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基于XRD4460的CCD视频信号处理电路的设计

时间:2015-09-20  来源:扁平线圈电感厂家  点击:
压膜电感厂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" target="_blank">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。

CCD视频信号处理电路设计

  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。

  

时序关系

  
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。

  

FIFO写控制时序

  
图4 FIFO写控制时序

  3.3 CPLD逻辑控制电路

  逻辑控制电路由CPLD采用VHDL硬件描述语言编程实现,完成整个电路的逻辑控制,主要包括三部分的功能。第一部分的功能是为XRD4460提供工作时序(如图3)。第二部分功能是向FIFO提供写时钟W和复位信号/RS,控制数据的顺利写入。第三部分功能负责XRD4460的串口设置。在CPLD中设计一个串行口和一个寄存器,其中串行口用来将寄存器中的数据发送给XRD4460进行功能设置;而寄存器用来存储主机发送过来数据。主机通过CY7C68013A中的EP2端点发送数据。

 4 CCD视频信号处理电路的软件设计

  USB应用系统软件设计分为三部分:USB外设端的固件(Firmware)、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。主机应用软件通过客户驱动程序与系统USBI(USB Device Interface)进行通信,由系统产生USB数据的传送动作;固件则响应各种来自系统的USB标准请求,完成各种数据的交换工作和事件处理[4]。

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