CN111918006A - 一种用于ccd信号处理的直流重建电路 - Google Patents

一种用于ccd信号处理的直流重建电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于CCD信号处理的直流重建电路，包括：偏置电路，根据外部偏置信号生成直流电压恢复基准电压；控制电路，通过使能端接收功能使能信号，并在功能使能信号无效时关闭直流重建电路，在功能使能信号有效时，按照控制时序开启直流重建电路；隔直电容，用于消除CCD信号较大的直流共模电压，重新建立适合后续处理电路的较低直流共模电压。本发明所提供的直流重建电路，可在所有有效CCD像素周期内，连续进行直流电压恢复，能够有效提高直流恢复电压精度。

Description

一种用于CCD信号处理的直流重建电路
技术领域
本发明涉及一种用于CCD信号处理的直流重建电路，属于电路设计技术领域。
背景技术
电荷耦合组件(CCD)图像传感器普遍使用与照相机或摄影机中，CCD图像传感器是由单独像素的阵列组成，每个像素收集入射到该图像传感器上的光子。每个像素收集光子的数目被通过光电二极管转换为电荷，该电荷随即被转换为模拟电压，并通过模拟前端电路(AFE)转换为数字值，因而从单独像素获得的信息可通常被数字信号处理器处理成最终的数字图像。
由于CCD图像传感器一般采用较高供电电压，通常为15V左右，CCD的输出信号会带有很高的直流分量，而模拟前端电路(AFE)一般电压电压在5V以下，所以CCD输出信号在接入模拟前端电路(AFE)之前需要将这些直流分量全部滤除掉。
在传统CCD信号处理的直流重建电路中，一般在有限CCD像素内实现直流电压恢复，例如在黑电平像素期间。CCD感光元件一行一般具有几百至几千个像素，由于电容存在电荷泄露，传统直流重建电路无法实现高精度电压恢复；此外，CCD感光元件易受温度等外界因素干扰，像素点之间直流输出电压存在差异，传统直流重建电路无法跟踪这种差异，降低了电压恢复精度。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提出了一种用于CCD信号处理的直流重建电路，可在所有有效CCD像素周期内，连续进行直流电压恢复，能够有效提高直流恢复电压精度。
本发明采用的技术方案为：
一种用于CCD信号处理的直流重建电路，包括偏置电路(111)、控制电路(112)和隔直电容(113)；
偏置电路(111)根据外部偏置信号生成直流电压恢复基准电压VL，并输出给控制电路(112)；
控制电路(112)通过使能端接收功能使能信号，并在功能使能信号无效时关闭直流重建电路，在功能使能信号有效时，按照控制时序开启直流重建电路；
隔直电容(113)用于消除CCD信号的直流共模电压，重新建立适合后续处理电路的直流共模电压。
进一步的，所述偏置电路(111)包括第一PMOS管(211)和第二PMOS管(212)；
偏置电压信号VB连接第一PMOS管(211)的栅极，第一PMOS管(211)源极连接电源VDD，第一PMOS管(211)漏极连接第二PMOS管(212)源极，第二PMOS管(212)栅极与漏极连接地电平GND；
第一PMOS管(211)漏极与第二PMOS管(212)源极之间的引出端即为直流电压恢复基准电压VL。
进一步的，所述控制电路(112)包括第三PMOS管(213)、第四PMOS管(214)以及或门(215)；
使能信号EN连接或门(215)的一个输入端，或门(215)的另一个输入端连接控制时序DC_CLK，直流电压恢复基准电压VL输入到第三PMOS管(213)漏极，第三PMOS管(213)栅极接地，第三PMOS管(213)源极连接第四PMOS管(214)漏极，第四PMOS管(214)栅极连接或门(215)输出端，第四PMOS管(214)源极连接隔直电容(113)的一端，该端引出作为DC_OUT信号输入后继采样电路，隔直电容(113)另一端连接CCD信号CCDIN。
进一步的，所述直流电压恢复控制方式为：
当使能信号EN为低电平时，直流重建电路处于关闭状态；
当使能信号EN为高电平，输入到或门(215)的DC_CLK信号为低电平时，直流重建电路处于工作状态，隔直电容(113)一端连接CCDIN信号，第四PMOS管(214)导通将直流电压恢复基准电压VL传递至隔直电容(113)另外一端实现直流电压恢复。
进一步的，CCDIN信号由三部分组成：瞬时复位脉冲电平、复位电平VH、CCD输出电平；其中，瞬时复位脉冲电平为CCD图像传感器在复位脉冲开启瞬间引起的电压跳动，瞬时复位脉冲电平比复位电平VH高0.5V；复位电平VH是CCD图像传感器复位阶段输出电压，为CCD图像传感器供电电压；CCD输出电平是CCD图像传感器光电转换后的输出信号；CCDIN的有效电压V1为复位电平VH与CCD输出电平的差值。
进一步的，当使能信号EN为低电平时，或门215输出为DC_CLK，在CCDIN处于复位电平VH时，DC_CLK为低电平，第四PMOS管(214)开启，通过第三PMOS管(213)将VL电平接入隔直电容113的第二极板；
当DC_CLK变为高电平时，CCDIN仍处于复位电平VH状态，而隔直电容113第二极板电压DC_OUT等于VL电平；
