為解決TDI-CCD 作為遙感相機(jī)的圖像傳感器在使用中所面臨的時序電路設(shè)計問題，
文中較為詳細(xì)地介紹了TDI-CCD 的結(jié)構(gòu)和工作原理，并根據(jù)工程項目所使用的ILE2
TDI-CCD 的特性，設(shè)計了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 的TDI-CCD 時序電路，其
驅(qū)動時序使用標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言VHDL 編寫，時序仿真的波形效果相當(dāng)理想。工程應(yīng)用的結(jié)果表明，該設(shè)計具有一定的先進(jìn)性和實用性。
關(guān)鍵詞：FPGA ；VHDL；圖像傳感器
1 引言
CCD(Charge Coupled Devices)，即電荷耦合器件，它是20 世紀(jì)70 年代初發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體集成光電器件,是美國貝爾實驗室的W.S.Boyle 和G.E.Smith 于1970 年首先提出來的【1】。30 年來, CCD 的研究取得了驚人的進(jìn)步,已成為現(xiàn)代光電子學(xué)和現(xiàn)代測量技術(shù)中最活躍、最富有成果的新興領(lǐng)域之一。尤其是在攝像方面的應(yīng)用, CCD 圖像傳感器具有體積小、重量輕、功耗小等優(yōu)點(diǎn),在分辨率、動態(tài)范圍、靈敏度、實時傳輸和自掃描等方面的優(yōu)越性也是其它攝像器件無法比擬的。而在CCD 的使用中，不同型號的CCD 器件的驅(qū)動時序不同，因此
快速、方便地設(shè)計出CCD 的時序電路成為應(yīng)用技術(shù)中的關(guān)鍵【2】。
2 TDI-CCD 器件結(jié)構(gòu)、工作原理及特性
TDI (Time Delay and Integration)是一種掃描方式,它是一項能夠增加線掃描傳感器靈敏度的技術(shù)。TDI-CCD 的結(jié)構(gòu)像一個長方形的面陣CCD，但從功能上說它是一個線陣CCD。其工作過程是基于對同一目標(biāo)多次曝光，通過延時積分的方法，以增加等效積分時間，增強(qiáng)光能的收集。它的列數(shù)是一行的像元數(shù)，行數(shù)為延遲積分的級數(shù)M。工作原理如下：某一行上的第一個像元在第一個曝光積分周期內(nèi)收集到的信號電荷并不直接輸出，而是與同列第二個像元在第二個積分周期內(nèi)收集到的信號電荷相加，相加后的電荷移向第三行…… CCD 最后一行第M 行的像元收集到的信號電荷與前面（M-1）次收集到的信號電荷累加后轉(zhuǎn)移到輸出移位寄存器中，按普通線陣CCD 的輸出方式進(jìn)行讀出。由此可見，CCD 輸出信號的幅度是M 個像元積分電荷的累加，即相當(dāng)于一個像元的M 倍積分周期所收集到的信號電荷，
輸出幅度擴(kuò)大了M 倍。在TDI-CCD 中，根據(jù)不同的應(yīng)用背景，積分級數(shù)M 可設(shè)計為6，
12，24，48，96 等可調(diào)。由于TDI-CCD 的曝光時間與使用的TDI 級數(shù)成比例，通過改變
TDI 級數(shù)，即改變了可見光CCD 的曝光時間。因此，可見光TDI-CCD 用于成像系統(tǒng)，在不改變幀頻的情況下，通過改變TDI 級數(shù)，可以在不同的照度下正常工作，這是非常有義的。隨著TDI 級數(shù)增加，信號隨TDI 級數(shù)M 成線性增加，而噪聲隨TDI 級數(shù)成平方根增加，TDI-CCD 的信噪比(SNR)可以增加 倍。TDI-CCD 另一個特點(diǎn)是通過多次曝光可減少像元間響應(yīng)不均勻和固定圖形噪聲的影響。基于以上特點(diǎn)，TDI-CCD 在航天、航空等領(lǐng)域有著非常廣泛的用途。在航空和航天遙感上，傳輸型TDI-CCD 遙感相機(jī)是當(dāng)前世界上技術(shù)最先進(jìn)、性能最優(yōu)越的新一代的遙感相機(jī)。