基于CPLD的CCD信号发生器的研究

文章摘要：4 信号发生模块CPLD 的设计4.1选择符合要求的CPLD本设计采用LATTICE公司的ispLSI1032e CPLD，该芯片共有84个引脚，可用门数达6000 个，192个逻辑单元，可单独配置为输入、输出及双向工作方式，64个通用I/O口，其传输延 时为7.5ns，最高工作率高达125MHz,可以满足本设计的要求。该系统要求的输出频率为11MHz的相关双采样形式的CCD信号，并且对信号的时序有着严格的要求，选用66MHz的晶振，作为 CPLD的时钟输入。4.2 程序设计输出的数字信号要提供给图像传感器的下一级采样系统，符合一定的时序要求，采样所 需时序脉冲信号，输出信号有模拟CCD 输出

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　　4 信号发生模块CPLD 的设计

　　4.1选择符合要求的CPLD

　　本设计采用LATTICE公司的ispLSI1032e CPLD，该芯片共有84个引脚，可用门数达6000 个，192个逻辑单元，可单独配置为输入、输出及双向工作方式，64个通用I/O口，其传输延 时为7.5ns，最高工作率高达125MHz,可以满足本设计的要求。该系统要求的输出频率为11MHz的相关双采样形式的CCD信号，并且对信号的时序有着严格的要求，选用66MHz的晶振，作为 CPLD的时钟输入。

　　4.2 程序设计

　　输出的数字信号要提供给图像传感器的下一级采样系统，符合一定的时序要求，采样所 需时序脉冲信号，输出信号有模拟CCD 输出信号，相关双采样信号，故需要A/D 采行同步脉 冲信号等。信号发生模块CPLD 部分，我们除了需要产生所有的数字信号之外，还需要为下一部分的数模转换模块准备好需要的数据和D/A 时钟时序。

　　在利用 VHDL 语言在isp 环境下编程、仿真、调试，得到几幅模拟灰度图像和行、场同 步信号。输出信号有数字图像信号（10 位并行输出），D/A 的时钟信号(clock1)和写信号 (wrt)，相关双采样信号，行、场同步脉冲信号等。输入时钟信号(clk)为66MHz，行同步信 号row 用来保证输出像元的同步。

　　它的输出作为模拟CCD 数据产生和D/A 转换控制模块的时钟输入。模拟CCD 数据产生 模块输出的方波信号ccdout[9..0]，经过DAC 变换后，生成CCD 的模拟输出信号。D/A 转 换控制模块生成DAC 的写信号WR 和时钟信号CLK，要求D/A 在数据ccdout[9：0]的一个周 期内采样转换高低电平各一次，需要wrt 和clock1 在ccdout[9..0]的高低电平处分别采样, 为保证clock1 与wrt 信号的相位关系，令wrt 信号在clk 的上升沿变换，clock1 信号在clk 的下降沿变换，这样就产生了我们所需要的数据和控制信号。

　　4.3 仿真结果

　　本设计实现了采用VHDL硬件编程语言和CPLD产生系统的数据源信号，包括模拟CCD输出 的模拟信号产生前的一组数字信号和用于下一级所需要的的控制时序，保证了系统输出信号 的速度和相位关系。如图3的仿真波形所示，ccdout[9..0]为模拟的图像信号，shp、shd为 相关双采样信号，clock1、wrt为下一级数模转换模块D/A的控制信号。参考脉冲shp和视频 脉冲shd在一个像元间隔分别采样一次，最终输出信号为采集到的参考电平与视频电平之间 的差值，采用相关双采样技术可以滤除叠加在输出信号上的复位噪声。

　　图3程序仿真结果

　　5 数模转换及输出处理模块

　　选用DAC2900 作为数模转换器，将模拟的灰度图像经数模转换得到的模拟信号。DAC2900 是TI 公司生产的10 位高速D/A 器件，DAC2900 采用单一电源工作，电源范围为3.3-5V， DAC2900 是电流输出数模转换器，它提供差分电流输出，可支持单端或查分应用。两个输出 电流的匹配确保在差分输出结构中提高其动态性能，电流输出可直接与输出电阻相接，提供 两个互补的单端电压输出，也可直接输入变压器。

　　DAC2900的模拟信号输出可以采取单端输出方式或者差分输出方式。单端输出方式连接 比较简单，但抗噪性能差，所以采取差分输出方式，以尽量减少信号噪声以及电磁的干扰。尤其是采用差分输出方式可以将所有偶次谐波通过正反两个输入信号基本上互相抵消。

　　DAC2900芯片资料提供的原理图如图4所示，配置方案的参考公式如下：

　　图4输出处理电路原理图

　　Vref为DAC2900内部+1.25V基准电压，Rset为DAC2900从外部引入的配置电阻值，由公式（1）可知，可以通过设定该电阻值来调节OUTFSI ,由公式（2）得出，从而可以控制电压Vout 的大小。本系统Rset 取值为2K Ω ，可以得到20mA的满量程输出。系统要求转换电压范围为 0-500mV，则输出电阻Rf 取值为25 Ω ，满足系统要求。利用CADENCE软件实现PCB设计，原理图如图5所示：

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