当DC_CLK变为低电平时，第四PMOS管(214)关闭，此时隔直电容113第二极板处于高阻状态；当CCDIN信号从复位电平VH变为CCD输出电平时，隔直电容113第二极板电平DC_OUT将产生等量的感应电压，使V2等于V1；当CDS_CLK变为高电平时，后继采样电路对DC_OUT的感应电压进行采样。
进一步的，CDS_CLK为后继采样电路的控制时序，后继采样电路在CDS_CLK下降沿对VL电平进行采样，在CDS_CLK上升沿对DC_OUT的感应电压进行采样，两次采样差值电压为V2。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明能够在所有有效CCD像素周期内工作，克服了传统电路结构只在有限CCD像素周期内工作的不足，提高了恢复电压精度。
(2)本发明在进行直流电压恢复时，后续处理电路可正常工作，克服了传统直流重建电路与后续处理电路不能同时工作的不足，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为直流重建电路电路原理图；
图3为直流重建电路控制时序图。
具体实施方式
以下将详细描述本发明的实施例，然而本发明范围并不限定于这些实施例，而可以适用于其它的应用中。除了明文限定外，附图中所示组件的数量并不受限与附图所显示者。
如图1所示，本发明提出的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，包括偏置电路111、控制电路112和隔直电容113；
外部CCD输入信号CCDIN接入隔直电容113的第一极板，控制电路112的输出连接隔直电容113的第二极板；控制电路112的输入端接入使能信号EN、直流恢复时钟DC_CLK以及偏置电路111的输出电平VL；偏置电路(111)的输入端为外部基准电压VB。
偏置电路111根据外部偏置信号生成直流电压恢复基准电压VL，并输出给控制电路112；
控制电路112通过使能端接收功能使能信号，并在功能使能信号无效时关闭直流重建电路，在功能使能信号有效时，按照控制时序开启直流重建电路；
隔直电容113用于消除CCD信号的直流共模电压，重新建立适合后续处理电路的直流共模电压。
进一步的，如图2所示，偏置电路111包括第一PMOS管211和第二PMOS管212；
偏置电压信号VB连接第一PMOS管211的栅极，第一PMOS管211源极连接电源VDD，第一PMOS管211漏极连接第二PMOS管212源极，第二PMOS管212栅极与漏极连接地电平GND；
第一PMOS管211漏极与第二PMOS管212源极之间的引出端即为直流电压恢复基准电压VL。
控制电路112包括第三PMOS管213、第四PMOS管214以及或门215；
使能信号EN连接或门215的一个输入端，或门215的另一个输入端连接控制时序DC_CLK，直流电压恢复基准电压VL输入到第三PMOS管213漏极，第三PMOS管213栅极接地，第三PMOS管213源极连接第四PMOS管214漏极，第四PMOS管214栅极连接或门215输出端，第四PMOS管214源极连接隔直电容113的一端，隔直电容113另一端连接CCD信号CCDIN。
作为后继使用电路的相关双采样电路217的一个输入端连接隔直电容113的第二极板，另一输入端连接控制时序CDS_CLK。
直流电压恢复控制方式为：
当使能信号EN为低电平时，直流重建电路处于关闭状态；
当使能信号EN为高电平，输入到或门215的DC_CLK信号为低电平时，直流重建电路处于工作状态，隔直电容113一端连接CCDIN信号，第四PMOS管214导通将直流电压恢复基准电压VL传递至隔直电容113另外一端实现直流电压恢复。
以下结合图3直流重建电路控制时序，说明所述直流重建电路工作原理。
从图3可以看到，CCDIN信号由三部分组成：瞬时复位脉冲电平、复位电平VH、CCD输出电平。其中，瞬时复位脉冲电平主要为CCD图像传感器在复位脉冲开启瞬间引起的电压跳动，通常瞬时复位脉冲电平比复位电平VH高0.5V左右；复位电平VH是CCD图像传感器复位阶段输出电压，通常为CCD图像传感器供电电压；CCD输出电平是CCD图像传感器光电转换后的输出信号；CCDIN的有效电压V1为复位电平VH与CCD输出电平的差值。
由于CCD图像传感器一般采用较高供电电压，通常为10V以上，上述CCDIN信号会带有很高的共模直流分量，而CCD模拟前端处理电路，如图2中相关双采样电路217，其一般供电电压在5V以下，CCDIN信号如直接接入模拟前端处理电路，会引起电路工作异常，导致无法正常处理CCDIN信号。
本发明所述直流重建电路可有效消除CCD信号较大的直流共模电平，重新建立适合后续处理电路的直流共模电平，具体实施为：
当使能信号EN为低电平时，或门215输出为DC_CLK，在CCDIN处于复位电平VH时，DC_CLK为低电平，PMOS管214开启，通过PMOS管213将VL电平接入隔直电容113的第二极板；
当DC_CLK变为高电平时，CCDIN仍处于复位电平VH状态，而隔直电容113第二极板电压DC_OUT等于VL电平；
