基于電子快門自動增益的CCD驅動電路研究

　　如圖1所示，幀轉移信號SH兩個連續下降沿之間的時間tINT即為光積分時間，在這段時間光敏單元開始將接收到的光信號轉化為電信號，并將電荷包按奇偶順序轉移到模擬移位寄存器中。該時間的長短不再依賴于基礎時鐘信號ΦM，與傳統的其他型號的CCD有很大不同。只需要調節脈沖的占空比FF可實現對光積分時間的調整，可以很大程度地縮短tINT，同時不需要改變基礎時鐘的頻率，避免了高頻干擾。

　　在光積分時間范圍內，伴隨著復位脈沖上升沿的到來CCD光敏單元開始產生反映光信息的電荷包。電荷包以奇偶順序被送到光敏單元兩旁的轉移柵中，在數據時鐘的驅動下經過CCD內部數據處理電路輸出OS信號。

圖1 TCD1304的驅動脈沖波形圖

　　2 驅動信號的硬件實現電路

　　驅動信號硬件電路的整體框圖如圖2所示：采用高穩定性的有源晶振產生基礎脈沖信號CP，再通過計數分頻產生兩個脈沖信號，經過J－K觸發器，分時選通，即可得到復位脈沖信號ICG，以ICG為觸發信號，觸發單穩觸發器CD4538生成占空比可調的幀轉移信號SH。

　　因此，縮短光積分時間只要調節SH信號的占空比即可，不需要再提高基礎時鐘的頻率。

圖2 驅動電路整體框圖

　　圖3即為復位脈沖ICG、幀轉移信號SH的實驗調試結果，實驗表明，此種原理調節光積分時間更加靈活方便，而且穩定度好、精度高。

圖3 ICG，SH波形時序圖

　　3 數據采集及自動增益控制的實現

　　自動增益控制的實現主要是通過控制CCD的輸出信號使其保持在一定范圍內，既不會因峰值過大而飽和失真，也不會困峰值太小而影響測量精度。這個范圍的確定可根據實際需要確定。峰值大于范圍上限時縮光積分時間，避免出現飽和失真的現象。反之，當小于范圍下線時延長光積分時間，以使光敏單元得到足夠的曝光量。

　　CCD的輸出信號是模擬量，需要經過一系列的處理，放大、倒相、峰值保持等，將得到的峰值信號經過A/D轉換送入單片機。單片機通過得到的數字量發出控制命令，調節單穩觸發器的數字式電位計，改變SH信號的占空比，光積分時間也隨之改變，實現自動增益控制。

　　整體框圖如圖4所示。

圖4 數據采集系統整體框圖