ccd(电荷藕合组件)

　　因不同种类的工作需求，业界发展出不同的类型的ccd：line(线型)，interline(扫描)， full-frame(全景)和frame-transfer(全传)。线型ccd是以一维感光点构成，通过步进马达扫描图像，由于照片是一行行组成，所以速度较二维的数码相机来得慢，这种ccd大多用在平台式扫描仪上。扫描型的ccd曝光后所产生的电荷都被转移到附近的移位寄存器，通过垂直传送向下转移到底部，按一定排序输出，它的优点在于曝光后即可将电荷储存在寄存器，继续拍照速度较快， 缺点是寄存器占用了感光面的面积， 相应地牺牲了动态范围，这种ccd成本较低，多用在监视器、拍照手机、或低档数码相机上。全景ccd是一种架构更简单的感光设计，鉴于扫描型的缺点，全景型可以利用整个感光区域(没有寄存区的设计)，有效增大感光面积，同时也适应长时间曝光，其曝光过程和线型相同， 不过感光和电荷输出过程是分开的。因此全景ccd的数码相机在传送电荷时必须使用机械快门(无法使用电子快门)，同时，也限制了全景ccd的连续拍照的能力。全景型大多用在专业级相机上。全传ccd的架构介于扫描和全

景之间， 有时也叫全扫描型，它分成上、下部分，上半部分是感光区，下半部是暂时存储区。整体来说全传ccd非常类似全景ccd，它的特点在于直接规划一个大型寄存区。一旦全传ccd工作，它可以迅速将电荷转移到下方的寄存区中，本身可以继续曝光拍照。这种设计，让全传同扫描一样可以使用电子快门， 同时也可以增加感光面积和速度， 兼顾动态和静态的拍摄能力。大多数数码相机采用此类ccd。

　　图1 全扫描ccd的内部结构

　　一般数码相机都带有预览(preview)和录像(rec)功能，在这里电子快门就起到了关键的作用。图2为电子快门控制像素的曝光过程。

　　

　　图2 电子快门控制像素的曝光

　　图3为ccd内部示意图，当一幅图像曝光后，就需要将感光电荷从ccd输出，为了让感光的电荷输出，电荷先到垂直寄存器，通过垂直驱动脉冲(φ1~φ9)将每一行的电荷转移到水平寄存器，水平寄存器在水平驱动脉冲(φh1，φh2)驱动下，往ccd out方向移动，在末段有一放大器，φrs，φh1，φh2脉冲的作用下将电荷转换为电压，从ccd out 输出。

　　

　　图3 ccd内部等效电路图

　　cds(相关两次取样)

　　业界所称的cds 是由时序发生器(timing ic)、垂直驱动器(v-driver)、模拟信号处理器(afe ic)集成的ic。它提供ccd的工作时序、电平并将ccd输出的模拟信号进行取样、放大、模数转换，将图像数据传给dsp进行图像处理。

　　时序发生器有一个寄存器，通过3根串口线进行各种设定：模式设定(拍照、录像或预览)，电子快门和速度，φrs，φfr,φfcds,φfs,φadck,φdclk相位调整，等等。

　　模拟信号处理器(afe ic)有一个寄存器，通过3根串口线进行各种设定：ccd输出信号放大倍数(gain)，默认“全黑”时电平，等等进行设定。

　　相关两次取样：在φrs，φh1，φh2脉冲的作用下ccd信号输出，当复位(rs)完成， 由于ccd暗电流的存在，ccd out不是为“0”，fcds脉冲取样vprec。当h2为高电平时，图像信号输出，fs脉冲取样vdata，两者的差值就是图像信号vcds，这就是相关两次取样，如图4所示。

　　

　　图4 ccd的相关两次取样

　　电路设计

　　本文以某款7百万像素的数码相机设计作为说明，ccd采用sharp公司的rj23u3ba0ft，尺寸为1/2.5英寸，像素总数为水平3098×垂直2328，有效像素为3088×2320(共716万像素)，像素单元为1.9mm×1.9mm，支持视频模式(30帧/s，15帧/s)。cds采用sharp公司推荐搭配此ccd的lr38678，工作电压为3.3v，tg主频67.5mhz，提供ccd的驱动频率为33.75mhz。

　　图5为电路原理图， 基本按照厂商推荐值进行设计。cds的pofd输出电子快门信号经电平转换在ccd ofd输入。此ccd可以工作在不同的模式，见表1(a，b，c，取样的条数不同)，通过串口设定ofdc，ofdc2电位来达到不同的工作模式表2(录像、监视和拍照)，在录像、监视模式，图像是按一场输出，1vd一幅图像，但每幅图像只是