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基于IC的积分时间和频率可调的线阵CCD驱动
摘要
本文基于IC设计出一种积分时间和频率可调的线阵CCD驱动，通过对一般CCD驱动的综合分析，确定了设计方案并进行了具体实现。设计采用基于CMOS技术的FGPA芯片，实现了多种分频模式及针对不同的线阵像素点进行逐行扫描的工作模式。文章详细介绍了系统结构及控制原理，展示了很好的改善效果，并探讨了潜在的应用前景。
关键词：IC;线阵CCD;驱动;积分时间;频率可调
引言
线阵CCD是一种广泛应用于光学成像系统中的传感器，其工作原理是借助电子学手段将物体反射或透射的光信号转化为电信号，并通过逐行扫描的形式输出来实现图像获取。如何提高线阵CCD的采集速度和信噪比已成为一个值得探讨的难题。为此，本文以IC为基础设计出一种能够实现积分时间和频率可调的线阵CCD驱动，旨在提高线阵CCD的采集效率和提高信噪比，以期为相关行业的应用提供经验和借鉴。
系统架构
本设计的线阵CCD驱动系统架构如图1所示。其主要由FGPA、电源模块、时钟模块、信号采集模块、驱动模块和控制模块六个部分组成。
（图1系统架构图）
FGPA是本设计的核心部件，负责控制整个系统的运行。时钟模块用于提供系统所需的正时钟和信号采样时钟。电源模块用于提供固定的电源电压，以保证系统安全稳定的运行。信号采集模块用于完成线阵CCD的信号采集和电荷转移工作。驱动模块用于将采集的信号进行放大处理，后续的数学运算等。控制模块用于对系统进行实时监测和参数调整，实现积分时间和频率可调控制。
控制原理
本设计提出的控制策略采用大分频驱动，即在单个时钟周期内进行20倍或40倍的分频驱动，以控制系统的各项参数。由于线阵CCD的采集是以行为单位进行的，因此本设计决定采用逐行采集的方式对线阵CCD的每个像素点进行采集。具体采集流程如下：
1.对于所需采集的像素点，设置其积分时间和积分频率；
2.信号采集模块内部对所需的像素点进行选择和驱动采集；
3.通过驱动模块对所得到的像素点进行放大和数学运算；
4.放大后的信号经过控制模块进行处理，控制其积分时间和积分频率；
5.根据控制模块设置的采样率，逐行扫描整张图像的像素点；
6.测量并记录相应的输出数据，形成数字化的图像信息。
交由用户进行进一步的处理和利用。
具体实现
本设计的实现过程分为以下几个步骤。
1.基于CMOS工艺，采用VHDL语言对FGPA芯片进行系统编程；
2.针对线阵CCD的电路特性，分别进行积分时间和积分频率的调试；
3.进行多组实验数据的采集和处理，寻找最佳的积分时间和积分频率点；
4.测试系统的性能，包括采集速度和信噪比等指标。
实验结果
经过多次试验，本设计得到了以下结果：
1.在积分时间和积分频率在一定范围内，随着积分时间的增加，信噪比有明显提高的趋势；
2.积分频率的变化对信号的采样带宽有明显的影响，合理的积分频率可以提高采集速度，但对信噪比的影响不太明显；
3.FGPA芯片的驱动能力和算法运行效率不仅对系统的采集速度有很大的影响，还对其稳定性和耗能有很大的影响。
结论与展望
本设计基于IC的积分时间和频率可调的线阵CCD驱动在设计和实现过程中，克服了由于传统线阵CCD的不足提出的问题，具有极佳的实用性和应用价值。未来，随着技术的发展，本设计可能会成为线阵CCD驱动实现的重要方法之一。但是，本设计的一些技术和方法还需要进一步完善，以提高系统的可靠性，降低成本，满足更多的实际需求。
参考文献
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