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TDICCD的原理、特点及如何在时序电路驱动TDICCD8091设计

gecimao 发表于 2019-05-31 16:39 | 查看: | 回复:

  gra-tion Charge Coupled Devices,TDICCD)易于实现实时成像,可与小相对像,从而大幅度减少遥感相机的体积和质量,因此广泛应用在航空航天、火控系统和远海探测等领域。现场可编程逻辑门阵列()在航空航天、工业自动化、仪表仪器、计算机设计与应用、通信、国防等领域的电子系统中的技术含量正以惊人的速度提升。完整的电子系统在单一FPGA芯片中实现早已成为现实,电子类新技术项目的开发也更多地依赖于FPGA技术的应用。

  TDICCD是一种时间延迟积分图像传感器件,精准可靠的时序逻辑信号是TDICCD工作的最基本条件,是保障整个系统有效工作的关键,阐述了以FPGA为开发平台设计TDICCD8091驱动时序的全过程。

  TDICCD 是一种具有面阵结构,线阵输出的CCD,它的列数是一行的像元数,它的行数是TDICCD的级数N,较普通的线阵CCD 而言,它具有多重级数延时积分的功能。TDICCD 器件利用物体的运动速度与行转移速度同步方式,对物体进行多次(N级)曝光,并对其信号进行累加,随着TDI级数增加,信号随TDI级数(N) 成线性增加,而噪声随TDI级数成平方根增加,TDICCD的信噪比(SNR)增加N 倍,从而获得高的灵敏度和信噪比。利用曝光时间与使用的TDI级数成比例的关系,在不改变帧频的情况下,通过选择TDI级数,改变器件的曝光次数,使器件实现在不同照度下对目标正常成像。

  TDICCD相机工作原理如图1所示。相机摄像时随卫星向前移动,对地面同一静止目标物体多次曝光成像,被拍摄物体为地面上静止的星星。在t1 时刻,星星在第1级(行)TDICCD上曝光成像,产生电荷信号;t2 时刻,由于相机向前运动,经过了一个行周期后,第2 级TDICCD 再次对同一个星星曝光成像,产生电荷信号。

  与此同时,时钟信号驱动第1级TDICCD 上产生的电荷转移到第2 级TDICCD 上。这样,该行TDICCD 不仅包括此次曝光产生的电荷,而且也包括前一级转移来的电荷,使电荷量增加了1 倍。依此类推,若TDICCD 的级数为N,相机输出信号将增加为原来的N 倍。图1中设定TDI 的级数为4 级,因此在t4 时刻,在TDI 的第4 级(行)星星曝光产生的电荷量为原来的4倍。

  TDICCD8091是美国仙童公司的一款9 216×128的高速光电传感器,每行的像素点数目高达9 216 个,像元大小为8.75 μm × 8.75 μm ,TDI积分级数为4,8,16,32,64,96,128 可选,行转移速率为12 kHz.电荷读出有向上和向下两个方向可选,每个方向有6 个输出端口,每个端口读出速率为20 MHz,总速率为120 MHz,读出像元电荷数目1 536 个。每个输出端口有寄存器放大器用来缓存和放大信号。TDICCD8091 内部结构包含有:光积分区域(垂直移位寄存器)、21行独立区域(垂直移位寄存器)和水平移位读出区域(水平移位寄存器),其中,21行独立区域靠近水平读出的3行为快速转移区域,剩下的18行为慢速转移区域,21行均被遮光材料遮挡。

  TDICCD8091正常工作所需要的时序信号如图3所示。其中,V1、V2、V3为12 kHz占空比为50%的三相时钟信号,时钟高电平+15 V、低电平0 V,控制光积分区域和21 行独立区域后18 行信号电荷的垂直移位;VHS1、VHS2、VHS3 为12 kHz占空比小于5%的移位时钟信号,时钟高电平+15 V、低电平0 V,控制前3行独立区域信号电荷的垂直移位;H1、H2、H3、H4 为20 MHz占空比50%的四相时钟信号,时钟高电平0 V、低电平-5 V,控制每个端口1 536个像元电荷的水平移位读出,同时,H1信号还控制像元电荷由垂直转移向水平转移的过度,此时高电平为+5 V;FOG为读出时钟信号,时钟高电平+1 V、低电平-5 V;RG是复位脉冲信号,时钟高电平+15 V、低电平+4 V,作用为在每个像元电荷读出前,清除前一个像元残余电荷,信号频率20 MHz.这些时钟的高低电平电压值在硬件电路通过芯片EL7212驱动实现。

  整个时序程序信号总流程图如图4所示。程序总共由7个模块组成:输入同步时钟模块产生频率20 MHz的主时钟CLK,CLK 通过分频模块产生频率36 kHz 的CLK1 和频率5 MHz 的CLK2;信号控制模块在主时钟CLK 的同步作用下分别产生控制信号VClr、VSHClr 和HClr;输入处理模块对输入主时钟CLK做去抖动处理后输出时钟信号CLK0;V 信号产生模块输出光积分区域行转移所需的12 kHz 占空比为50%的三相时钟信号V1、V2、V3;VHS信号产生模块输出12 kHz占空比小于5%的移位时钟信号VHS1、VHS2、VHS3;H信号产生模块输出水平移位读出区域所需的20 MHz占空比50%的四相时钟信号H1、H2、H3、H4,以及FOG读出时钟信号和RG复位脉冲信号。

  公司的QUARTUSⅡ作为开发平台,EP3C25Q240为硬件平台。总的时序仿线所示,结果表明所有仿线为FPGA上测得H1、H2相位关系,结果表明相位关系正确,能够保证每个时刻至少有一个高电平和一个低电平,保证像元电荷的正常读出。

  时序在硬件电路中成功驱动了TDICCD8091工作,验证了软硬件的正确性和准确性。程序设计利用同步时钟控制全局电路的思想,避免竞争与冒险,提高了程序的可靠性;采用模块化设计思想提高程序的可重用性、可

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  信息开关二极管设计用于超高速开关应用。该器件采用SC-70封装,专为低功耗表面贴装应用而设计。 可提供无铅封装 适用于汽车和其他应用的S前缀,需要独特的站点和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图

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  信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SC-75表面贴装封装,非常适合自动插入。 低漏电流应用 中速开关时间 这些器件是无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准

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  信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SOT-23表面贴装封装,非常适合自动插入。 低漏电流应用 中速开关时间 8 mm卷带和卷盘 - 使用BAS116LT1订购7英寸/ 3,000单位卷轴 Pb - 免费套餐。 汽车和其他应用的S前缀,需要独特的站点和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图

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  8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘TDFN,UDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准 具有永久写保护的附加标识页...

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  - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 工业和扩展温度范围 8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘UDFN和TDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准...

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  信息 MC10 / 100EP32是一个集成的2分频器,具有差分CLK输入。 V 引脚是内部产生的电源,仅适用于该器件。对于单端输入条件,未使用的差分输入连接到V 作为开关参考电压。 V 也可以重新连接AC耦合输入。使用时,通过0.01μF电容去耦V 和V ,并限制电流源或吸收至0.5mA。不使用时,V 应保持开路。复位引脚是异步的,并在上升沿置位。上电时,内部触发器将达到随机状态;复位允许在系统中同步多个EP32。 100系列包含温度补偿。 350ps典型传播延迟 最大频率

  4 GHz典型 PECL模式工作范围:V = 3.0 V至5.5 V V = 0 V NECL模式工作范围:V = 0 V ,其中V = -3.0 V至-5.5 V 打开输入默认状态

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