基于电子快门自动增益的CCD驱动电路研究

摘 要：为了满足目前CCD测量领域中高速、高精度的测量要求，设计了TCD1304传感器的专用驱动电路。该驱动电路的一大特性就是电子快门，其将光积分时间缩短了一个数量级，至几个微秒，极大地提高了测量速度；同时，通过对CCD输出信号A／D采样分析，实时调节电予快门时间，实现自动调节控制，提高了测量精度。经实验证明，该测量方法在高速实时在线测量领域有很好的应用前景。

　　0引言

　　CCD是以电荷包的形式存贮和传递信息的半导体表面器件，目前市场上的CCD器件并未对其驱动信号、输出信号做任何处理。因此，在实际应用中，需要根据CCD的型号、用途和应用领域的不同而设计不同的驱动电路，以及数据采集、处理系统。CCD 的光积分时间决定着CCD的曝光量，在不同的光照强度下，需要的实际光积分时间不同。光强较弱时需要较长的光积分时间，以使光敏单元吸收到足够的光信息；相反，光强很强时，光积分时间不能太长，否则CCD的输出信号会饱和失真，不能准确地反应要测量的信息。因此要得到精确的测量信号，就需要实时的调节光积分时间。

　　CCD传感器必须在一定的驱动脉冲的作用下才可以完成信号电荷的转移、输出。在一定的驱动频率内，提高驱动信号的频率则会加怏电荷包的移动，从而提高测量速度；反之，降低驱动信号的频率则会降低测量速度。因此要提高测量速度就要提高驱动信号的频率，而在某些场合需要将光积分时间提高到10us时，就需要将时钟频率提高到几百兆，频率太高又引出更难、更复杂的问题，而且这种方法下测量速度的提离空间也是有限的。

　　本文的主要任务就是解决上述的CCD目前在其应用领域中存在的不足。

　　1 TCD1304的特性及驱动信号要求

　　TCD1304 是一款高灵敏度、低暗电流，具有3648个像元（46个哑元）的线阵图像传感器，可以用于终端的人工扫捕器。TCD1304的一大特性就是具有电子开关，而电子开关的主要功能是可以使CCD的输出信号根据光照的强弱实时的进行调整。其各管脚的名称及作用如表1所示。

表 1 TCD1304 管脚名称及功能介绍

　　其内部结构由光电二极管和电荷转移电极组成的光敏单元、两个CCD模拟移位寄存器、两个转移栅、输出缓存机构和驱动信号内部逻辑电路五个部分组成。

　　各驱动脉冲的时序要求如图1所示；OS 为CCD的输出信号。