当DC_CLK变为低电平时，PMOS管214关闭，此时隔直电容113第二极板处于高阻状态；当CCDIN信号从复位电平VH变为CCD输出电平时，隔直电容113第二极板电平DC_OUT将产生等量的感应电压，使V2等于V1；当CDS_CLK变为高电平时，相关双采样电路217对DC_OUT的感应电压进行采样。
综合以上叙述，相关双采样电路217在CDS_CLK下降沿对VL电平进行采样，在CDS_CLK上升沿对DC_OUT的感应电压进行采样，两次采样差值电压为V2，由于V2等于V1，V1为CCDIN的有效电压，因此，本发明所述直流重建电路在不损失CCDIN有效电压的前提下，消除了CCD信号较大的直流共模电平，为后续处理电路提供了适合的直流共模电平。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：包括偏置电路(111)、控制电路(112)和隔直电容(113)；
偏置电路(111)根据外部偏置信号生成直流电压恢复基准电压VL，并输出给控制电路(112)；
控制电路(112)通过使能端接收功能使能信号，并在功能使能信号无效时关闭直流重建电路，在功能使能信号有效时，按照控制时序开启直流重建电路；
隔直电容(113)用于消除CCD信号的直流共模电压，重新建立适合后续处理电路的直流共模电压。
2.根据权利要求1所述的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：所述偏置电路(111)包括第一PMOS管(211)和第二PMOS管(212)；
偏置电压信号VB连接第一PMOS管(211)的栅极，第一PMOS管(211)源极连接电源VDD，第一PMOS管(211)漏极连接第二PMOS管(212)源极，第二PMOS管(212)栅极与漏极连接地电平GND；
第一PMOS管(211)漏极与第二PMOS管(212)源极之间的引出端即为直流电压恢复基准电压VL。
3.根据权利要求1所述的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：所述控制电路(112)包括第三PMOS管(213)、第四PMOS管(214)以及或门(215)；
使能信号EN连接或门(215)的一个输入端，或门(215)的另一个输入端连接控制时序DC_CLK，直流电压恢复基准电压VL输入到第三PMOS管(213)漏极，第三PMOS管(213)栅极接地，第三PMOS管(213)源极连接第四PMOS管(214)漏极，第四PMOS管(214)栅极连接或门(215)输出端，第四PMOS管(214)源极连接隔直电容(113)的一端，该端引出作为DC_OUT信号输入后继采样电路，隔直电容(113)另一端连接CCD信号CCDIN。
4.根据权利要求1所述的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：所述直流电压恢复控制方式为：
当使能信号EN为低电平时，直流重建电路处于关闭状态；
当使能信号EN为高电平，输入到或门(215)的DC_CLK信号为低电平时，直流重建电路处于工作状态，隔直电容(113)一端连接CCDIN信号，第四PMOS管(214)导通将直流电压恢复基准电压VL传递至隔直电容(113)另外一端实现直流电压恢复。
5.根据权利要求3所述的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：CCDIN信号由三部分组成：瞬时复位脉冲电平、复位电平VH、CCD输出电平；其中，瞬时复位脉冲电平为CCD图像传感器在复位脉冲开启瞬间引起的电压跳动，瞬时复位脉冲电平比复位电平VH高0.5V；复位电平VH是CCD图像传感器复位阶段输出电压，为CCD图像传感器供电电压；CCD输出电平是CCD图像传感器光电转换后的输出信号；CCDIN的有效电压V1为复位电平VH与CCD输出电平的差值。
6.根据权利要求5所述的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：当使能信号EN为低电平时，或门215输出为DC_CLK，在CCDIN处于复位电平VH时，DC_CLK为低电平，第四PMOS管(214)开启，通过第三PMOS管(213)将VL电平接入隔直电容113的第二极板；
当DC_CLK变为高电平时，CCDIN仍处于复位电平VH状态，而隔直电容113第二极板电压DC_OUT等于VL电平；
当DC_CLK变为低电平时，第四PMOS管(214)关闭，此时隔直电容113第二极板处于高阻状态；当CCDIN信号从复位电平VH变为CCD输出电平时，隔直电容113第二极板电平DC_OUT将产生等量的感应电压，使V2等于V1；当CDS_CLK变为高电平时，后继采样电路对DC_OUT的感应电压进行采样。
7.根据权利要求6所述的一种用于CCD信号处理的直流重建电路，其特征在于：CDS_CLK为后继采样电路的控制时序，后继采样电路在CDS_CLK下降沿对VL电平进行采样，在CDS_CLK上升沿对DC_OUT的感应电压进行采样，两次采样差值电压为V2。
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