AD9822及其在面阵CCD系统中的应用

摘要：结合CCD成像器的特点介绍一种以AD9822+FPGA为核心的CCD视频处理方案。详述了AD9822的内部结构和工作原理及其配置方法，重点针对CCD视频信号的特点讨论CDS技术的优越性。选用FPGA器件作为硬件设计载体，使用VHDL语言对AD9822进行初始化配置和驱动时序的设计。实验证明，AD9822能够满足CCD成像系统视频处理的要求，且性能可靠，使用灵活。
关键词：CCD；AD9822；相关双采样；现场可编程门阵列

0 引言
CCD图像传感器是20世纪70年代出现的新型半导体光电转换器件，经历了30多年的发展直到今日，它的技术已经成熟。近几十年来，CCD在图像传感、信号处理、数字存储等领域取得了重大发展。CCD具有灵敏度高、分辨率高、噪声小、动态范围大等优势，具有非常广阔的应用前景。随着CCD性能的不断提高，对其信号处理芯片也提出了更高的要求。CCD视频信号处理的设计重点在于信号处理器对CCD输出的视频信号
进行放大、相关双采样、A／D变换等处理，形成数字化的图像数据，以进行后续的图像处理。该部分的设计要求分析CCD输出数字视频信号的特点，从而选择满足高速率要求的专用CCD视频信号处理芯片。在此选用了CCD视频信号处理芯片AD9822设计了CCD视频信号处理电路。在分析了该芯片的电路结构和工作原理后，基于现场可编程门器件(FPGA)技术完成了该芯片的初始化设置和寄存器配置，并结合Xilinx公司的FPGA芯片XC3S50完成了硬件电路的设计。

1 CCD视频信号的特点及其处理方法
CCD输出信号必须进行视频处理才能为后续电路使用。一方面，是为了尽可能地消除各种噪声和干扰同时又不损失图像细节，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；另一方面，要对CCD输出信号进行数字化处理，以便于计算机处理。这里介绍一下CCD输出信号的特点。CCD器件输出的信号比较特殊，其输出信号波形如图1所示。从图1中可以看出，这些信号就其幅值来讲是模拟信号，其幅值可以
反映出每个像素单元受光后感生电荷的多少，是模拟量，同时在信号输出和感测过程中的非线性以及信号转移过程中的电荷损失，都说明了CCD器件输出信号具有模拟信号的特点。但是，在时间关系上，这些信号又受精确、稳定的时钟控制，并在时钟脉冲的作用下移位输出，类似于数字移位寄存器。根据检测结果可知，每个像素中光生电荷的有无才是重要的，而非电荷量的多少。综合两方面的情况，说明CCD信号具有模拟性和数字性，为数字视频信号。因此，对这种信号的处理也有别于普通的模拟信号。传统的CCD相机视频处理的组成由各自独立的器件完成，其电路复杂、调试困难、价格昂贵。专用视频信号处理器将相关双采样、可编程增益控制、暗电平补偿、ADC模数转换等功能集成在一片芯片上，集成度高，功能强大，性能优越，价格便宜，满足CCD相机朝着轻量化、小型化方向发展的需求，是本文设计CCD成像系统视频处理电路的首选器件。