彩色線陣圖像傳感器實驗1第一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六主講教師：祝世平電話：-Mail：spzhu@163.com

辦公室： 新主樓B座705室2第二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六課程安排及要求3第三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六一、基本要求所做實驗需要寫實驗報告，實驗報告應該對實驗現象和數據進行分析，得出相應的結論。線陣CCD驅動電路的設計部分采用Multisim電路仿真軟件進行驅動時序信號的仿真，可以參考所提供的示例電路并做出改進，鼓勵不同于示例電路的具有新意的電路設計，或采用FPGA、單片機等方式進行仿真。4第四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六實驗報告（包括實驗部分和驅動電路設計部分），按照給定的統一模版，寫在1張A4紙上。要求A4紙正反面打印，正文為5號字體。實驗內容和驅動電路設計必須獨立完成，不得互相抄襲。5第五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六二、每位同學需要提交的材料

實驗報告：內容包括：①實驗部分；②驅動電路設計部分。（其中驅動電路設計部分可以包括一種或多種方案（IC分立元件、FPGA、單片機等）。實驗報告須提交電子版和打印版。Multisim電路仿真文件（或FPGA程序、單片機程序等）：須提交電子版。6第六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六三、相關材料的提交方式

電子版提交方式：每位同學用“學號姓名”建立一個文件夾。每位同學的以上實驗報告電子版和電路仿真文件等2項材料都存放在自己的文件夾內。打印版提交方式：每位同學的實驗報告打印1份，按照給定的統一模版，正反面打印在1張A4紙上。以上打印版材料和電子版材料，由班長收齊后在規定的時間內統一交給任課教師。

7第七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六參考書目王慶友主編，《圖像傳感器應用技術》，電子工業出版社，2003年9月。8第八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第一章CCD的基本工作原理9第九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六圖像傳感器的基本原理成像物鏡將外界照明光照射下的（或自身發光的）景物成像在物鏡的像面上，形成二維空間的光強分布（光學圖像）。能夠將二維光強分布的光學圖像轉變成一維時序電信號的傳感器稱為圖像傳感器。

