星載CCD相機圖像采集電路設計與實現

A、B驅動時鐘的低位電平為0V，由圖8可以看到，在感光階段，A、B驅動時鐘的高位電平為+10V，轉移階段時，A、B驅動時鐘的高位電平為+14V。這里我采用EL7156來實現高位電平之間的轉換，采用EL7457來實現低位到高位電平的轉換。
水平讀出時鐘C需要的低電平不是0V而是3．5V，高電平為8．5V，而FPGA給出的時鐘脈沖是低電平為零，高電平為3．3V的脈沖。因此，需要將FPGA產生的時鐘通過驅動芯片SN74ALVC164245DGGR進行驅動，使時鐘C的幅值達到5V，然后再通過箝位電路的耦合作用來提高脈沖電平，把脈沖提到需要的幅度。
SG、RG的產生過程與時鐘C的產生過程類似，不同的是其幅值要求為10V。
各種驅動脈沖信號的幅度調整電路如圖9所示。

5 CCD輸出保護電路
CCD傳感器是一種MOS器件，操作不當就很容易受到靜電損壞，在電路設計時應在其外圍電路加上箝位、限流電路以確保加在CCD上的每一個偏置電壓和驅動脈沖受到電流保護，在輸入到FTT1010M之前應該通過一個電容來解耦，并且這些解耦電容應該與圖像傳感器引腳越近越好。FT T1010M的輸出端為開源輸出，應該在其輸出端上接一個電流源做負載，或接一個電阻到地上。在輸出上加一個射極跟隨的高頻三極管，以阻止輸出因容性負載而引起的帶寬限制。除此以外，射極跟隨器加在輸出端還可以防止示波器的探頭對FTT1010M造成的靜電損壞。CCD輸出保護電路如圖10所示。

6 CCD輸出預處理電路
在CCD成像系統中，噪聲是限制有效分辨率的最主要因素。CCD輸出的信號是具有各種噪聲的模擬信號，必須經過預處理，盡可能地消除噪聲和各種干擾才能給后續電路使用。為了便于計算機處理，還需要對CCD輸出的信號進行A／D轉換。預處理過程大體如圖11所示。

根據預處理的要求，我們選用了一個高集成度的CCD信號處理專用芯片AD9978，它具有雙通道輸出能力，且具有14位的A／D轉換精度，轉換頻率可達65MHz，其內部集成了相關雙采樣、可變增益控制、黑電平箝位電路以及高精度時序產生系統。我們使用相關雙采樣處理單元，通過兩次采樣消除不希望的噪聲分量，第一次采樣位于復位周期結束后，第二次采樣位于信號的信息段，兩次采樣的差就是不含噪聲的信號。隨后，為了適應不同亮度的目標，防止CCD信號過弱或飽和，我們使用其內的增益控制處理單元來控制信號的增益，最后再通過A／D轉換送給后面的可編程邏輯單元進行處理。設計時還要注意使其轉換速率與CCD輸出像素時鐘保持一致。

7 結束語
本文闡述了星載CCD相機圖像采集電路的設計與實現，經項目驗證表明這些設計能很好地為CCD提供各類偏置電壓、驅動脈沖以及電路保護等，它們確保了CCD圖像傳感器的圖像質量，使得CCD相機成像系統具有高性能和高可靠性，具有極高的應用價值。