來源：國外電子元器件  作者：紀(jì)淑波 劉 晶 任鳳飛

    摘要：μPD3575D是NEC公司生產(chǎn)的一種高靈敏度、低暗電流、1024像元的內(nèi)置采樣保持電路和放大電路的線陣CCD圖像傳感器。文章介紹了μPD3575D的主要特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)原理、引腳功能、光學(xué)/電子特性、驅(qū)動(dòng)時(shí)序以及驅(qū)動(dòng)電路。
    關(guān)鍵詞：μPD3575D CCD 驅(qū)動(dòng)脈沖 圖像傳感器

　　1 概述

    μPD3575D是NEC公司生產(chǎn)的一種高靈敏度、低暗電流、1024像元的內(nèi)置采樣保持電路和放大電路的線陣CCD圖像傳感器。該傳感器可用于傳真、圖像掃描和OCR。它內(nèi)部包含一列1024像元的光敏二極管和兩列525位CCD電荷轉(zhuǎn)移寄存器。該器件可工作在5V驅(qū)動(dòng)（脈沖）和12V電源條件下。

    μPD3575D的主要特性如下：

    *像敏單元數(shù)目：1024像元；

    *像敏單元大�。�14μm×14μm×14μm(相鄰像元中心距為14μm)；

    *光敏區(qū)域：采用高靈敏度和低暗電流PN結(jié)作為光敏單元；

    *時(shí)鐘：二相（5V）；

    *內(nèi)部電路：采樣保持電路，輸出放大電路；

    *封裝形式：20腳DIP封裝。

　　2 內(nèi)部原理和引腳功能

    μPD3575D的封裝形式為20腳DIP封裝，其引腳排列如圖1所示，引腳功能如表1所列。圖2為μPD3575D的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，中間一排是由多個(gè)光敏二極管構(gòu)成的光敏陣列，有效單元為1024位，它們的作用是接收照射到CCD硅片的光，并將之轉(zhuǎn)化成電荷信號(hào)，光敏陣列的兩側(cè)為轉(zhuǎn)移柵和模擬寄存器。在傳輸門時(shí)鐘φTG的作用下，像元的光電信號(hào)分別轉(zhuǎn)移到兩側(cè)的CCD轉(zhuǎn)移柵。然后CCD的MOS電容中的電荷信號(hào)在φIO的作用下串行從輸出端口輸出。上述驅(qū)動(dòng)脈沖由專門的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生。

    表1 μPD3575D的引腳功能

    3 光電特性參數(shù)

    μPD3575D的光學(xué)/電子特性參數(shù)如表2所列。表中的工作條件為：溫度在25℃左右，工作電壓VOD=VRD=VGC=12V，頻率fSHO為0.5MHz,tint(積分時(shí)間)=10ms，光源為2856K的鎢絲燈。

　　表2 光/電子特性參數(shù)

    其中，飽和輸出電壓Vout為響應(yīng)曲線失支直線形時(shí)的輸出信號(hào)電壓；飽和曝光量SE為輸出飽和時(shí)的照度（lx）和積累時(shí)間的乘積。

    輸出電壓不均勻性PRNU是取全部有效位輸出電壓的峰、谷之比值。平均暗電流ADS指的是遮光時(shí)的平均輸出電流。暗信號(hào)不均勻性DSNU是遮光時(shí)的全部有效像元的輸出電壓最大或最小值與ADS的差。輸出阻抗Zo為從外部看時(shí)輸出端子的阻抗。響應(yīng)度R是曝光量除以輸出電壓的值。值得注意的是：使用其它光源時(shí)，器件的響應(yīng)度會(huì)有所變化。

    4 驅(qū)動(dòng)時(shí)序

    CCD的驅(qū)動(dòng)需要四路脈沖，分別為轉(zhuǎn)移柵時(shí)鐘φIO、復(fù)位時(shí)鐘φRO、采樣保持時(shí)鐘φSHO和傳輸門時(shí)鐘φTG，將它們分別輸入到CCD芯片的2腳、3腳、4腳和8腳，并在相應(yīng)的管腳接上相應(yīng)的電壓就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD的驅(qū)動(dòng)。

    實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵工作是如何產(chǎn)生以上的四路波形。圖3是該四路時(shí)序波形圖。

    四路脈沖的作用描述如下：當(dāng)傳輸門時(shí)鐘φTG脈沖高電平到來時(shí)，正遇到φIO電極下形成深勢(shì)阱，同時(shí)φTG的高電平使φIO電極下的深勢(shì)阱與CMOS電容存儲(chǔ)勢(shì)阱（存儲(chǔ)柵）溝通。于是CMS電容中的信號(hào)電荷包全部轉(zhuǎn)移到φIO電極下的勢(shì)阱中。當(dāng)φTG變低時(shí)，φTG低電平形式的淺勢(shì)阱將存儲(chǔ)柵下勢(shì)阱與φIO電極下的勢(shì)阱離開，存儲(chǔ)柵勢(shì)阱進(jìn)入光積分狀態(tài)，而轉(zhuǎn)移柵則在轉(zhuǎn)移柵時(shí)鐘φIO脈沖作用下使轉(zhuǎn)移到φIO電極下勢(shì)阱中的信號(hào)電荷逐位轉(zhuǎn)稱，并經(jīng)過輸出電路輸出。采樣保持時(shí)鐘φSHO的作用是去掉輸出信號(hào)中的調(diào)幅脈沖成分，使輸出脈沖的幅度直接反映像敏單元的照度。

    從以上描述和對(duì)波形的分析可以看出，復(fù)位脈沖φRO每觸發(fā)一次，φIO脈沖翻轉(zhuǎn)一次，并轉(zhuǎn)移一個(gè)像元的信號(hào)電荷，因此φIO脈沖的周期為φRO的2倍。采樣保持時(shí)間φSHO的周期和φRO的周期相同，但相位有一定的時(shí)間延遲。傳輸門時(shí)鐘φTG脈沖控制線陣CCD整行的轉(zhuǎn)移時(shí)間間隔，可作為行同步脈沖，其低電平持續(xù)的時(shí)間為φIO的整數(shù)倍，倍數(shù)由CCD的像元數(shù)決定