AD9822及其在面陣CCD系統中的應用

摘要：結合CCD成像器的特點介紹一種以AD9822+FPGA為核心的CCD視頻處理方案。詳述了AD9822的內部結構和工作原理及其配置方法，重點針對CCD視頻信號的特點討論CDS技術的優越性。選用FPGA器件作為硬件設計載體，使用VHDL語言對AD9822進行初始化配置和驅動時序的設計。實驗證明，AD9822能夠滿足CCD成像系統視頻處理的要求，且性能可靠，使用靈活。
關鍵詞：CCD；AD9822；相關雙采樣；現場可編程門陣列

0 引言
CCD圖像傳感器是20世紀70年代出現的新型半導體光電轉換器件，經歷了30多年的發展直到今日，它的技術已經成熟。近幾十年來，CCD在圖像傳感、信號處理、數字存儲等領域取得了重大發展。CCD具有靈敏度高、分辨率高、噪聲小、動態范圍大等優勢，具有非常廣闊的應用前景。隨著CCD性能的不斷提高，對其信號處理芯片也提出了更高的要求。CCD視頻信號處理的設計重點在于信號處理器對CCD輸出的視頻信號
進行放大、相關雙采樣、A／D變換等處理，形成數字化的圖像數據，以進行后續的圖像處理。該部分的設計要求分析CCD輸出數字視頻信號的特點，從而選擇滿足高速率要求的專用CCD視頻信號處理芯片。在此選用了CCD視頻信號處理芯片AD9822設計了CCD視頻信號處理電路。在分析了該芯片的電路結構和工作原理后，基于現場可編程門器件(FPGA)技術完成了該芯片的初始化設置和寄存器配置，并結合Xilinx公司的FPGA芯片XC3S50完成了硬件電路的設計。

1 CCD視頻信號的特點及其處理方法
CCD輸出信號必須進行視頻處理才能為后續電路使用。一方面，是為了盡可能地消除各種噪聲和干擾同時又不損失圖像細節，并且保證在CCD的動態范圍內圖像信號隨目標亮度成線性變化；另一方面，要對CCD輸出信號進行數字化處理，以便于計算機處理。這里介紹一下CCD輸出信號的特點。CCD器件輸出的信號比較特殊，其輸出信號波形如圖1所示。從圖1中可以看出，這些信號就其幅值來講是模擬信號，其幅值可以
反映出每個像素單元受光后感生電荷的多少，是模擬量，同時在信號輸出和感測過程中的非線性以及信號轉移過程中的電荷損失，都說明了CCD器件輸出信號具有模擬信號的特點。但是，在時間關系上，這些信號又受精確、穩定的時鐘控制，并在時鐘脈沖的作用下移位輸出，類似于數字移位寄存器。根據檢測結果可知，每個像素中光生電荷的有無才是重要的，而非電荷量的多少。綜合兩方面的情況，說明CCD信號具有模擬性和數字性，為數字視頻信號。因此，對這種信號的處理也有別于普通的模擬信號。傳統的CCD相機視頻處理的組成由各自獨立的器件完成，其電路復雜、調試困難、價格昂貴。專用視頻信號處理器將相關雙采樣、可編程增益控制、暗電平補償、ADC模數轉換等功能集成在一片芯片上，集成度高，功能強大，性能優越，價格便宜，滿足CCD相機朝著輕量化、小型化方向發展的需求，是本文設計CCD成像系統視頻處理電路的首選器件。