针对512×512的tk512b面阵ccd的驱动要求，采用灵活的数字式设置方法设计了一套驱动时序电路，并以大规模可编程逻辑器件为核心实现了电路的仿真，电路功能正确，符合各种使用要求；其数字式设置方法可为进一步扩展功能及使用单片机进行控制预留了空间。

　　面阵ccd器件的广泛应用是在研制复杂的驱动器的基础上发展起来的，随着过去那种采用标准ttl电路构成系统的积木式电路的设计方法的摒弃以及大规模可编程器件的逐渐使用，数字电路设计的革命来临了。针对不同的应用规模，可以采用不同规模的数字集成电路来实现，在ccd应用领域中也是如此。随着线阵ccd、面阵ccd规模的扩大，采用的集成电路的规模也在扩大，从过去的gal到现在的fpga及asic，所完成的驱动功能也越来越完善。针对tk512b面阵型ccd的复杂驱动要求及用户使用模式的要求，对于行数和像元数的控制采用灵活的数字式设置驱动方法，而对于每个像元的驱动则采用多状态的译码工作原理，以便在一个像元的时序内达到更准确的精细时序驱动的要求，充分发挥ccd的性能和方便用户调试。为了保证电路稳定可靠地工作，采用同步时序设计方法。ccd驱动的另一个关键问题是要保证光积分、行转移、行－串行转移、像元信号串行输出状态切换期间的平稳过渡，否则会丢失图像信息和严重影响ccd工作。本文设计的驱动器很好地做到了各种状态的切换，完全满足ccd的驱动要求。

　　1 tk512b的驱动时序

　　tk512b面阵ccd是三相驱动型的，其典型的驱动时序如图1所示。在光积分之前的帧擦除期，与串行转移相关的驱动脉冲sa、s1、s2、s3全部为高电平，这样可以将由p1、p2、p3及tg行驱动所转移来的信号直接输出面阵以消除光敏面和串行输出寄存器内积累的暗本底信号；当进入光积分期间时，p1保持高电平而p2、p3及tg均保持低电平，这样可以使光生电子聚集在p1相电极下，形成信号电荷包；当光积分完成时，首先是行间进行转移，使p1相电极下的电荷包在p2、p3及tg的驱动下整行地逐渐转移到串行输出寄存器中，并保持在s1相电极下；随后进行—行信号的串行输出，转移到串行寄存器中的一行信号在s1、s2、s3的驱动下将逐个输出，在此期间p1保持高电平，p2、p3和tg保持低电平，从而保证光敏面中的未输出信号继续保持在p1相电极下，直到下一个行传输的开始；当一行串行信号转移完时，就进行下一行的行间转移和串行输出转移，直到光敏面上的所有信号输出为止。

　　tk512b面阵ccd的有效光敏面阵列为512×512，实际上由于边缘效应的影响，芯片的光敏面阵列为517×577，因此应对该阵列进行驱动才能保证ccd工作正常和图像不受影响。每帧的前5行和每行的前64像元及最后一个像元为无效信号单元，在数据采集或图像处理时应注意。

　　2 ccd驱动器框图

　　根据每帧行数、每行像元数的数字式设置方式以及细分像元驱动时序、行及像元转移的平稳过渡要求，所设计的驱动器框图如图2所示。图中包括快门及帧积分控制、行驱动控制、像元驱动控制及各种控制电路的时钟控制等。图中的中心控制电路主要负责各驱动时序的平稳、正常切换。

　　2.1 快门及帧积分控制

　　针对有机械快门的相机结构，首先利用内部或外部触发脉冲启动机械快门使之打开，并利用机械快门上的触点产生快门已开和关闭信号去控制电路产生驱动信号，其时序如图3所示。图中的shutter-con信号是内部电路对快门的控制信号，快门实际动作情况（shutter-open和shutter-close）也如图所示，它开启和关闭的动作要迟后于控制信号；图中的快门已开信号可以提供给外部电路作为事件触发的控制信号。这种设计思想防止了在快门开启阶段产生触发脉冲并引发实验事件从而导致丢失信号的情况，并且保证了在快门完全关闭之后ccd才结束光积分并开始进行转移，防止了因快门未完全关闭可能引起的图像“拖尾”问题。

　　ccd光积分时间由一个12位的数字预置电路设置，计数脉冲频率为1khz，因此可设置的最大光积分时间为4095ms，设置的步进为1ms，并且可灵活设置ccd的曝光时间而不改变其转移的总时间[2]，不会增加其暗本底信号。但由于机械快门打开和关闭时间的不稳定性，将导致所要求的光积分时间与设置时间不完全一致，因此对所要求的光积分时间有一个最小值限制，一般为10ms左右。

　　每帧的启动可以由外部触发脉冲trg（外同步方式、等待式）或内部的帧结束信号frame-end（连续方式）控制。在每帧的第517行及相应的第577像元所对应的clk-s的最后一个状态产生帧结束信号frame-end。

　　2.2 串行像元驱动时序

　　如前所述，像元驱动时序采用精细时序的驱动原理，一个像元的驱动分为12个状态，并产生与每行像元数