基于VHDL的圖像傳感器TCDl206的驅動設計

摘要：介紹圖像傳感器TCDl206的主要特點、結構原理、引腳功能，并詳細分析其驅動時序。通過研究采用VHDL實現TCDl206驅動脈沖的方法及邏輯設計原理，完成了驅動脈沖的VHDL程序設計和時序仿真。仿真結果證明了該驅動電路的可行性。
關鍵詞：TCDl206；線陣CCD；驅動時序；VHDL

電荷耦合器件CCD(Charge Couple Device)是集光電轉換、電荷儲存、電荷轉移為一體的新型光電傳感器件。該器件的主要功能是將光學圖像轉換為電信號。當對其施加特定時序脈沖時，其存儲電荷能在CCD內作定向移動，從而實現自掃描．輸出電壓信號的大小與CCD單元存儲的電荷多少成正比，CCD單元存儲電荷多少與光的強度和CCD單元光積分時間成正比。與傳統的光電傳感器相比，CCD圖像傳感器具有輸出噪聲小，動態范圍大，光譜響應范圍寬，分辨率高，輸出信號線性度好，功耗低，體積小，壽命長等優點。而CCD應用的關鍵就是獲取驅動脈沖，這里分析線陣CCD-TCDl206的工作原理和對驅動時序的要求，在此基礎上設計合理的脈沖產生方案。該設計采用復雜可編程邏輯器件CPLD作為硬件設計平臺，通過超高速硬件描述語言VHDL描述驅動方案，采用Altera公司的仿真軟件QUARTUS II對其驅動脈沖進行仿真。

1 TCDl206的主要特點
TCDl206是一款高靈敏度、低暗電流、2 160像元的雙溝道線陣CCD圖像傳感器。由2 236個PN結光電二極管構成光敏元陣列，其中前64個和后12個是用作暗電流檢測而被遮蔽的，中間2 160個光電二極管是曝光像敏單元，每個光敏單元的尺寸為長14μm、高14μm，中心距亦為14μm。光敏元陣列總長為30．24 mm。
TCDl206的主要特性有：1)光敏像元數為2 160像元；2)像敏單元為：14μmxl 414μm(相鄰像元中心距為14μm)；3)光譜范圍為250～l 100 nm：4)光敏區域采用高靈敏度PN結作為光敏單元；5)時鐘為二相(5 V)；6)內部電路包含采樣保持電路，輸出預放大電路；7)采用22引腳DIP封裝。

2 TCDl206的結構原理和引腳功能
2．1結構原理
TCDl206是二相電極的雙溝道線型CCD，其結構原理如圖1所示。中間一排是由多個光敏二極管構成的光敏陣列，有效單元為2 160位，其作用是接收照射到CCD硅片的光，并將其轉化成電荷信號，光敏元兩側是存儲其電荷的MOS電容列一存儲柵。MOS電容列兩側是轉移柵電極SH。轉移柵的兩側為CCD模擬移位寄存器，其輸出部分由信號輸出單元和補償單元構成。

2．2引腳功能
TCDl206器件采用DIP封裝，各引腳功能如表1所示。