《跳一跳游戏》绿色度测评报告

0 引言
CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。近30年来，CCD器件及其应用技术的研究取得飞速进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展尤为迅速，它具有噪声低、光谱响应宽、精度和灵敏度高、可靠性好等优点。CCD成像系统主要由光学系统、驱动电路、信号处理电路和图像处理电路组成。
本文主要介绍CCD传感器驱动电路的设计，包括驱动时序产生电路、电源变换电路和驱动器电路。其中，驱动时序产生电路向CCD传感器提供正常工作所需要的各种时序脉冲；电源变换电路向CCD提供正常工作时所需的各种直流偏置电压；驱动器电路用来提高驱动时序的驱动能力。

l CCD驱动时序电路的要求及实现
1．1 CCD图像传感器TH7888A
CCD图像传感器采用ATMEL公司的TH7888A。它是一种高性能的帧转移面阵CCD器件，提供单路和双路两种输出方式，输出数据速率可达40 MHz，每秒30帧图像。TH7888A具有较低的暗电流及像元读出噪声，可用电子快门来调节曝光时间，性能优异。TH7888A由感光区，存储区和水平移位寄存器构成，有效像元数为1 024×1 024个。
CCD的一个工作周期可分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段。光积分阶段进行感光阵列的电荷积累，存储区到转移寄存器的电荷转移(行逆程)以及转移寄存器向输出放大器的电荷输出(行正程)；转移阶段主要进行帧转移，即将感光区的光积分电荷转移至存储区。要完成如上功能就要给CCD提供严格的驱动时序时钟。TH7888A的各驱动时序关系如图1所示。百度 上述这些试点地区出现的实践问题亟需在在法律层面予以规定与明确，从而能够依法赋予监察委员会以性质定位、职能职责、权限和调查手段等，进一步推进反腐败工作规范化、法治化，为推进国家治理体系和治理能力现代化提供重要保证。

图1中，φPA为帧时钟，高电平时为光积分阶段，低电平时为电荷转移阶段。φP1～φP4为帧转移脉冲，在光积分阶段时不变，在电荷转移阶段时同行转移控制信号φM1～φM4一起完成整帧的转移。在光积分阶段，行逆程状态时，帧存储区各行的信号电荷在行转移信号φM1，φM4控制下向水平移位寄存器方向平移一行，读出寄存器时钟φL1，φL2不变；行正程状态时，水平移位寄存器中的像元电荷在读出寄存器时钟φL1，φL2的控制下逐次经过输出放大器输出。每读出一行信号，进行一次行转移。一帧图像传完后，再进行下一帧图像的帧转移。
1．2 基于FPGA的CCD驱动时序的实现
可编程逻辑器件FPGA具有集成度高、速度快、可靠性好及硬件可编程的特点，开发灵活、易于维护、非常适合CCD驱动的设计。设计选用的是Xilinx公司Spartan3系列的XC3S50，在分析CCD驱动时序关系的基础上，采用硬件编程语言VHDL编写，开发软件为ISE 10．1。
程序输入为40 MHz主时钟CLK，由外部晶振提供，输出为十三路驱动信号。设计采用单路输出的方式，输出数据速率选为10 MHz。使用全部1 024×1 024个有效像元，在水平方向上，有效像元加上隔离元、黑参考元等共1 056个像元。在垂直方向上有效像元加上哑像元、黑参考元等共1 056行。进行适量冗余设计，再考虑帧转移和行转移所占用的时间，帧频为每秒8帧。复位时钟OR由主时钟四分频得到。由于CCD各驱动信号间要严格地满足时序关系，且波形比较复杂，程序采用多进程，多计数器循环嵌套的方式实现。帧时钟φA为最外部循环，在光积分阶段，由行逆程和行正程组成第一部分内循环，由主时钟分频、计数设计完成，同时产生行脉冲信号，对行脉冲信号计数产生帧周期；在电荷转移阶段帧转移脉冲φP1～φP4(行转移控制信号φM1～φM4)组成第二部分内循环，信号间的时序关系由主时钟分频、移位实现。
在设计上，需要注意以下两点：
(1)帧转移脉冲φP1～φP4的占空比为5：3，因此先用一个八进制的计数器设计出占空比为5：3的脉冲，再由帧时钟φA的控制及移位操作来实现其严格的时序。
(2)对于φA和φP1～φP4，手册上对其波形的边沿变化时间有限制，对于时间上限，由于信号从FPGA输出之后是通过驱动器EL7212驱动后送入CCD的，而EL7212输出波形的上升及下降时间的最大值已满足此上限要求；对于时间下限，可在CCD管脚附近增加电容和电阻调节波形边沿的陡峭度来满足要求。
1．3 CCD驱动时序的仿真
设计采用ISE 10．1自带的仿真工具对时序进行仿真，并对Xilinx公司的FPGA芯片XC3S50进行配置下载，通过功能仿真验证设计的可行性。驱动时序的仿真结果如图2，图3所示。

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关键词： 电路 设计 驱动 CCD FPGA 基于