10第十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六

單個圖像傳感器的工作原理11第十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六一維線陣圖像傳感器和二維面陣圖像傳感器12第十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六線陣圖像傳感器的成像過程13第十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六加拿大達爾薩(DALSA)公司IT-P1-4096線陣CCD傳感器彩色線陣CCD圖像傳感器分辨率：4096像元尺寸：10μm×10μm幀頻：4通道，23.7fps時鐘：4×25MHz動態范圍：70dB14第十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六加拿大達爾薩(DALSA)公司FTF4052M/C全幀面陣CCD傳感器黑白/彩色全幀CCD圖像傳感器分辨率：4008×5344像元尺寸：9μm×9μm幀頻：4通道，3.6fps時鐘：4×25MHz動態范圍：>72dB，線性15第十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六電荷耦合攝像器件電荷耦合攝像器件(CCD)的突出特點是以電荷為信號的載體，不同于大多數以電流或電壓為信號的載體的器件。CCD的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉移。因此，CCD的基本工作過程主要是信號電荷的產生、存儲、轉移和檢測。16第十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六電荷的存儲構成CCD的基本單元是MOS（金屬-氧化物-半導體）結構。在柵極G施加電壓UG之前P型半導體中空穴（多數載流子）的分布是均勻的。17第十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六當柵極施壓正電壓UG（此時UG小于等于P型半導體的閾值電壓Uth），P型半導體中的空穴將開始被排斥，并在半導體中產生耗盡區。電壓繼續增加，耗盡區將繼續向半導體體內延伸。18第十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六緊密排列的MOS結構能夠存儲和轉移電荷。19第十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六UG大于Uth后，耗盡區的深度與UG成正比。若將半導體與絕緣體界面上的電勢記為表面勢，且用Φs表示，表面勢Φs將隨柵極電壓UG的增高而增高。在同樣的柵極電壓UG作用下，不同厚度的氧化層有著不同的表面勢。表面勢Φs表征了耗盡區的深度。20第二十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六在沒有反型層電荷時，勢阱的“深度”與柵極電壓UG的關系恰如Φs與UG的關系。下圖中：所示為空勢阱的情況；為反型層電荷填充1/3勢阱時表面勢收縮的情況；21第二十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六當反型層電荷繼續增加時，表面勢Φs將逐漸減小，當反型層電荷足夠多時，表面勢Φs減小到最低值2ΦF。此時，電子將產生“溢出”現象，表面勢可以作為勢阱深度的度量。22第二十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六23第二十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六電荷的轉移為了理解CCD中勢阱及電荷如何從一個位置轉移到另一個位置，如下圖所示的四個彼此靠的很近的電機在加上不同電壓的情況下，勢阱與電荷的運動規律。通過將按一定規律變化的電壓加到CCD各電極上，電極下的電荷包就能沿半導體表面按一定方向移動。24第二十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六通常把CCD的電極分為幾組，每一組稱為一相，并施加同樣的時鐘驅動脈沖。CCD正常工作所需要的相數由其內部結構決定。25第二十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六下圖所示的結構需要三相時鐘脈沖，其驅動脈沖的波形如圖(f)所示。這樣的CCD稱為三相CCD。三相CCD的電荷必須在三相交疊驅動脈沖的作用下，才能以一定的方向逐單元地轉移。26第二十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六27第二十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六電荷的檢測在CCD中，有效地收集和檢測電荷是一個重要問題。目前的CCD輸出電荷信號的方式主要是稱為電流輸出的電路。28第二十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六電流輸出方式的電路如下圖所示。它由檢測二極管、二極管的偏置電阻R、源極輸出放大器和復位場效應管VR等單元組成。29第二十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六30第三十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六信號電荷在轉移脈沖的驅動下向右轉移到最末一級轉移電極（圖中CR2電極）下的勢阱中。當CR2電極上的電壓由高變低時，由于勢阱的提高，信號電荷將通過輸出柵（加有恒定的電壓）下的勢阱進入反向偏置的二極管（圖中N+區）。31第三十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六進入反向偏置的二極管中的電荷（電子），將產生電流Id，且Id的大小與注入二極管中的信號電荷量Qs成正比，而與R成反比。電阻R是制作在CCD器件內部的固定電阻，阻值為常數。所以，輸出電流Id與注入二極管中的電荷量Qs成線性關系。32第三十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六由于Id的存在，使得A點的電位發生變化。注入二極管中的電荷量Qs越大，Id也越大，A點電位下降得越低。所以，可以用A點的電位來檢測注入到輸出二極管中的電荷Qs。隔直電容只將A點的電位變化取出，使其通過場效應放大器的OS端輸出。33第三十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六線型CCD攝像器件的兩種基本形式單溝道線陣CCD34第三十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六單溝道線陣CCD由光敏陣列、轉移柵、CCD模擬移位寄存器和輸出放大器等單元構成。光敏陣列一般由光柵控制的MOS光積分電容或PN結光電二極管構成，光敏陣列與CCD模擬移位寄存器之間通過轉移柵相連。35第三十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六轉移柵既可以將光敏區與模擬移位寄存器分隔開來，又可以將光敏區與模擬移位寄存器溝通，使光敏區積累的電荷信號轉移到模擬移位寄存器中。36第三十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六通過加在轉移柵上的控制脈沖完成光敏區與模擬移位寄存器隔離與溝通的控制。當轉移柵上的電位為高電平時，二者溝通，而轉移柵上的電位為低電平時，二者隔離。37第三十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六二者隔離時光敏區進行光電注入，光敏單元在不斷積累電荷，有時將光敏單元積累電荷的這段時間稱為光積分時間。轉移柵電極電壓為高電平時，光敏區所累積的信號電荷將通過轉移柵轉移到CCD模擬移位寄存器中。38第三十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六通常轉移柵電極為高電平的時間很短，為低電平的時間很長，因而光積分時間要遠超過轉移時間。在光積分時間里，CCD模擬移位寄存器在三相交疊脈沖的作用下，將信號電荷一位位地移出器件，經輸出放大器形成時序信號（或稱視頻信號）。39第三十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六雙溝道線陣CCD40第四十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六雙溝道線陣CCD攝像器件具有兩列CCD模擬移位寄存器A與B，分列在像敏陣列的兩邊。當轉移柵A與B為高電位（對于N溝道器件）時，光敏陣列勢阱里積存的信號電荷包將同時按箭頭指定的方向分別轉移到對應的模擬移位寄存器內。然后在驅動脈沖的作用下分別向右轉移。最后經輸出放大器以視頻信號的方式輸出。41第四十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六對同樣的像敏單元來說，雙溝道線陣CCD要比單溝道線陣CCD的轉移次數少一半，轉移時間縮短一半，它的總轉移效率大大提高。因此，在要求提高CCD的工作速度和轉移效率的情況下，常采用雙溝道的方式。42第四十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第二章TCD2252D彩色雙溝道CCD

