基于XRD4460的CCD视频信号处理电路的设计

比较式A/D转换器，由于利用对分搜索的原理，转换速率高达16MHz，这样的转换速度和转换精度适合于大多数应用场合。

　　(6) 串行接口：XRD4460的串行接口包括了一个10bit的移位寄存器和多个并行寄存器，通过LOAD、SDI、SCLK三个信号来控制内部寄存器的写入，实现对XRD4460工作参数的编程控制。

3 CCD视频信号处理电路的硬件设计

　　CCD视频信号处理电路以专用CCD视频信号处理芯片XRD4460为核心部件，完成CCD视频信号的放大、噪声处理以及数字化，并使用CPLD（可编程逻辑器件）技术完成整个电路的逻辑控制，配以先进先出(FIFO)存储器作为数据高速缓冲器，用于存储AD转换后的数据，并采用具有微控制器的USB接口芯片，从而通过USB接口将CCD数据输入计算机。CCD视频信号处理电路设计如图2所示。大致可分为三个部分。

　　3.1 XRD4460视频信号处理电路

　　XRD4460专用CCD视频信号处理芯片的工作时序需要根据具体的CCD芯片来确定。图2中，SHD、SHP、RST、CLAMP信号必须依据CCD输出信号的时序来设计。其时序关系如图3所示。CCD输出信号经过CCD信号处理器XRD4460处理， 即进行双相关采样(CDS)去噪处理后，再经增益放大以及偏置调整，然后经过A/D转换得到10位数字数据。这些数据在CPLD逻辑控制电路的控制下存人异步FIFO存储器SN74V293中。而SDI、SCLK、LOAD是XRD4460的串口控制信号。通过串行接口，可以方便进行编程控制XRD4460的增益与偏置的调整，从而改善输出图像的质量。

　　
3.2 FIFO与USB接口电路

　　高速A/D变换的数据不能直接通过USB送入主机，需要通过FIFO来缓冲数据。电路采用TI公司SN74V293芯片。它的容量为65536×18或131072×9，最快读写周期为6ns，可以满足100MHz采样数据的存储。设置SN74V293的输入、输出宽度为18位时，则其可存储64K×10位的数据。FIFO写时钟W和复位信号/RS的时序关系如图4所示。USB接口电路采用Cypress公司推出的EZ-USB芯片CY7C68013A,该芯片把USB2.0收发器、串行接收引擎SIE（Serial Interface Engine）、带16K的增强8051内核、4KB FIFO存储器以及通用可编程接口GPIF(General Programmable Interface)集成一体，将其作为USB外部设备的主控芯片，而无需外加微控制器（MCU）便可实现USB芯片通信初始化以及与主机的通信连接。 当FIFO中存入数据时，USB接口电路根据其标志信号（满信号/半满信号）读取数据并发送给主机。

　　
图4 FIFO写控制时序

　　3.3 CPLD逻辑控制电路

　　逻辑控制电路由CPLD采用VHDL硬件描述语言编程实现，完成整个电路的逻辑控制，主要包括三部分的功能。第一部分的功能是为XRD4460提供工作时序（如图3）。第二部分功能是向FIFO提供写时钟W和复位信号/RS，控制数据的顺利写入。第三部分功能负责XRD4460的串口设置。在CPLD中设计一个串行口和一个寄存器，其中串行口用来将寄存器中的数据发送给XRD4460进行功能设置；而寄存器用来存储主机发送过来数据。主机通过CY7C68013A中的EP2端点发送数据。

　4 CCD视频信号处理电路的软件设计

　　USB应用系统软件设计分为三部分：USB外设端的固件（Firmware）、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。主机应用软件通过客户驱动程序与系统USBI（USB Device Interface）进行通信，由系统产生USB数据的传送动作；固件则响应各种来自系统的USB标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理[4]。

　　4.1 USB接口编程

　　固件程序是USB芯片内微处理器的控制程序，可采用汇编语言或单片机C语言设计。当系统上电时，固件程序通过USB电缆下载到CY7C68013A的内部RAM 中。

　　固件程序主要是实现USB通信。当主机与芯片进行USB通信时，会产生外部中断0，通过中断矢量寄存器来判断。Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int这三个中断主要用于与主机建立连接、进行控制传输或中断传输；Input_endpoint1_Int、Output_endpoint1_Int这两个中断主要在批量传输时使用。在固件中分别执行不同的中断程序来实现USB的数据传输。所有的中断处理程序采用C语言进行编写。

　　4.2 主机软件设计

　　首先开发CY7C68013A在主机中的驱动程序。用WinDK3.0开发了Win2000下的驱动程序，实现了控制传输、中断传输和批传输的标准接口函数。

　　在应用程序开发中，采用VC++编制应用程序。把USB设备当成文件来操作，利用CreateFile得到USB句柄，用DeviceIoControl来进行控制传输，用ReadFile、WriteFile进行批量传输。主要实现两个功能：一是完成采集的图像的显示；二是设置CCD视频信号处理芯片，包括PGA增益、ADC偏置等工作参数的设置。

　　5 结束语

本文介绍了一种采用专用CC