針對512×512的tk512b面陣ccd的驅動要求，采用靈活的數字式設置方法設計了一套驅動時序電路，并以大規模可編程邏輯器件為核心實現了電路的仿真，電路功能正確，符合各種使用要求；其數字式設置方法可為進一步擴展功能及使用單片機進行控制預留了空間。

　　面陣ccd器件的廣泛應用是在研制復雜的驅動器的基礎上發展起來的，隨著過去那種采用標準ttl電路構成系統的積木式電路的設計方法的摒棄以及大規模可編程器件的逐漸使用，數字電路設計的革命來臨了。針對不同的應用規模，可以采用不同規模的數字集成電路來實現，在ccd應用領域中也是如此。隨著線陣ccd、面陣ccd規模的擴大，采用的集成電路的規模也在擴大，從過去的gal到現在的fpga及asic，所完成的驅動功能也越來越完善。針對tk512b面陣型ccd的復雜驅動要求及用戶使用模式的要求，對于行數和像元數的控制采用靈活的數字式設置驅動方法，而對于每個像元的驅動則采用多狀態的譯碼工作原理，以便在一個像元的時序內達到更準確的精細時序驅動的要求，充分發揮ccd的性能和方便用戶調試。為了保證電路穩定可靠地工作，采用同步時序設計方法。ccd驅動的另一個關鍵問題是要保證光積分、行轉移、行－串行轉移、像元信號串行輸出狀態切換期間的平穩過渡，否則會丟失圖像信息和嚴重影響ccd工作。本文設計的驅動器很好地做到了各種狀態的切換，完全滿足ccd的驅動要求。

　　1 tk512b的驅動時序

　　tk512b面陣ccd是三相驅動型的，其典型的驅動時序如圖1所示。在光積分之前的幀擦除期，與串行轉移相關的驅動脈沖sa、s1、s2、s3全部為高電平，這樣可以將由p1、p2、p3及tg行驅動所轉移來的信號直接輸出面陣以消除光敏面和串行輸出寄存器內積累的暗本底信號；當進入光積分期間時，p1保持高電平而p2、p3及tg均保持低電平，這樣可以使光生電子聚集在p1相電極下，形成信號電荷包；當光積分完成時，首先是行間進行轉移，使p1相電極下的電荷包在p2、p3及tg的驅動下整行地逐漸轉移到串行輸出寄存器中，并保持在s1相電極下；隨后進行—行信號的串行輸出，轉移到串行寄存器中的一行信號在s1、s2、s3的驅動下將逐個輸出，在此期間p1保持高電平，p2、p3和tg保持低電平，從而保證光敏面中的未輸出信號繼續保持在p1相電極下，直到下一個行傳輸的開始；當一行串行信號轉移完時，就進行下一行的行間轉移和串行輸出轉移，直到光敏面上的所有信號輸出為止。

　　tk512b面陣ccd的有效光敏面陣列為512×512，實際上由于邊緣效應的影響，芯片的光敏面陣列為517×577，因此應對該陣列進行驅動才能保證ccd工作正常和圖像不受影響。每幀的前5行和每行的前64像元及最后一個像元為無效信號單元，在數據采集或圖像處理時應注意。

　　2 ccd驅動器框圖

　　根據每幀行數、每行像元數的數字式設置方式以及細分像元驅動時序、行及像元轉移的平穩過渡要求，所設計的驅動器框圖如圖2所示。圖中包括快門及幀積分控制、行驅動控制、像元驅動控制及各種控制電路的時鐘控制等。圖中的中心控制電路主要負責各驅動時序的平穩、正常切換。

　　2.1 快門及幀積分控制

　　針對有機械快門的相機結構，首先利用內部或外部觸發脈沖啟動機械快門使之打開，并利用機械快門上的觸點產生快門已開和關閉信號去控制電路產生驅動信號，其時序如圖3所示。圖中的shutter-con信號是內部電路對快門的控制信號，快門實際動作情況（shutter-open和shutter-close）也如圖所示，它開啟和關閉的動作要遲后于控制信號；圖中的快門已開信號可以提供給外部電路作為事件觸發的控制信號。這種設計思想防止了在快門開啟階段產生觸發脈沖并引發實驗事件從而導致丟失信號的情況，并且保證了在快門完全關閉之后ccd才結束光積分并開始進行轉移，防止了因快門未完全關閉可能引起的圖像“拖尾”問題。

　　ccd光積分時間由一個12位的數字預置電路設置，計數脈沖頻率為1khz，因此可設置的最大光積分時間為4095ms，設置的步進為1ms，并且可靈活設置ccd的曝光時間而不改變其轉移的總時間[2]，不會增加其暗本底信號。但由于機械快門打開和關閉時間的不穩定性，將導致所要求的光積分時間與設置時間不完全一致，因此對所要求的光積分時間有一個最小值限制，一般為10ms左右。

　　每幀的啟動可以由外部觸發脈沖trg（外同步方式、等待式）或內部的幀結束信號frame-end（連續方式）控制。在每幀的第517行及相應的第577像元所對應的clk-s的最后一個狀態產生幀結束信號frame-end。

　　2.2 串行像元驅動時序

　　如前所述，像元驅動時序采用精細時序的驅動原理，一個像元的驅動分為12個狀態，并產生與每行像元數