43第四十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六一、TCD2252D的基本結構TCD2252D是一種高靈敏度、低暗電流、2700像元的內置采樣保持電路的彩色線陣CCD圖像傳感器。它內部包含3列2700像元的光敏二極管。

該器件工作在5V驅動（脈沖）、12V電源條件下。

44第四十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的外形圖

45第四十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的管腳分布圖

46第四十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的管腳定義

47第四十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的基本特性

像敏單元數目：2700像元×3列。像敏單元大小：8m×8m×8m（相鄰像元中心距為8m）。光敏區域：采用高靈敏度和低暗電流PN結作為光敏單元。48第四十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六相鄰光敏列間距：48m時鐘：二相（5V）內部電路：采樣保持電路、箝位電路。封裝形式：22腳DIP封裝。彩色濾光片：綠、藍、紅。49第四十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的基本結構原理圖

50第五十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D由2776個PN結光電二極管構成光敏單元陣列，其中前64個和后12個是用做暗電流檢測而被遮蔽的，圖中用符號Di(i=0,1,2,…)表示。中間的2700個光電二極管是曝光像敏單元，圖中用符號Si(i=0,1,2,…)表示。

51第五十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六每個光敏單元的尺寸為8μm×8μm，相鄰像素中心距8μm，相鄰傳感線間距48μm。

光敏單元陣列的兩側是用做存儲光生電荷的MOS電容存儲柵。

52第五十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六MOS電容存儲柵的兩側是轉移柵電極SH。轉移柵電極的兩側為CCD模擬移位寄存器。其信號輸出部分由輸出放大器單元的OS端輸出。

53第五十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六①SH：完成將光敏區信號電荷向模擬移位寄存器中轉移，在光積分期間，起到隔離作用。②SP：采樣保持脈沖，采樣保持電路的作用是把鉗位電路的輸出值保持一段時間，使得波形成為高低電平的形式而不是脈沖。54第五十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六③

RS：當轉移柵把信號電荷轉移到移位寄存器中后，移位寄存器要一位一位輸出電荷，為了不使得輸出混亂，RS電極需要外加適當的復位脈沖，每當前一個電荷包輸出完畢，下一個電荷包尚未輸出之前，RS電極上應出現復位脈沖，它把前一電荷包抽走，以準備接受下一電荷包到來。55第五十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六④CP：鉗位脈沖，減少紋波和暗電流的影響，保持零電平，使采樣保持電路有一個穩定的采樣值。56第五十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六二、TCD2252D的工作原理線陣CCD由光電二極管陣列組成的光敏區，轉移柵，CCD模擬移位寄存器，以及其它一些控制電路組成。

57第五十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六對于光敏區來說，是由光電二極管陣列構成，它們可以把入射在其上的光能轉化為電能（確切的說是電荷包）。轉化出的電荷量的多少是和入射在相應的光電二極管上的光強和積分時間有關系的，因此電荷量的多少就反映了原圖像的信息。

58第五十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六同時光敏區必須把所形成的電荷進行轉移，以便于變成便于利用的電壓信號。而且只有及時地把電荷轉移走才能使得CCD芯片能連續工作。

59第五十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六當然轉移柵的功能就是實現把光敏區產生的電荷進行轉移。要使電荷轉移快速準確的進行，就必須用外界電路產生相應的波形（電壓）進行控制，因此設計CCD的驅動電路就成為能使器件正常工作的重要環節。

60第六十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六在轉移柵把光敏區的產生的信號電荷轉移到CCD模擬移位寄存器的同時，光敏區又開始工作進行新一輪的轉換。CCD模擬移位寄存器則把轉移過來的電荷保存并向外（計算機）傳輸。

