基于電子快門自動增益的CCD驅動電路研究

摘 要：為了滿足目前CCD測量領域中高速、高精度的測量要求，設計了TCD1304傳感器的專用驅動電路。該驅動電路的一大特性就是電子快門，其將光積分時間縮短了一個數量級，至幾個微秒，極大地提高了測量速度；同時，通過對CCD輸出信號A／D采樣分析，實時調節電予快門時間，實現自動調節控制，提高了測量精度。經實驗證明，該測量方法在高速實時在線測量領域有很好的應用前景。

　　0引言

　　CCD是以電荷包的形式存貯和傳遞信息的半導體表面器件，目前市場上的CCD器件并未對其驅動信號、輸出信號做任何處理。因此，在實際應用中，需要根據CCD的型號、用途和應用領域的不同而設計不同的驅動電路，以及數據采集、處理系統。CCD 的光積分時間決定著CCD的曝光量，在不同的光照強度下，需要的實際光積分時間不同。光強較弱時需要較長的光積分時間，以使光敏單元吸收到足夠的光信息；相反，光強很強時，光積分時間不能太長，否則CCD的輸出信號會飽和失真，不能準確地反應要測量的信息。因此要得到精確的測量信號，就需要實時的調節光積分時間。

　　CCD傳感器必須在一定的驅動脈沖的作用下才可以完成信號電荷的轉移、輸出。在一定的驅動頻率內，提高驅動信號的頻率則會加怏電荷包的移動，從而提高測量速度；反之，降低驅動信號的頻率則會降低測量速度。因此要提高測量速度就要提高驅動信號的頻率，而在某些場合需要將光積分時間提高到10us時，就需要將時鐘頻率提高到幾百兆，頻率太高又引出更難、更復雜的問題，而且這種方法下測量速度的提離空間也是有限的。

　　本文的主要任務就是解決上述的CCD目前在其應用領域中存在的不足。

　　1 TCD1304的特性及驅動信號要求

　　TCD1304 是一款高靈敏度、低暗電流，具有3648個像元（46個啞元）的線陣圖像傳感器，可以用于終端的人工掃捕器。TCD1304的一大特性就是具有電子開關，而電子開關的主要功能是可以使CCD的輸出信號根據光照的強弱實時的進行調整。其各管腳的名稱及作用如表1所示。

表 1 TCD1304 管腳名稱及功能介紹

　　其內部結構由光電二極管和電荷轉移電極組成的光敏單元、兩個CCD模擬移位寄存器、兩個轉移柵、輸出緩存機構和驅動信號內部邏輯電路五個部分組成。

　　各驅動脈沖的時序要求如圖1所示；OS 為CCD的輸出信號。