摘要：IL-P1-4096是加拿大DALSA公司生產(chǎn)的雙相高速線陣CCD。其單相工作頻率可達25MHz甚至更高，因此應(yīng)用十分廣泛。文中介紹了IL-P1-4096的性能和工作原理，并給出了具體的應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：CCD 驅(qū)動時序 IL-P1-4096
1 引言
近年來，電荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Devices）在圖像拍攝方面起著非常重要的作用。是光電成像領(lǐng)域里非常重要的高新技術(shù)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的拍攝傳感器相比，CCD圖像傳感器具有輸出噪聲小、動態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、分辨率高、輸出信號線性度好、功耗低、體積小、壽命長等優(yōu)點。CCD從芯片結(jié)構(gòu)上可分為面陣CCD和線陣CCD兩種類型。面陣CCD主要用于黑白及彩色攝像，而線陣CCD則在高清晰圖像拍攝方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，因此，CCD成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最活躍、最富有成果的應(yīng)用器件之一。

圖1

2 主要特點和引腳功能
2．1 主要特點
本文描述的高速線陣CCD IL-P1-4096是加拿大DALSA公司生產(chǎn)的IL-P1系列圖像傳感器中的一種。該器件的像素尺寸是10μm×μm、像素線陣長度為41mm、相鄰像素間距也是10μm。線陣列的像素共有4096個，分兩路輸出。IL-P1-4096的主要性能參數(shù)如下：
·雙相輸出，每相輸出數(shù)據(jù)頻率為25MHz；
·線掃描速率為87kHz；
·可使用低壓時序信號，時序信號電壓小于5V；
·像素尺寸為10μm×10μm；
·每行4096個像素點；
·動態(tài)響應(yīng)范圍大于3200：1；
·靈敏度高，響應(yīng)可達到12V（uJ/cm2）;
·采用15V電壓供電；
·每行孤立像素為14個；
·每行屏蔽像素為32個。

2．2 引腳功能
IL-P1-4096采用32引腳封裝。各引腳的定義及說明如下：
腳1、18（VLOW）：低壓偏置電壓，具體電路中可直接接地。
腳2、18（VDD）：放大器電源電壓，通常情況下接芯片電源。
腳3（OS1）：輸出信號1端，連接到數(shù)據(jù)處理芯片時要接隔直電容。
腳4（VSET）：輸出節(jié)點門電壓設(shè)置。通常箝位于地。
腳5（CRLAST）：讀出時鐘，該時鐘信號應(yīng)和CR1S的頻率、相位一致。
腳6，22（RS1S）：時鐘1讀出（相位1，存儲相位），與CR2S反相。
腳7，23（CR2S）：時鐘2讀出（相位2，存儲相位），與CR1S同頻、反相。
腳8（TCK）：傳輸時鐘。
腳9（PR）：像素復(fù)位時鐘，用于控制CCD曝光和光積分時間。
腳10（VPR）：像素復(fù)位漏極電壓，接工作電源。
腳11，28（CR1B）：讀出時鐘（相位1，閾值相位），該端信號和CR1S同頻、同相。
腳12，27（CR2B）：讀出時鐘（相位2，閾值相位），該端信號和CR2S同頻、同相。
腳14，15，17，19（VHIGH）：15V高壓基準電源。
腳16（NC）：懸空。
腳20，21，26（VBB）：感光低層偏置電壓，接（-3V）。
腳24（VSTOR）：存儲井電壓，直接接地。
腳25，29（VSS）：參考地，直接接地。
腳30（OS2）：輸出信號2端，連接到數(shù)據(jù)處理芯片時要接隔直電容器。
腳31（VOD）：輸出復(fù)位漏極電壓端，接（+13V）電源。
腳32（RST）：輸出復(fù)位時鐘，頻率和CR1S相同，脈沖下降沿與CR1S的下降沿重合，脈寬為5ns。
IL-P1-4096可根據(jù)傳感器光敏單元（像素）上的感光變化，將對象圖像的感光變化轉(zhuǎn)化為電荷包。電荷包中電子的個數(shù)是由感光強度和CCD器件的光積分時間決定的。電荷包被收集到獨立的存儲井中，然后用像素復(fù)位時鐘來控制CCD器件的積分和曝光時間。
IL-PI系列傳感器內(nèi)部由三大主要功能塊組成：光電二極管、CCD讀出移位寄存器和輸出放大器。其中光電二極管用來生成信號電荷包，輸出放大器用來將電荷轉(zhuǎn)化為電壓脈沖，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。需要注意的是，IL-P1-4096傳感器是兩路輸出，奇像素和偶像素分別從不同的輸出通道輸出，是一種雙排的線列陣CCD，光敏單元在中間，奇、偶單元的信號電荷分別傳到上下兩列移位寄存器后分兩路串行輸出。這種CCD的優(yōu)點是具有較高的封裝密度，轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半，因而可提高轉(zhuǎn)移效率，改善圖像傳感器的信號質(zhì)量。
該傳感器中的光敏單元與CCD移位寄存器分開，而用轉(zhuǎn)移柵控制光生信號電荷向移位寄存器的轉(zhuǎn)移，其信號的轉(zhuǎn)移時間一般遠小于攝像時間（光積分的時間）。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉時，光敏單元勢阱將收集光信號電荷，并經(jīng)過一定的積分時間后，形成與空間分布的光強信號對應(yīng)的信號電荷圖形。積分周期結(jié)束后，轉(zhuǎn)移光柵打開，各光敏單元勢阱收集的信號電荷并行轉(zhuǎn)移到CCD移位寄存器SR的相應(yīng)單元內(nèi)。轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉后，光敏單元開始下一行的圖像采集，而已轉(zhuǎn)移到移位寄存器內(nèi)的上一行信號電荷將通過移位寄存器串行輸出，如此重復(fù)上述過程。

這里的CR1S、CR1B、CR2S、CR2B是CCD輸出像素的相位操作時鐘。CRLAST是該CCD的信號輸出時鐘。RST是像素復(fù)位時鐘。TCR