61第六十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六剩余的電路如鉗位和采樣保持的作用是使得CCD芯片輸出的信號OS的電平能穩定的保持。

62第六十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六因為有紋波和暗電流的影響，CCD移位寄存器的輸出電平不穩定。鉗位使RS復位后的零電平可以保持一段時間、使零電平時間長一些，這樣線性化好一些。采樣保持電路的作用是把OS輸出信號電平保持一定的時間，使得波形成為高低電平的形式而不是脈沖。63第六十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的驅動脈沖時序圖

64第六十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六圖中當SH脈沖為高電平時，1A,B脈沖亦為高電平，其下均形成深勢阱。這樣，SH的深勢阱使1A,B電極下的深勢阱與MOS電容存儲勢阱溝通，MOS電容存儲柵中的信號電荷將通過轉移柵轉移到模擬移位寄存器1A,B電極下的勢阱中。

65第六十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六當SH由高變低時，SH低電平形成的淺勢阱（也可以稱為勢壘）將存儲柵下的勢阱與1A,B電極下的勢阱隔離開。存儲柵下的勢阱進入光積分狀態，而模擬移位寄存器將在1A,B與2A,B脈沖的作用下驅動信號電荷進入定向轉移。

66第六十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六最初由存儲柵轉移到1A,B電極下勢阱中的信號電荷將向左轉移進入2A,B電極下勢阱中，而后再轉移至1A,B電極下勢阱中，一位位地向左轉移，最后經過輸出電路由OS端輸出啞元信號和2700個有效像元信號。

67第六十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六由于結構上的安排，OS端首先輸出13個虛設單元信號（所謂虛設單元是沒有光電二極管與之對應當CCD模擬寄存器的部分）。然后輸出48個啞元信號（指被遮光的光電二極管與之對應當CCD模擬移位寄存器的部分產生的信號）。68第六十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六再輸出3個信號（這3個信號可因為光的斜射而產生電荷信號的輸出，但不能作為有效信號）。最后才連續輸出S1～S2700的有效像素單元信號。S2700信號輸出后，又輸出9個暗信號。69第六十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六再輸出2個奇偶檢驗信號，之后便是沒有信號的空驅動信號。空驅動數目可以是任意的，但必須大于0，否則會影響下一行信號的輸出。

70第七十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六由于該器件是兩列并行分奇、偶傳輸的，所以在一個SH周期中至少要有1388個1A,B脈沖。即TSH>1388T1，T1為驅動脈沖1A,B的周期。71第七十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六圖中的RS為加在復位場效應管柵極上的復位脈沖。每復位一次就輸出一個像敏單元的信號，在器件的輸出端輸出OS信號。時鐘管腳：每一時鐘有兩個相位的原因，是每一通道R、G、B為了快速轉移電荷，而使用兩個時鐘脈沖的控制。72第七十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六?1與SH的相位關系：?1先高，移位寄存器中接收電荷的勢阱先形成，有利于電荷的轉移；?1后下降，不致使?1的電極下電荷倒流回勢阱中。

73第七十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六轉移脈沖SH的高電平期間，驅動脈沖?1必須也為高電平，而且必須保證SH的下降沿落在?1的高電平上，才能保證光敏區的信號電荷并行地向模擬移位寄存器的?1電極轉移。74第七十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六TCD2252D的時序要求

75第七十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六76第七十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六77第七十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六三、TCD2252D的驅動電路設計

SH脈沖為低電平時為“采光”時間（積分時間），SH脈沖的周期決定了器件采光時間的長短。

78第七十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六而在此期間，兩側的移位寄存器在驅動脈沖?1和?2作用下把上一次轉移來的電荷包逐個一次輸出到器件以外。可以看出，在SH為低電平期間，兩個移位寄存器分別輸出2700/2個信號脈沖。

79第七十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六器件最佳驅動脈沖?1、?2的頻率為500KHz。那么RS的復位信號的頻率就應該是?1、?2的頻率的2倍。同理，根據CCD的基本原理可以分析出鉗位和采樣保持脈沖電路的頻率要求。80第八十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六驅動電路應滿足三個要求

