专利名称：高速电荷耦合传感器视频信号预处理器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于传感技术领域，特别涉及一种高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器。
技术背景CCD(电荷耦合器件)是一种光电转换器件，用集成电路工艺制造，主要由光敏单元、输入结构、输出结构组成。目前，CCD广泛应用于安全保卫系统中的数字摄像机、机器人视觉系统、视频游戏机、扫描仪、传真机等设备，并可作为天文学、光谱学和结晶学研究中胶片照相的替代方法。同时CCD还不断在交通辨识、电视和电脑外设、玩具、有线和RF视频会议及Internet接入装置等方面开拓着新的应用领域。
高速CCD是各种CCD产品中较为特殊的一类，其帧率可以达到几百甚至上千帧每秒，是研究高速过程的有力工具。高速CCD相机是半导体技术的发展到一定阶段的产物，是近年来新兴的一种技术。高速CCD芯片是高速相机的核心部件，目前只有少数国家的少数公司能够生产。加拿大DALSA公司是该领域国际著名的公司，其生产的IA-D1是一款性能优异的高速CCD芯片。
由CCD的特点可知，CCD应用系统如果要正常工作，必需借助于必要的光学系统、合适的外围驱动电路与信号处理电路等一些外围设备，而视频信号预处理电路是其中非常重要的一个部分，它的作用是对CCD输出的视频信号进行预处理，提取有用信号，消除直流分量，降低噪声，进行A/D转换。可以认为，视频信号预处理电路是CCD输出模拟信号和数字视频信号之间的桥梁，直接决定着视频系统最终的图像质量，在高速相机中起着非常关键的作用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器，其特征在于其视频信号处理器采用型号为AD9840A作为视频信号预处理器的模拟前端AFE，其信号控制端与单片机和可编程逻辑器件CPLD连接，单片机的控制端与可编程逻辑器件CPLD的输入连接，可编程逻辑器件CPLD输出通过电平转换和IA-D1型CCD芯片的控制端连接；AD9840A还通过0.1μF电容与IA-D1型CCD芯片连接。
所述AD9840A模拟前端是一种新型的集成化的CCD信号预处理芯片，其内部除集成有高速的A/D转换器外，还集成有钳位电路、CDS双相关采样电路、PGA可编程增益放大器、VGA可变增益放大器及黑像素处理电路构成。其六路控制信号端SHP、SHD、DATACLK、CLPOB、CLPDM和PBLK与可编程逻辑器件CPLD的clockinputs端相接，所述单片机与AD9840A之间的连接通过三线编程接口实现连接，三根信号线分别为SDATA、SCLK、SENABLE。
本实用新型与现有IA-D1型CCD芯片预处理器相比具有如下优点此预处理器电路高度集成化，可以进行较为复杂的处理，具有很好的处理效果，可以获得较高质量的图像，同时电路体积明显减小，为最终产品的小型化奠定了基础。
图1为为CCD信号预处理器的电路连接图。
图2为模拟前端内部电路图。
图3为CCD信号预处理器的接口电路图。
具体实施方式
本实用新型为一种高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器。其核心视频信号处理器采用模拟前端(AFE)芯片实现，模拟前端芯片的型号为AD9840A。在图1中，其信号控制端与单片机和可编程逻辑器件CPLD连接，单片机的控制端与可编程逻辑器件CPLD的输入连接，可编程逻辑器件CPLD输出通过电平转换和IA-D1型CCD芯片的控制端连接；AD9840A还通过0.1μF电容与IA-D1型CCD芯片连接。单片机的型号为AT89S52，CPLD的型号为M4A5128-64。
AD9840A模拟前端的内部除集成有高速的A/D转换器外，还集成有钳位电路、CDS双相关采样电路、PGA可编程增益放大器、VGA可变增益放大器及黑像素处理电路构成(如图2所示)。在图3中，单片机与AD9840A之间的连接通过三线编程接口实现连接，三根信号线分别为SDATA、SCLK、SENABLE。AD9840A的六路控制信号端SHP、SHD、DATACLK、CLPOB、CLPDM和PBLK与可编程逻辑器件CPLD的clock inputs端相接。该模拟前端芯片内部集成了CDS相关双采样电路、Clamp钳位电路、A/D转换处理电路等；本发明通过单片机对模拟前端进行编程，配置模拟前端内部的寄存器，单片机的型号为AT89S52。通过可编程逻辑器件(CPLD)产生模拟前端正常工作所需要的驱动信号。AD9840A在工作过程中通过CPLD产生需要的高速外部驱动逻辑，在单片机的控制下产生高速驱动时序，其工作过程分成两个阶段首先，上电后要对AD9840A进行初始化，设定AD9840A内部特殊功能寄存器；之后，AD9840A进入正常工作状态。AD9840A作为视频信号预处理器的模拟前端AFE，其内部集成了CDS相关双采样电路、Clamp钳位电路和A/D转换处理电路；钳位电路需要一个额外的电容才能正常工作，这个电容值的选取和信号的频率有关，根据IA-D1输出信号的频率为15MHz，因此额外的电容选用0.1μF的陶瓷电容器。用于消除直流分量，并重置一个与AFE的电源电压范围相匹配的直流分量，一般为1.5V左右。因AFE具有性能好、集成度高、功能全等特点，完全可以满足IA-D1信号预处理的要求，因此采用AFE芯片实现CCD信号的预处理。这种方法即保证了系统的性能，又便于电路的小型化。
权利要求1.一种高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器，其特征在于其视频信号处理器采用型号为AD9840A作为视频信号预处理器的模拟前端AFE，其信号控制端与单片机和可编程逻辑器件CPLD连接，单片机的控制端与可编程逻辑器件CPLD的输入连接，可编程逻辑器件CPLD输出通过电平转换和IA-D1型CCD芯片的控制端连接；AD9840A还通过0.1μF电容与IA-D1型CCD芯片连接。
2.根据权利要求1所述高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器，其特征在于所述AD9840A模拟前端是一种集成化的CCD信号预处理芯片，其内部除集成有高速的A/D转换器外，还集成有钳位电路、CDS双相关采样电路、PGA可编程增益放大器、VGA可变增益放大器及黑像素处理电路构成，其六路控制信号端SHP、SHD、DATACLK、CLPOB、CLPDM和PBLK与可编程逻辑器件CPLD的时钟输入端相接。
3.根据权利要求1所述高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器，其特征在于所述单片机通过串行接口与AD9840A的三线编程接口连接，三根信号线分别为SDATA、SCLK、SENABLE。
专利摘要本实用新型公开了属于传感技术领域的一种高速电荷耦合传感器的视频信号预处理器。视频信号处理器采用AD9840A模拟前端(AFE)芯片实现，其信号控制端与单片机和可编程逻辑器件CPLD连接，单片机与可编程逻辑器件CPLD连接，可编程逻辑器件CPLD输出通过电平转换和CCD芯片连接；AFE还通过0.1μF电容与IA－D1型CCD芯片连接，通过单片机对模拟前端AFE进行编程，通过可编程逻辑器件CPLD产生模拟前端正常工作所需要的驱动信号，本实用新型与现有技术相比具有预处理器电路高度集成化，可进行较为复杂的处理，具有很好的处理效果，可以获得较高质量的图像，同时电路体积明显减小，为最终产品的小型化奠定了基础。
文档编号H04N5/14GK2798443SQ20052010880
公开日2006年7月19日 申请日期2005年6月7日 优先权日2005年6月7日
发明者徐磊, 陈强, 孙振国 申请人:清华大学