1 简介

本文利用CCD数据采集系统来说明DM642和CCD的接口，设计了以DM642为核心的线阵CCD数据处理系。

图1 DM642和线阵CCD的接口框图

2 DM642和线阵CCD的接口硬件设计

CCD输出的像元信号在进行数模转换前作了2个预处理，A/D模块的硬件结构如下图2所示。首先对CCD图像传感器输出的信号（OS：信号输出；DOS：信号补偿输出）进行差分放大处理，提高线阵CCD图像传感器输出信号的灵敏度和放大倍数（通过2个电位器实现调节）。运算放大器的输出端，设计了RC滤波电路，用于消除信号中的驱动脉冲和噪声所造成的干扰。

图2 A/D数模转换模块硬件结构

2.1 CCD信号放大电路设计

对CCD输出信号进行处理，主要包括信号调理和A /D转换两部分。前者是为了尽可能消除各种噪声和干扰,改善图像质量,保证在CCD动态范围内图像信号随被测目标亮度呈线性变化。

CCD输出的有效信号OS是含有光积分的有效光电信号，而补偿信号DOS则反映了CCD的暗电流特性，也反映了CCD在复位脉冲的作用下信号传输沟道产生的容性干扰。OS和DOS信号被RS容性干扰的相位是相同的，可以利用差分放大器完成信号的放大与抑制共模干扰作用。

本设计的放大电路选取了美国模拟仪器公司的AD8031AR运算放大器，AD8031R是SOIC封装的AD8031运放。AD8031的内部原理如图3。

图3 AD8031内部图

本文的AD8031电路见图4-4，放大器工作方式为反相放大方式。CCD的模拟输出信号连接到放大器的反相输入端。正相输入端连接的是偏置电平（可通过电位器R16调节）。

图4 AD8031放大电路设计

CCD的离散模拟输出信号OS和补偿输出信号DOS分别接到AD8031的反向输入端和正向输入端。设计的特别之处在于使用了2个可变电阻R5和R16。R16用于调整CCD的补偿输出，改变CCD的感光灵敏度；R5用于调整放大器的反馈电阻，改变放大器对CCD信号的放大倍率，以得到更合适的模拟CCD信号。

2.2 A/D转换电路设计

由于TCD1501D的视频信号的输出频率为1MHz，普通的A/D转换器的速率无法满足系统要求，因此我们选择了TI公司的高速A/D转换器。

TLC876是10-Bit，20MSPS的并行输出的高性能CMOS模数转换器。TLC876的特征如下：

• 单一+5V供电，正常工作状态功耗为107mW；
• 具有Standby模式，I/Os三态输出功能；
• 数字I/O口兼容5V或者3.3V逻辑。

2.2.1 TLC876输入电路设计

本文的输入端采用了交流耦合输入，具体设计如图5所示，

图5 TLC876输入端外部电路设计

如图中所示，实际设计中对应C2选取了值为 的贴片电容，对应C1选值为 的钽电容。对应R2为100Ω，R1为50Ω。VBIAS采用3V的电压基准源，由美国模拟器件公司（ADI）生产的高性能精密基准电压源芯片AD1583产生。

2.2.2 TLC876参考电压设计

本文设计的采样频率为1MHz，综合考虑整个系统的成本和精度要求，作出的设计图如下：选用2个精密电阻，阻值分别为500Ω和250Ω，与转换器内部的500Ω阻值形成分压，实现REFBF端2V，REFTF端4V的参考电压。REFBF和REFTF两端分别接 和 的退耦电容，用于降低阻抗和消除高频。两个感应端REFBS和REFTS分别悬空处理。具体问题在系统调试过程中再做具体调整。

图6 参考端电路设计

2.3 DM642的VPORT接口电路设计

主芯片DM642的处理能力达到4800MIPS，它的最大特点是芯片内部集成了三个可配置的视频端口：Video Port0，Video Port1，Video Port2（以下分别简称VP0,VP1,VP2）。均可配置为输入或输出口，具有非常高速的数据捕获能力。另外每个视频口有20位数据线、2个时钟信号、3个控制信号，可配置为行/列同步、帧同步、场识别、视频采集使能信号。每个口可配置为上（B）、下（A）2个通道。

本设计采用10-Bit的Raw数据采集方式，使用VPORT0作数据采集，VP0_CTL0连接CCD行同步信号，VP0_CLK0连接与采样保持信号，使之同步。电路结构设计如图7。

图7 VPORT控制信号设计