①滿足CCD芯片時序圖的時序要求。②對CCD提供的脈沖應滿足一定的電壓幅度（12V）和功率要求（800mW）。③CCD輸出信號便于和外電路連接。

81第八十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六驅動電路方框圖

82第八十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六在CCD應用技術中，其賴以正常工作的驅動信號的產生電路比較復雜，驅動電路的設計也就成為其應用中的關鍵問題之一。

83第八十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六由于不同廠家生產的CCD其驅動時序不盡相同，而同一廠家的不同型號的CCD其驅動時序也不完全一樣，使CCD的驅動電路很難規范化、產品化。因此，許多CCD用戶必須面對驅動電路的設計問題。

84第八十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六CCD時序脈沖信號是一組周期性的、關系比較復雜的脈沖信號，它是影響CCD器件的信號處理能力、轉移效率、信噪比等性能的一個重要因素。85第八十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六線陣CCD驅動電路通常有4種方式實現：IC驅動法EPROM驅動法（或E2PROM）單片機驅動法可編程邏輯器件(PLD)驅動法86第八十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六1、IC驅動法在設計中，使用同一時鐘對幾路脈沖進行控制，以保證相互間確定的時間關系。再用分頻器對時鐘脈沖進行分頻以產生各路脈沖所需的波形。下圖為采用這種方法設計的電路圖。

87第八十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六兩相CCD驅動的電路圖

88第八十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六Multisim10.0在理想仿真模式下的仿真結果光生電荷轉移階段（兩端部分）：第一幅圖SHΦ1SPRS

89第八十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第二幅圖Φ2SPRSCP90第九十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第三幅圖SHSPRSCP91第九十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六光生電荷積累階段（中間部分）：

第一幅圖Φ1Φ2RSCP92第九十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第二幅圖Φ1SPRSCP93第九十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六2、EPROM驅動方法

由CCD驅動時序圖可知，RS、CP和SP的低電平為最窄，而各個信號的任何部分都是最窄部分的倍數。根據這一特點，將這組信號以最窄部分為基本單位劃分為若干個等時間間隔，稱為狀態。

94第九十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六時鐘波形電平變化發生在一定狀態變化時刻，這樣任意一路信號都被分為上萬個狀態，處于某一狀態時，各路信號或1或0，構成一個狀態的數據。將數據依次裝入可擦除只讀存儲器EPROM中，只要等時間間隔地依次輸出這些數據就形成了CCD所需的各路波形。

95第九十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六3、單片驅動方法

單片機是靠指令產生I/O口的輸出邏輯狀態來產生驅動時序。由于線陣CCD的典型復位脈沖是1MHz，對單片機的速度有一個最低要求，所以要實現這種驅動方法必須使用指令周期小于1μs的單片機，如AVR單片機。96第九十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六單片機驅動連接示意圖

97第九十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六4、可編程邏輯器件設計法

這種設計方法就是使用與器件對應的基于Windows的開發軟件，這類軟件一般都支持電路圖、VHDL或VerilogHDL輸入方式及仿真。首先按CCD時序發生器的原理將其分成高低幾個邏輯關系層。98第九十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六利用模塊化的設計方法，對各部分邏輯關系使用原理圖與硬件描述語言混合進行描述。并進行逐級仿真，以確保時序的正確性。最后將編譯生成的JEDEC文件下載到可編程芯片上。

