原创 CCD驱动时序分析

CCD的驱动过程一般可以分为以下五个部分：

积分:在有效积分时间里，光栅ΦP处于高电平，  每个光敏元下形成势阱，光生电子被积累到势阱中，形成一个电信号“图象”。
转移:就是将N个光信号电荷包并行转移到所对应的各位CCD中，Φt处于高电平。
传输:N个信号电荷在二相脉冲Φ1 、Φ2驱动下依次沿CCD串行输出。
输出:由采集系统读取每个信号。
计数:计数器用来记录驱动周期的个数。通常计数器预置值定为N+m,  m为过驱动次数。
CCD表面示意图：

以上的ΦSh为ΦTG，ΦP为ΦPG
一般CCD都有如下几种驱动参数:传输门ΦTG , 光门电压ΦPG ,脉冲信号ΦH1 和ΦH2 ,复位时钟ΦRG：

时钟信号ΦH1、ΦH2：相位差必须接近180°,占空比须接近50%。ΦH1和ΦH2的速度一般很高,如果上升和下降的时间过快,会导致采集信号的增加,因此边沿时间要适量延长,使输出波形变平滑,这样就能在信号转移速度和信号传递之间达到平衡。

传输门信号(ΦTG) 控制电荷包从光电二极管到CCD 移位寄存器的运动。在电荷积累的过程中,CCD 器件处于积分时间内,光敏区接收光学图像,产生并积累光生电荷,电压控制ΦTG处于低电平状态。当电荷从光电二极管向移位寄存器转移时,高电平ΦTG为电荷创建一个传输通道,ΦTG的脉冲宽度一般为500 ns。
当ΦTG达到它的最高电平态时,光门电压ΦPG也会处于上升沿状态,并且脉宽至少保持011μs ,完成电荷向移位寄存器的转移。
复位时钟ΦRG 。移位寄存器中最后一个阶段的电荷产生后,通过电荷积分器和前置放大器读出信号。积分器由一个浮点扩散产生,先将复位晶体管电压ΦRG设置到最高态,进行复位,建立直流参考电压(VRD) 。然后ΦRG处于低脉冲,关闭复位晶体管,将积分器从VRD 中隔离出来(以便读取电荷) 。下一个时刻,ΦH1 变成低电平,电荷包转移到积分器,产生与电荷包大小成正比的电压。复位晶体管电压ΦRG必须在ΦH1 由高电平到低电平的转变之前达到它的最低值。


部分CCD存在抗晕时钟ΦAB 。曝光控制使可变电荷在光电二极管中有充足的积累时间。当抗晕门电压ΦAB处于高电平时,电荷就从像素存储门流向曝光控制沟道。普通情况下,电荷在光电二极管中积累时ΦAB为低电平。根据曝光控制模式的时间要求,电荷总是先累积完毕再传输到转移寄存器。

驱动方法：
直接数字电路驱动方法
用数字门电路及时序电路搭成CCD驱动时序电路（由振荡器、单稳态触发器、计数器）。
电图路
可编程逻辑器件CPLD&FPGA
驱动频率和积分时间可以调节
几个参考文档：

单片机驱动方法&EPROM驱动方法
单片机产生CCD驱动时序的方法，主要依靠程序编制，直接由单片机I/O口输出驱动时序信号。时序信号是由程序指令间的延时产生。
在EPROM中事先存放驱动CCD的所有时序信号数据，并由计数电路产生EPROM的地址使之输出相应的驱动时序。


然后是信号放大，这个问题在下一篇文章中重点研究，不过找到一个比较好的东西，从这个文档里面可以看看要关注些什么：