1． 导言
早在50年代，人们即开端了对紫外勘探技能的研讨。紫外勘探技能是继红外和激光勘探技能之后发展期来的又一军民两用光电勘探技能。跟着紫外勘探器、紫外传感器、紫外CCD（UV-CCD）等固体紫外摄像器材的开发和研讨，紫外成像体系在紫外预警、紫外制导、指纹检测、皮肤病确诊等范畴都取得了较大发展。
紫外成像技能的另一个运用就是检测和定位电晕放电。电晕是电力体系中重要的电能损耗原因之一。电晕放电发生的光辐射大部分是在紫外光区，所以运用中紫外的“日盲”（日盲：大气中的臭氧对太阳辐射中波长在300 nm以下的紫外光有激烈的吸收效果，所以把这一谱区称为“日盲”区）特性进行作业的紫外电晕检测体系便能够全天候地勘探到电晕活动而不受日光和其它光谱的搅扰，这是惯例的电晕照相机办不到的。
本文选用美国Sarnoff公司的UV-CCD——CCD180-512-SFT作为紫外电晕检测体系的成像器材，在剖析其作业进程和对驱动时序的要求的基础上规划出合理的时序操控计划。选用杂乱可编程逻辑器材（CPLD）作为硬件规划渠道，运用VHDL言语对时序电路计划进行了硬件描绘，选用QuartusⅡ对所规划的时序发生器成功地进行了体系仿真。
2． 芯片结构阐明
美国Sarnoff公司的CCD180-512-SFT是背照型帧搬运面阵UV-CCD，16路信号并行输出，光谱呼应规模从200 nm到1000 nm，对紫外光和可见光都有呼应，其QE曲线如图1所示。
图1 CCD180-512-SFT光谱呼应曲线
CCD180-512-SFT由两个感光区、两个存储区和读出寄存器构成。每个感光区（或存储区）包含有8个子阵列，每个子阵列含有256（行）×64（列）个有用像元，整个像面则由16个子阵列，共512×512个有用像元构成，16路信号别离读出。电荷移动方向如图2中箭头所示，先由感光区搬运到存储区，再由存储区逐行搬运到读出寄存器次序读出。16个子阵列有各自独立的读出寄存器和CDS（相关双采样）扩大器。信号的输出方法是16个端口并行输出，性能优越。
图2 CCD180-512-SFT芯片结构
CCD180-512-SFT首要性能参数如下：
有用像元：512×512
像元巨细：18μm×18μm
像面尺度：9.22 mm×9.22 mm
最高帧频：400 fps
读出噪声：《50 e- rms at 100 fps
暗电流：VIS 《 0.5 nA/cm2；UV 《 1.0 nA/cm2
光谱呼应规模：200 nm to 1000 nm
3．CCD时序剖析
由芯片结构可知，CCD的一个作业周期分两个阶段：感光阶段和搬运阶段。在感光阶段，光敏区处于积分状况，各光敏单元进行光电转化，光生电荷被搜集并存储在势阱中。第一场积分完毕后，转为电荷搬运状况，此刻光敏区与存储区的三相驱动时钟同步改变，光敏区的信号电荷包并行地快速搬运到存储区的存储单元中。尔后，光敏区又转入第二场的积分状况，在光敏区的整个光积分期间，存储区、水平区的三相时钟和水平搬运时钟间歇地改变，每改变一次，存储区向水平区并行搬运一行信号电荷包。然后水平区时钟高速改变，驱动一行电荷包快速串行移位读出。如此循环往复，直至将存储区暂存的第一场电荷包悉数输出。尔后存储区与光敏区的驱动时钟又同步改变，将第二场的积分电荷快速地搬运到存储区。尔后，重复上述进程。
4．CCD时序电路的规划
4．1 输出输入端的界说
CCD180-512-SFT需求12路驱动信号，别离是感光区三相驱动信号A1、A2、A3；存储区三相驱动信号B1、B2、B3；搬运寄存器三相驱动信号C1、C2、C3；三个CDS操控信号：复位信号RESET、箝位信号CLAMP、采样信号SAMPLE。这12路驱动信号由两个输入信号，即时钟输入（CLK）、复位信号（RES）生成。
4．2 CCD时序电路的VHDL言语描绘
在QuartusⅡ 软件规划环境下，运用硬件描绘言语VHDL，以自顶向下的方法规划CCD驱动时序。
首先是三相时钟的生成。为了保证信号电荷包高效率地定向搬运，三相时钟之间必须有必定的相移和交迭，因而，运用由D触发器构成的、带反应操控的特别三分频电路来构成三相交迭时钟。其电路原理图如图3所示。
图3 三相交迭时钟生成电路
然后用计数电路来操控光敏区积分和搬运的时刻。光敏区在积分阶段时，信号A处于直流电位（A1、A3低电平，A2高电平），此刻信号B和信号C替换改变，每改变一次读出一行电荷包，当存储区的电荷包悉数搬运完今后，光敏区积分完毕，进入搬运时刻；在搬运阶段，信号A和信号B都处于时钟驱动状况，且同步改变，逐行把信号电荷包从光敏区搬运到存储区，此刻信号C也处于时钟驱动状况，但无输出。
4．3 CCD时序电路的CPLD完成
结合实际选用杂乱可编程逻辑器材（CPLD）完成该规划［3］。Altera 公司MAX 7000 系列器材是工业界速度最快的高集成度可编程逻辑器材系列，可模仿TTL，而且可将SSI（小规模集成电路）、MSI（中规模集成电路）、LSI（大规模集成电路）的逻辑功用高密度集成［4］。由QuartusⅡ软件依据体系规划选用Altera 公司的EPM7128SLC-84-10。EPM7128SLC-84-10有2500个逻辑门，128个宏单元，8个逻辑阵列块，除了供给时序电路中要求的信号外，还保留了部分的引脚和功用块，以备添加新功用的需求。图4为CCD光积分阶段的体系仿真时序图，图5为CCD帧搬运阶段的仿真时序图。
图5 帧搬运阶段波形图
5．定论
杂乱可编程逻辑器材（CPLD）较其它类型器材具有延时小、规划简洁、调试灵敏等长处，选用CPLD的驱动时序电路满意CCD180-512-SFT的时序、时延等要求，为紫外电晕检测体系的规划作了预备。而CCD的信号处理器，包含对CCD180-512-SFT输出的16路信号进行箝位扩大、增益操控、A/D转化、数据缓存、格局转化等一系列处理则是下一步需求进行的作业。
本文作者立异点：运用对紫外光和可见光均可呼应的紫外CCD进行紫外电晕检测，这样就能够全天候地勘探到电晕活动而不受日光和其它光谱的搅扰，这是惯例的电晕照相机办不到的。
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