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基于KODAK的全帧1600万像素CCD KAF
前几个月偶然机会,在网上看到有人卖哈苏的数码机背,700块钱一套,虽然是残次品,但是可以拆出里面的CCD来玩玩。因为大多数的哈苏机背都是用的Kodak的大面阵的CCD。
由于卖家已经全部卖光了,故只能从一个网友那里得到一套样机。拆机后发现,是KAF-16801 1600万像素全帧的CCD,真是喜出望外,竟然得到了这么一个大面阵的宝贝,真是可遇而不可求。
随后研究了KAF-16801的手册,研究该芯片的特性,准备在芯片的基础上,做一台成像组件出来,因为这个CCD感光面积大,所以用在天文摄影上,是个很不错的选择。
电路上对我来说,是没有什么难度的。但是随后我便发现一个十分头疼的问题:因为这是一个全帧的CCD,且感光面巨大,没有合适的机械快门供我选择。作为DIY构件,机械快门买几万块钱的,对我来说绝对是不可能的事情。
KAF-16801 CCD部分参数性能:
分辨率:4096*4096
像原尺寸:9um正方
成像区尺寸:36.88x36.88mm
芯片尺寸:38.6x37.76mm
填充因子:100%
最大像原读出速率10MHz
动态范围:76dB
满阱容量(水平读出):200 000 e- for type
读出放大器灵敏度:13uV/e- for type
起初,我的想法是,研究一下CCD自带的电路板,把接口定义分析出来,然后外部提供一个接口时序和电源,这样CCD电路就工作起来了。后端只需再加一个图像采集和传输板即可。
但是事情并非如此简单,在测试信号过程中,有很多未知信号线都进入了一个Lattice CPLD里面,使我无法得知这些信号的用途。估计可能是设计者出于保密原因,才作此设计。
我对模块通电,整个电路竟然工作不起来,测量后发现很多LDO有输入没有输出。原因是LDO输出使能信号,有好几根都是通过CPLD给出的。也就是说,我没有分解出来的那几个信号中,极有可能是上电控制的。由于对电路板实际的连线不得而知(这板子至少6层),所以分析电路的方案就无法进行了。
仔细研究CCD手册后,发现其有很多工作电压,均与我以前做的一款全帧CCD很相似,只需要做简单的修改,就可以驱动KAF-16801。所以马上动手行动起来,利用半天的时间进行梳理设计,并进行飞线。
终于,功夫不负有心人,测试电路搭建好了,测量了各个管脚状态,都满足CCD手册的要求。下一步就是写代码,根据KAF-16801手册,该芯片工作需要4路信号,两个行转移信号和两个行输出信号。
行转移时序用于将成像区的电荷转移到水平读出寄存器中。行输出信号则是将水平读出寄存器中的像原一个一个的读出来。
我将以前编写过的一个全帧CCD驱动程序,做了简易的修改。因为此次实验的目的,只是为了验证电路的可行性,和摸一下芯片的特性,为下一步做成品做准备,所以对于驱动时序做的并不是很严格。
将修改后的代码下载到FPGA内,用示波器测量了4路驱动信号的波形,均满足手册要求。然后测CCD的输出,信号输出质量 很好,且信号幅值根手册描述的一样,再次证明,我的实验结果的正确性。
此时系统电流为310mA左右,说明,整个成像组件采用目前的方案的话,用USB口供电也是完全可以的。这为以后的最终版设计提供了重要的功耗参数。
再来看一下CCD输出信号的波形吧,看上去比较完美。
从波形可以看出,实验过程没有问题,结果很理想,下一步的计划就是做一版KAF-16801的专用成像电路。但是在设计之前,还需要首先考虑机械快门的问题。不过到目前为止,我还没有找到合适的机械快门。
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