种是衰减器,其中电流消耗是最重要的设计考虑因素。此pin二极管系列的第二个应用是开关,其中低电容,无反向偏置是设计人员的驱动问题。 特征 VBR = 50 V Ct = 0.20 pF Rs @ 10mA = 3欧姆 Tau = 500nsec

  HMPP-3890 / HMPP-389x pin二极管系列系列针对需要低电流和低电容的低电阻的开关应用进行了优化。 与传统的含铅二极管相比,MiniPak封装具有更低的寄生效应和更低的热阻。 特性 VBR = 50 V Ct = 0.30 pF Rs@5mA=2.5 ohms Tau = 200 nSec

  HMPP-3892 / HMPP-389x系列针对需要低电流和低电容的低电阻的pin二极管开关应用进行了优化。 与传统的含铅二极管相比,MiniPak封装具有更低的寄生效应和更低的热阻。 特性 VBR = 50 V Ct = 0.30 pF Rs@5mA=2.5 ohms Tau = 200 nSec

  HMPP-389T / HMPP-389x针脚二极管系列针对需要低电流和低电容低电阻的开关应用进行了优化。 与传统的引线pin二极管相比,MiniPak封装具有更低的寄生效应和更低的热阻。 特性 VBR = 50 V Ct = 0.30 pF Rs@5mA=2.5 ohms Tau = 200 nSec

  HMPP-3895 / HMPP-389x系列针对需要低电流和低电容的低电阻的pin二极管开关应用进行了优化。 与传统的含铅二极管相比,MiniPak封装具有更低的寄生效应和更低的热阻。 特性 VBR = 50 V Ct = 0.30 pF Rs@5mA=2.5 ohms Tau = 200 nSec

  AFBR-2310Z AFBR-2310Z光纤接收器,用于多GHz模拟链路

  AFBR-2310Z是一款紧凑型,高性能,高性价比的接收器,适用于单模光纤上的多GHz模拟通信。 接收器具有宽带宽,封装在TO-header内的低暗电流InGaAs / InP PIN光电二极管,以及高性能E-pHEMT RF放大器及其偏置网络。 根据CEI / IEC 61754设计的插座 - 13标准允许通过FC光纤跳线耦合光信号。 接收器针对1310 nm和1550 nm的工作进行了优化,但可用于850 nm至150 nm的宽波长范围。 1600 nm,性能降低。 放大器低噪声系数和PIN高响应度允许高灵敏度,因此在分支无源光网络中具有高分光比。 访问射频输出以及PIN和放大器的偏置是通过柔性印刷电路板实现的。 RF输出需要外部AC耦合。 插座设计用于组装到客户盒壁或夹具中的适当形状的孔中。 功能 紧凑型封装 低暗电流PIN 高性能射频放大器 FC单模光纤连接器光学插座 低功耗 与客户PCB的Flex互连 需要最少的外部电路 符合RoHS6 用于多GHz模拟链路的AFBR-1310Z光纤发射机 应用 用于卫星信号分配的模拟光链路 室内天线远程系统...

  AFBR-1310Z 用于多GHz模拟链路的AFBR-1310Z光纤发射器

  AFBR-1310Z是一款紧凑型,高性能,高性价比的发射器,适用于单模光纤上的多GHz模拟通信。 发射器采用线性宽带宽InGaAsAl / InP法布里 - 珀罗激光器封装在TO头内,耦合到单模光纤尾纤,端接标准FC / PC连接器,用于闭环操作的监控光电二极管,50欧姆输入阻抗线性RF放大器和偏置允许分别控制激光器平均输出功率的网络。 发射器工作在1310 nm的标称波长。接入RF输入,电气控制信号I / O和放大器电源是通过柔性印刷电路板。 RF输入是自偏置和交流耦合,因此不需要外部DC模块。 使用合适的支架将变送器安装到PCB或金属基板上。...

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