PDF《以CMOS 图像传感器为核心的焦面电路设计》

6 种电源: VDDA (模拟电源+3.3V) , VDDD (数 字电源+3.3V) ,ADC_VDDA(ADC 模拟电源+3.3V) ,ADC_VDDD(ADC 数字电源+3.3V) , VDDC (成像核心电源+3.0V) , VDDR_LEFT (最高复位电压+4.5V) , 即它需要+3.3V, +3.0V, +4.5V 三种电源,同时所选用的 FPGA 芯片 XC3X50 的核心电压 VCCINT 为1.2V,辅助电 压VCCAUX 为2.5V, Bank 电压 VCCO 为3.3V, 所以需要为整个系统提供

5 种不同的电源. 考虑到传感器所需要的电源要具有较高的纹波抑制, 同时输出的压降要低, 因此选用低压差 线性稳压器(LDO)作为供电模块. 本设计中选用 TI 的TPS

78633、TPS

79625、TPS

79912、TPS

79930、TPS79901 等作为 电源变换芯片, 通过外围电路的设计为焦面电路提供各种工作电源. 所设计的电源转化模块 的部分电路如图

6 所示. 图6电源转换模块的部分电路图 3.PCB 板设计 在硬件的设计上,将CMOS 焦面电路按功能和组成分成两个部分:前端成像部分和后 端时序控制部分,两块电路板之间通过接插件相连.前端成像部分主要包括 CMOS 图像传 感器及其外围电路;

后端时序控制部分包括 FPGA 及其外围电路、电源转换电路、LVDS 转 换电路、时钟产生电路等.这种设计不但便于调试,还能减小其它电路模块对 CMOS 图像 传感器的干扰,从而提高成像质量.图7和图

8 为所设计的电路板实物图. 图7后端时序控制电路板实物图 图8前端成像电路板实物图 4.实验结果 将设计的焦面电路应用于相机系统,采用并行配置,同步快门,在全帧输出模式 (1280*1024)下,对鉴别率靶和静物进行拍摄,实验结果如图

9、图10 所示.由所拍摄结 果可以看出,图像清晰稳定,无明显变形,所设计的焦面电路满足了相机的成像要求. 图9鉴别率靶拍摄结果 图10 静物拍摄结果 5.结束语 本文在分析 CMOS 图像传感器 IBIS5-B-1300 工作原理的基础上,选用 Xilinx 公司的 Spartan3 系列 FPGA 芯片 XC3S50 来为它提供所需要的驱动信号,设计了以 IBIS5-B-1300 为核心的焦面电路.实验结果表明所设计的焦面电路满足相机的成像要求. 参考文献 [1] 付斌,张晓雷,陆扬.CMOS 图像传感器时序分析研究[J].传感器与微系统,2007,26(12): 47-53. [2] Cypress semiconductor corporation.IBIS5-B-1300 CYII5SM1300AB 1.3MP CMOS Image Sensor [R]. 2007. [3] 刘海英,曹建忠,董森,等.基于 CMOS图像传感器多斜率光积分的研究[J]光子学报,2007,36(增刊): 332-334. [4] 陈敏思,姚素英,赵毅强,等.高帧频大动态范围 CMOS 图像传感器时序控制电路的设计与实现[J].电子学 报,2004,32(11): 1922-1925. [5]周辉,任建岳,等.基于 CCD 场输出模式下成像系统设计[J].微计算机信息.2009,6(1): 151-152 [6] 侯伯亨,顾新.VHDL 硬件描述语言与数字逻辑电路设计(修订版)[M].西安:西安电子科技大学出版 社,2003. [7] 顾晓,高伟,马冬梅,等. 基于 CMOS 图像传感器 IBIS5-A-1300 的成像系统设计[J].科学技术与工 程,2005,5(14): 967-970. [8] 田耘,徐文波,胡彬,等.Xilinx ISE Design Suite 10.X FPGA 开发指南―逻辑设计篇[M]. 北京:人民邮电出 版社,2008. [9] DUCKWORTH R J.Embedded system design with FPGA using HDL [A].Proceeding of the IEEE international conference on micro-electronic systems Education [C].2005.35-36. 作者简介:孟晗(1984-) ,女(汉),陕西兴平,中国科学院西安光学精密仪器研究所硕士研 究生,主要研究方向为基于 CMOS 图像传感器的成像系统研究.E-mail: [email protected] Biography:MENG Han(1984-),female, born in Xingping, Shaanxi province, master of Xi'