基于CPLD的线阵CCD驱动电路设计 工作原理, 半导体, 微电子, 测量, 技术

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摘要：

　　论述了线阵CCD驱动电路的工作原理和现状，选择基于CPLD驱动线阵CCD工作的方案。采用MAXⅡ器件的EPM240T100C5N为控制核心，以TCD1500C为例，设计了基于CPLD的线阵CCD驱动电路，完成了硬件电路的原理图的设计，并实现了软件调试。通过QuartusⅡ软件平台，对其进行了模拟仿真。实验结果表明，设计基于CPLD的线阵CCD驱动电路能够满足CCD工作所需的驱动脉冲。

　　如何实现高精度的运动装置角度和位移测量，一直是系统或设备设计中需要解决的关键技术之一。随着半导体微电子技术的迅猛发展，各种新型器件不断涌现，其中线阵CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件因其所具有的高精度、无接触、高可靠性等优点，应用越来越广泛。

　　1 总体方案设计

　　线阵CCD一般不能直接在测量装置中使用，因此CCD驱动信号的产生及输出信号的处理是设计高精度、高可靠性和高性价比线阵CCD驱动模块的关键。

　　传统驱动CCD的设计方法使CCD的工作频率较慢，信号输出噪声增大，不利于提高信噪比，不能应用于要求快速测量的场合。而用可编程逻辑器件CPLD进行驱动，则可提高脉冲信号相位关系的精度，以及提供给CCD驱动脉冲信号的频率，而且调试容易、灵活性高。目前，在工业技术中，多采用基于CPLD的驱动电路实现线阵CCD的驱动。系统框图如图1所示。

　　2 硬件设计

　　2.1 CPLD的硬件电路的设计

　　以CPLD(Complex Programmable Logic Device)器件为核心，设计线阵CCD的驱动电路。然后在其基础上扩展，选择其他元器件，设计出与其相配套的电路部分，经调试后组成硬件系统。

　　CPLD的电路由5部分组成，有源晶振向EPM240T100CSN的U1A的IO/GCLK0口输入时钟脉冲CLK0，提供了CPLD工作的时钟脉冲，因为时序逻辑的需要。U1C从JTAG端口中下载程序，U1B的52、54、56、58口输出脉冲信号。U1D管脚接3. V电压，U1E管脚接地。电路原理如图2所示。

2.2 DC/DC模块的设计

　　为得到CPLD所需的电压，外接电源需要经过DC/DC模块进行转换。为进一步减少输出纹波，可在输入输出端连接一个LC滤波网络，电路原理如图3所示。

2.3 稳压模块的电路设计

　　由DC/DC模块转换的直流电压，经过一个R11电阻和一个发光二极管接地，发光二极管指示灯，然后从AMS芯片的Vin端输入，进入到芯片的内部，经过一系列的计算，从Vout输出3.3 V电压，GND端端口接地。为消除交流电的纹波，电路采用电容滤波，分别用0.1μF的极性电容和10μF的非极性电容组成一个电容滤波网络。电路原理如图4所示。

2.4 CCD电路设计