TDA9965工作原理及其在TDI-CCD相机电路中的应用

    0 引 言

    CCD输出的信号必须进行视频处理才能供后续电路使用。其目的就是尽可能地消除各种噪声和干扰,但又不损失图像细节,并且保证在CCD的动态范围内图像信号随目标亮度成线性变化,同时为了便于计算机处理和大容量存储,还必须对CCD输出信号进行数字化处理[1]。CCD视频处理电路是电路系统的重要组成部分,直接影响CCD的性能,因此TDA9965在系统中的作用非常重要。

    1 TDI-CCD相机结构

    时间延时积分电荷耦合器件(Time Delay and In-tegration Charge Coupled Devices,TDICCD)是近几年发展起来的一种新型光电传感器。主要应用在低照度条件下,对低照度目标有很高的灵敏度。系统中采用的TDI-CCD输出频率为100 MHz,分8路输出。TDI-CCD成像系统主要包括光学系统、机械系统、电源供电系统、驱动系统、控制系统、图像数据处理系统等[2]。系统处理过程为:TDI-CCD在FPGA提供的驱动时序控制下将光信号转换成电信号,即模拟视频信号;模拟视频信号经放大倒相处理后送入TDA9965,TDA9965也同样在FPGA提供的时序信号驱动下完成对模拟视频信号的数字化处理;转换后的数字信号送入FPGA,经过一系列处理最终送入终端。系统采用一片FPGA同时为TDI-CCD和TDA9965提供时序驱动信号,FPGA的型号是Altera公司的EP3C25Q240,它是一款性价比很高的芯片。

    2 TDA9965简介及其工作原理

    2.1 TDA9965简介

    TDA9965是PHILIPS公司针对CCD成像系统设计的一款低功耗模/数转换芯片。它主要由箝位及采样保持(CTH)电路、调准箝位回路(ADC CLAMPLOOP)、可编程增益放大(PGA)电路和A/D转换电路三部分组成[3]。CTH带宽、PGA增ADC箝位暗电平以及其他控制脉冲极性都是通过配置3线串行接口实现的。

    TDA9965的主要特征有[3]:

    (1)采样频率30 MHz;

    (2) PGA范围为0~36 dB;

    (3) 12 b A/D转换器;

    (4)箝位及采样保持(CTH)电路的可控频率范围为35~284 MHz;

    (5)可编程3线串行接口配置;

    (6)低功耗,典型值为425 mW。

    2.1.1 箝位及采样保持(CTH)电路

    箝位及采样保持(CTH)电路是TDA9965的重要组成部分。当外界没有光线射进CCD时,视频信号中依然有压降,这就是暗像元带来的偏压,一般被视为噪声。箝位电路就是用来清除这种噪声的(如图1中的$VBLACK),控制脉冲是CLPOB,CLPADC[3]。采样保持电路采用的相关双采样(CDS)算法可以有效地抑制复位噪声和白噪声。SHP,SHD分别作为第一次采样和第二次采样的驱动信号,第一次采样位于复位周期结束后(图1中的Floating gate level);第二次采样位于信号的信息阶段(图1中的Videolevel),两次采样的电压差减去$VBLACK就代表了不含噪声的信号(如图1中所示的$VDATA)。CLPOB,CLPADC,SHP,SHD的具体时序关系如图2所示,它们之间有严格的时间关系,t1=3 ns,t2=3 ns。