基于XRD4460的CCD视频信号处理电路的设计

文章摘要：（3）暗电平自动校正：由于光强、温度、供电电压的缓慢变化都会使视频输出信号的暗参考电平出现波动，在实际应用中，需要暗参考电乎维持一个固定电平，暗参考电平校正过程亦即直流电平恢复过程。通过情况下，CCD输出视频信号的开始部分或结束部分会分布若干个暗电平参考像元。XRD4460通过CLAMP信号的高电平与输出信号的暗参考像素对应，选择合适的外部耦合电容参数，将使整行的暗参考电平保持在一个固定电平上。（4）数字偏置控制：若CCD工作于弱光条件下，即使信号的增益很大，经过视频信号处理后的电压仍可能低于ADC的下参考电压，这样使输出视频图像产生失真。为了提高弱光条件下的灰度分辨率，需要使输出视频信号的暗

基于XRD4460的CCD视频信号处理电路的设计,标签：电子小制作,http://www.88dzw.com

（3）暗电平自动校正：由于光强、温度、供电电压的缓慢变化都会使视频输出信号的暗参考电平出现波动，在实际应用中，需要暗参考电乎维持一个固定电平，暗参考电平校正过程亦即直流电平恢复过程。通过情况下，CCD输出视频信号的开始部分或结束部分会分布若干个暗电平参考像元。XRD4460通过CLAMP信号的高电平与输出信号的暗参考像素对应，选择合适的外部耦合电容参数，将使整行的暗参考电平保持在一个固定电平上。

（4）数字偏置控制：若CCD工作于弱光条件下，即使信号的增益很大，经过视频信号处理后的电压仍可能低于ADC的下参考电压，这样使输出视频图像产生失真。为了提高弱光条件下的灰度分辨率，需要使输出视频信号的暗参考电平高于ADC的下参考电压，那么仅仅调整增益是不够的，还需要对视频输出信号的偏置进行调整。XRD4460的偏置调整同样是通过串口编程控制片内8位偏置寄存器。电源上电后默认的偏置设置值位08H，偏置调整范围为02H～08H。

(5) A/D模数转换：XRD4460内部集成了10位分辨率、逐次比较式A/D转换器，由于利用对分搜索的原理，转换速率高达16MHz，这样的转换速度和转换精度适合于大多数应用场合。

(6) 串行接口：XRD4460的串行接口包括了一个10bit的移位寄存器和多个并行寄存器，通过LOAD、SDI、SCLK三个信号来控制内部寄存器的写入，实现对XRD4460工作参数的编程控制。

3 CCD视频信号处理电路的硬件设计

   

CCD视频信号处理电路以专用CCD视频信号处理芯片XRD4460为核心部件，完成CCD视频信号的放大、噪声处理以及数字化，并使用CPLD（可编程逻辑器件）技术完成整个电路的逻辑控制，配以先进先出(FIFO)存储器作为数据高速缓冲器，用于存储AD转换后的数据，并采用具有微控制器的USB接口芯片，从而通过USB接口将CCD数据输入计算机。CCD视频信号处理电路设计如图2所示。大致可分为三个部分。

3.1 XRD4460视频信号处理电路

    XRD4460专用CCD视频信号处理芯片的工作时序需要根据具体的CCD芯片来确定。图2中，SHD、SHP、RST、CLAMP信号必须依据CCD输出信号的时序来设计。其时序关系如图3所示。CCD输出信号经过CCD信号处理器XRD4460处理， 即进行双相关采样(CDS)去噪处理后，再经增益放大以及偏置调整，然后经过A/D转换得到10位数字数据。这些数据在CPLD逻辑控制电路的控制下存人异步FIFO存储器SN74V293中。而SDI、SCLK、LOAD是XRD4460的串口控制信号。通过串行接口，可以方便进行编程控制XRD4460的增益与偏置的调整，从而改善输出图像的质量。

3.2 FIFO与USB接口电路

高速A/D变换的数据不能直接通过USB送入主机，需要通过FIFO来缓冲数据。电路采用TI公司SN74V293芯片。它的容量为65536×18或131072×9，最快读写周期为6ns，可以满足100MHz采样数据的存储。设置SN74V293的输入、输出宽度为18位时，则其可存储64K×10位的数据。FIFO写时钟W和复位信号/RS的时序关系如图4所示。USB接口电路采用Cypress公司推出的EZ-USB芯片CY7C68013A,该芯片把USB2.0收发器、串行接收引擎SIE（Serial Interface Engine）、带16K的增强8051内核、4KB FIFO存储器以及通用可编程接口GPIF(General Programmable Interface)集成一体，将其作为USB外部设备的主控芯片，而无需外加微控制器（MCU）便可实现USB芯片通信初始化以及与主机的通信连接。 当FIFO中存入数据时，USB接口电路根据其标志信号（满信号/半满信号）读取数据并发送给主机。

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