基于VHDL的图像传感器TCDl206的驱动设计

摘要：介绍图像传感器TCDl206的主要特点、结构原理、引脚功能，并详细分析其驱动时序。通过研究采用VHDL实现TCDl206驱动脉冲的方法及逻辑设计原理，完成了驱动脉冲的VHDL程序设计和时序仿真。仿真结果证明了该驱动电路的可行性。
关键词：TCDl206；线阵CCD；驱动时序；VHDL

电荷耦合器件CCD(Charge Couple Device)是集光电转换、电荷储存、电荷转移为一体的新型光电传感器件。该器件的主要功能是将光学图像转换为电信号。当对其施加特定时序脉冲时，其存储电荷能在CCD内作定向移动，从而实现自扫描．输出电压信号的大小与CCD单元存储的电荷多少成正比，CCD单元存储电荷多少与光的强度和CCD单元光积分时间成正比。与传统的光电传感器相比，CCD图像传感器具有输出噪声小，动态范围大，光谱响应范围宽，分辨率高，输出信号线性度好，功耗低，体积小，寿命长等优点。而CCD应用的关键就是获取驱动脉冲，这里分析线阵CCD-TCDl206的工作原理和对驱动时序的要求，在此基础上设计合理的脉冲产生方案。该设计采用复杂可编程逻辑器件CPLD作为硬件设计平台，通过超高速硬件描述语言VHDL描述驱动方案，采用Altera公司的仿真软件QUARTUS II对其驱动脉冲进行仿真。

1 TCDl206的主要特点
TCDl206是一款高灵敏度、低暗电流、2 160像元的双沟道线阵CCD图像传感器。由2 236个PN结光电二极管构成光敏元阵列，其中前64个和后12个是用作暗电流检测而被遮蔽的，中间2 160个光电二极管是曝光像敏单元，每个光敏单元的尺寸为长14μm、高14μm，中心距亦为14μm。光敏元阵列总长为30．24 mm。
TCDl206的主要特性有：1)光敏像元数为2 160像元；2)像敏单元为：14μmxl 414μm(相邻像元中心距为14μm)；3)光谱范围为250～l 100 nm：4)光敏区域采用高灵敏度PN结作为光敏单元；5)时钟为二相(5 V)；6)内部电路包含采样保持电路，输出预放大电路；7)采用22引脚DIP封装。

2 TCDl206的结构原理和引脚功能
2．1结构原理
TCDl206是二相电极的双沟道线型CCD，其结构原理如图1所示。中间一排是由多个光敏二极管构成的光敏阵列，有效单元为2 160位，其作用是接收照射到CCD硅片的光，并将其转化成电荷信号，光敏元两侧是存储其电荷的MOS电容列一存储栅。MOS电容列两侧是转移栅电极SH。转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，其输出部分由信号输出单元和补偿单元构成。

2．2引脚功能
TCDl206器件采用DIP封装，各引脚功能如表1所示。