99第九十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六基于FPGA的驅動連接示意圖

賽靈思(XILINX)、阿爾特拉(Altera)等公司均有FPGA產品，雖然不同公司的產品在結構上差異較大，但都能實現可重復編程開發的功能。100第一百頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六5、四種方法的比較早期的CCD驅動電路幾乎全部是由普通數字電路芯片實現的，由于需要復雜的三相或四相交迭脈沖，一般整個驅動電路需要20個芯片左右，體積較大，設計也復雜，偏重于硬件的實現，調試困難，靈活性較差。101第一百零一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六EPROM（或E2PROM）法，設計思想十分顯然，不論對任何型號的CCD，其硬件結構幾乎不需要變化。只需按CCD的典型驅動波形圖，將EPROM輸出數據與CCD信號相對應，以及將波形轉化成數據即可，設計起來十分簡單。102第一百零二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六單片機驅動方法與EPROM方法有些相似。EPROM方法每改變地址就輸出新的狀態數據，單片機法每改變一次端口輸出指令就改變了輸出數據。在這種設計方法中，硬件電路非常簡單，但是存在資源浪費較多，頻率較低的缺陷。103第一百零三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六可編程邏輯器件設計法實現的系統集成度高、速度快、可靠性好。系統每一功能模塊完成后可單獨仿真。整個系統完成時也可在計算機上進行仿真，不需要外部測試儀器就可以檢查修改設計中的問題。104第一百零四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六另外，利用ISP技術（系統內可編程技術）后，系統提供編程接口，電子系統的硬件設計變得像軟件設計那樣靈活而又易于修改。105第一百零五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六ISP技術，即在系統內可編程技術，是指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。106第一百零六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六硬件的功能可以實時地加以修改，或按規定程序改變組態。大規模可編程邏輯器件的應用已經是電子系統設計的趨勢。107第一百零七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第三章彩色線陣CCD多功能實驗

108第一百零八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第一節實驗儀的基本原理及技術指標109第一百零九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六YHCCD-IV（基本型）的規格及

技術指標圖像傳感器采用2700像素TCD2252DRGB三線彩色線陣CCD，單像素尺寸8μm×8μm，相鄰像素中心距8μm，相鄰傳感線間距48μm。110第一百一十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六YHCCD－IV彩色線陣CCD多功能實驗系統由穩壓電源、照明系統、被測物夾持系統、成像光學系統、彩色線陣CCD、信號處理系統、測量軟件和計算機等組成。111第一百一十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六穩壓電源為照明系統提供穩定的照明光。被照明的物體經光學成像系統成像在線陣CCD的光敏陣列面上。線陣CCD在驅動脈沖的作用下完成光電轉換并產生視頻信號。112第一百一十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六實驗儀器系統框圖113第一百一十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六實驗儀器示意圖114第一百一十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六儀器各部件介紹主電源開關二值化閾值電平調節旋鈕硬件二值化開關振動裝置電機開關（此儀器中暫時未使用）115第一百一十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六光源開關（此儀器中暫時未使用）CCD上電開關（此儀器中暫時未使用）計算機并口連接端口116第一百一十六頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六積分時間設置按鈕（個位減）積分時間設置按鈕（十位減）積分時間設置按鈕（十位加）積分時間設置按鈕（個位加）驅動頻率設置按鈕117第一百一十七頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六儀器顯示面板頂蓋（可拿下）測量用接線柱118第一百一十八頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六第二節實驗儀的相關說明

119第一百一十九頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六一、CCD驅動波形與YHCCD－IV標注對應關系

實驗儀上F1信號對應于該器件的?1A1、?1A2和?1B信號。實驗儀上F2信號對應于該器件的?2A1、?2A2和?2B信號。實驗儀上RS信號對應于該器件的RS信號。120第一百二十頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六實驗儀上CP信號對應于該器件的CP信號。實驗儀上SP信號對應于該器件的SP信號。實驗儀FC(HC)信號定義如下：121第一百二十一頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六FC信號周期與SH信號周期相同，FC信號上升沿對應于CCD第一有效輸出信號。

122第一百二十二頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六二、各部分操作基本說明

驅動頻率設置按鈕：調節驅動頻率，顯示數字為“0”——“3”循環。“0”表示1MHz驅動頻率；“1”表示500KHz；“2”表示250KHz；“3”表示125KHz驅動頻率。123第一百二十三頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六積分時間設置按鈕（共4個）：用于控制本實驗儀積分時間。顯示“00”——“31”共32檔積分時間，通過改變驅動頻率，可以擴展積分時間設定范圍。124第一百二十四頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六設定的積分時間與當前的驅動頻率有關，例如：在“0”檔驅動頻率下每改變一檔積分時間，其積分時間僅改變0.256ms；而在“1”檔驅動頻率下每改變一檔積分時間，其積分時間將改變0.512ms。

125第一百二十五頁，共一百四十頁，編輯于2023年，星期六二值化閾值電平調節按鈕（共2個）：用于調節本實驗儀閾值電平：每按一次，閾值電平改變0.02V。儀器顯示面板顯示為當前的閾值電平電壓值。延時約3