簡述數(shù)字相機(jī)用CCD信號處理器

1975年，在美國紐約羅徹斯特的柯達(dá)實(shí)驗(yàn)室中，一個(gè)孩子與小狗的黑白圖像被CCD傳感器所獲取，記錄在盒式音頻磁帶上。這是世界上第一臺數(shù)碼相機(jī)獲取的第一張數(shù)碼照片，影像行業(yè)的發(fā)展就此改變。30年過去了，第一臺數(shù)碼相機(jī)背后的發(fā)明者來到中國，為我們回顧那段歷史，也用他敏銳地洞察力展望數(shù)碼影像的未來。

數(shù)碼相機(jī)(又名：數(shù)字式相機(jī) 英文全稱：Digital Camera 簡稱DC)，是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)與普通照相機(jī)在膠卷上靠溴化銀的化學(xué)變化來記錄圖像的原理不同，數(shù)字相機(jī)的傳感器是一種光感應(yīng)式的電荷耦合-(zh-cn:器件;zh-tw:組件)-(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。在圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)以前，通常會先儲存在數(shù)碼存儲設(shè)備中(通常是使用閃存;軟磁盤與可重復(fù)擦寫光盤(CD-RW)已很少用于數(shù)字相機(jī)設(shè)備)。

CCD(電荷耦合器件)信號處理器VSD2100是一款完整的數(shù)字相機(jī)IC,它為CCD陣列輸出提供信號調(diào)理和10位A/D變換。它所提供的CCD信號處理包括：從像素獲取視頻信息的相關(guān)雙取樣(CDS);與供變化的照明度條件用的數(shù)字控制相當(dāng)?shù)?d到+34dB增益;為得到精確黑色基準(zhǔn)的黑色電平箝位。該主信號處理器的特性包括53dB SNR.其10位A/D變換的變換率達(dá)27MHz,而且沒有漏代碼。低電壓(2.7V到3.6V)，低功率(2.7V為160mW,3.0為190mW)便攜工作。

它的應(yīng)用包括：視頻相機(jī)，數(shù)字靜止相機(jī)，PC相機(jī)和保密相機(jī)。

VSP2100Y功能框圖示于圖1,其中CCDD:CCD信號輸入，CCDR:偽反饋回路外接電容，REFCK:CDS基準(zhǔn)取樣脈沖，DATCK:CDS數(shù)據(jù)取樣脈沖，WRT:串行數(shù)據(jù)輸入的寫脈沖，SD:D/A變換器串行數(shù)據(jù)輸入，SCLK:串行數(shù)據(jù)輸入的時(shí)鐘，DACOUT:D/A變換器輸出，0B:光學(xué)黑色箝位脈沖，ADCK:數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出鎖存時(shí)鐘，DRVDD:數(shù)字輸出(B1~B10)的數(shù)字電源。從圖1可見，CCD陣列的輸出先送到相關(guān)雙取樣器(CDS)，然后到有對數(shù)控制特性的電壓控制衰減器(VCA)，并在加到10位A/D變換器輸入之后送到輸出放大器，采用兩個(gè)校正周期來降低其失調(diào)變化。在偽像素時(shí)間期間激勵(lì)輸入自動零電路以清除相關(guān)雙取樣器的失調(diào)。在光黑色定時(shí)期間用另一個(gè)自動零電路來消除與輸出放大器有關(guān)的失調(diào)和來自CDS的剩余失調(diào)。

相關(guān)雙取樣器(CDS)去掉來自圖像傳感器輸出的低頻噪聲。在基準(zhǔn)時(shí)段期間和數(shù)據(jù)時(shí)段期間對來自CCD陣列的輸出取樣。用減法消除呈現(xiàn)在輸入端，并比像素時(shí)段大一個(gè)周期的噪聲。VSP2100采用一種三track/hold相關(guān)雙取樣器結(jié)構(gòu)(見圖2)。Track/Hold2在基準(zhǔn)時(shí)段期間被REFCK信號取樣。Track/Hold3在數(shù)據(jù)Track/Hold1被DATCK信號取樣的相同時(shí)間被重新取樣。這樣做是為了去掉來自Track/Hold2的大的瞬變，這種大的瞬變是跟蹤和保持采集時(shí)間期間所呈現(xiàn)出的復(fù)位瞬變的一部分。Track/Hold3的輸出經(jīng)電壓跟隨器緩沖。