CCD信号处理器IC用于精密成像

智能手机几乎普遍使用CMOS传感器，但有很多应用依赖于CCD传感器。高分辨率静态相机、飞行时间成像、闭路电视摄像机以及许多精密成像或测量应用都使用CCD传感器，并需要一个用于信号处理的集成电路。CCD信号处理器芯片组以不同的速度和位深运行，为各种应用提供不同的色深和帧率。

这些芯片组的一个伟大特点是它们将重要的信号处理组件集成到一个单一的封装中，而不是强迫设计师从离散组件手动构建它们。这允许专业成像系统被放置在更小的板上和更小的封装中。以下是在您下一个CCD信号处理器集成电路中寻找的内容以及一些适用于各种应用的选项。

为什么使用CCD信号处理器？

在我们进入具有集成图像处理能力的高度集成CCD阵列的领域之前，大多数功能都必须使用离散的线性组件构建，例如，运算放大器、模拟开关和ADCs/DACs。正如我们在其他应用中常见的信号链一样，CCD的信号处理链也遵循了集成到小尺寸单一封装的熟悉趋势。

CCD信号处理器集成电路处理从CCD列收集电荷输出到使用ADC的数字输出所需的所有信号处理步骤。在数据转换之前，模拟前端必须执行一些重要的信号调理步骤。模拟前端中的重要步骤是相关双重采样（CDS）。这涉及计算CCD信号的参考级别和数据级别之间的差异，从而消除CCD信号中的一些确定性噪声。然后，这种差异被转换为显示单元中的灰度和/或色深。

这种重要的测量功能和其他图像校正功能被集成到标准CCD信号处理器集成电路中。CCD数据转换所需的标准图像校正步骤包括直流恢复（夹持）、增益和偏移校正以及A/D转换。使用CCD信号处理器集成电路消除了手动将这些功能编程到处理器中的需要，因为它们在固件级别定义。

考虑CCD信号处理器规格

初看时，导航CCD信号处理器规格的范围可能有点令人生畏，但这些规格将决定系统从CCD获取数据的速度和准确性。以下是您在数据表中需要了解的一些重要规格：

• 采样率：这是最重要的规格之一，因为它将决定图像获取率。对于视频系统，这将决定帧率。即使是不需要高帧率的高分辨率视频应用，仍然需要高采样率以获得合理的帧率。这通常以MSPS或MHz指定。
• 通道数量：回想一下CCD是按列读出的，通道数量指的是可以并行读取的列数。这允许基本帧率乘以通道数。
• 帧率：实际上，这不会在数据表中指定，尽管可以使用CCD阵列中的像素数量、通道数和采样率来确定。
• 输出接口：这些接口指的是如何将数据读入和读出CCD信号处理器。一个常见的输出是通过LVDS，而较新的摄像系统将通过MIPI输出数据。
• 位深度：这将决定获取图像中的灰度级别或颜色深度。常见的位深度有10位、12位和16位。
• 外形尺寸：这始终是一个重要的考虑因素，但对于较小的成像系统尤其重要。即使是较大的摄像系统也会有一些空间限制，通常最好选择较小的组件以留出空间用于任何必需的光学部件。
• 电压范围和功耗：这是任何组件的另外两个重要规格，但在这里它们非常重要，因为它们将决定设备在现场部署时的寿命。

Analog Devices, AD9970BCPZ

Analog Devices的AD9970BCPZ信号处理器是一个低端的图像处理组件，但与其他摄像系统设备相比，它的成本较低。高分辨率图像可以在14位、65 MSPS下采集，通过LVDS输出以抑制噪声。该组件包括一个集成的可变增益放大器，最高可达42 dB增益，以及一个集成的定时驱动器。一些应用包括专业HDTV摄像机、广播摄像机和工业应用的精密成像系统。

AD9970BCPZ CCD信号处理器的功能块图。来自AD9970BCPZ数据手册。

Texas Instruments, LM98725CCMT/NOPB

Texas Instruments的LM98725CCMT/NOPB模拟前端提供81 MSPS的采样率，16位。这个模拟前端组件是完整图像处理系统的一半，用于通过3个同步通道采样收集高分辨率、高帧率的图像。它可以与ASIC或嵌入式处理器结合，形成一个完整的图像处理架构，用于高质量图像和视频。

模拟前端和图像处理ASIC块图。来自LM98725数据手册。

该设备通过LVDS输出数据，需要一个输入时钟进行触发，并且可以通过SPI接口进行配置。该设备包括一个集成的定时生成器和PLL，用于触发传感器驱动器和移位寄存器，以从CCD传感器读出数据。一些应用包括需要一些集成计算机视觉功能的产品，如货币或文件扫描仪。

模拟设备，ADDI9036

模拟设备的ADDI9036是一个用于飞行时间成像系统的更高端产品。该设备以45 MSPS的速度运行，具有12位深度，并且包括一个集成的激光二极管驱动器用于飞行时间成像、一个7通道H驱动器和一个16通道垂直驱动器（V驱动器）。CCD水平移位时钟和激光二极管驱动器输出可以配置为~174 ps。就像模拟设备的早期组件一样，该组件还提供集成的黑电平夹持和相关双采样器（CDS）。该组件通过MIPI CSI-2输出数据。ADDI9036目前正在生产中，且有评估板可用于开发高分辨率飞行时间成像应用。

ADDI9036 CCD信号处理器的评估板。来自ADDI9036产品页面。

您的下一个基于CCD的成像系统将需要一系列用于图像处理的组件，而CCD信号处理器是模拟前端的基本部分。您可以在Octopart上找到这里展示的组件和许多其他用于成像系统的部件。

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