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作者：歐進(jìn)崇 廣東省佛山市普立華科技有限公司電子設計部 時(shí)間：2009-09-08 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 引言 目前﹐數碼相機技術(shù)進(jìn)步很快，朝著(zhù)高解析﹑高ISO、多功能、超薄、超小、防水、防震等方面不斷發(fā)展。但其中，數碼相機拍出的照片圖像質(zhì)量才是最重要的﹐圖片的成像質(zhì)量與鏡頭、CCD﹑DSP等等均有關(guān)聯(lián)，特別是影像處理部分硬件方面的設計尤顯關(guān)鍵。 本文所說(shuō)的影像處理部分硬件包含以下幾個(gè)部分。(見(jiàn)圖1) 關(guān)鍵元器件的選擇 (1)CCD光電耦合器 CCD的總類(lèi)較多﹐按濾光片的顏色分有原色CCD及補色CCD，原色CCD濾光片按綠藍﹑紅綠方式排序，補色CCD濾光片按洋紅綠﹑青黃方式排序�；旧�，原色CCD的色彩還原性好但靈敏度差﹐補色CCD的色彩還原性差但靈敏度好﹐一般數碼相機使用原色CCD的較多。按電荷的轉移方式分有全幀轉移設計(FT)CCD﹑行間轉移設計(IT)CCD﹑幀行轉移設計(FIT)CCD。FT CCD器件面積較大，價(jià)格較低;IT CCD面積最小﹑價(jià)格最低;FIT CCD面積最大﹐價(jià)格最高﹐綜合考慮﹐一般家用普通數碼相機均使用IT CCD。 
首先﹐根據相機的設計要求決定CCD使用多少的像素﹐再根據與鏡頭的搭配性確認其合適的尺寸﹐并仔細了解CCD的規格書(shū)﹐重點(diǎn)確認飽和輸出及靈敏度的值(如圖2 )﹐選用值大的產(chǎn)品。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)﹐CCD就是將光信號轉化為電信號的器件(如圖3)。
(2) IC AFE AFE模擬前端，TG時(shí)序發(fā)生器，CDS關(guān)聯(lián)雙倍取樣器，通常與CCD驅動(dòng)、ADC等整合在一起，組成一個(gè)整體的從CCD電荷讀出、取樣、放大、模數轉換處理單元IC AFE�；旧�，只要選定了CCD，此處理單元AFE也隨之確定。AFE就是將CCD輸出的仿真電信號轉化為數字信號的器件(如圖4、圖5)。
(3)DSP數字處理器 DSP主要就是對經(jīng)過(guò)AFE得到的數字影像信號進(jìn)行一系列處理﹐如白平衡﹑亮度調整﹑色調整﹑γ修正﹑銳利化﹑白點(diǎn)﹑熱燥點(diǎn)補正﹑噪聲處理﹑壓縮等﹐一般根據產(chǎn)品的設計規格﹑DSP廠(chǎng)商演示實(shí)際效果評價(jià)﹑成本分析等決定。(見(jiàn)圖6、圖7)
電路設計 上述關(guān)鍵元器件確定后﹐就可以根據廠(chǎng)商提供的規格書(shū)進(jìn)行電路設計﹐本文以CCD使用Panasonic MN34542PAJ(12M像素)﹐AFE 使用Panasonic NN12083A﹐DSP 使用Novatek NT96433BG作做設計。 電路重點(diǎn)分析說(shuō)明 (1) CCD使用-6V及+12V兩組電源，其中+12V同時(shí)提供給CCD輸出電流放大IC U3使用﹐CCD輸出的信號質(zhì)量直接影響圖像質(zhì)量﹐故對+12V電源噪聲要求很高﹐需小于60mV(越小越好)。 (2) 在A(yíng)FE電路中﹐CCD信號進(jìn)入AFE前設計了一個(gè)由R210及C242組成的簡(jiǎn)單的RC濾波器﹐將高頻噪聲濾掉。AFE各部分使用的電源對噪聲要求較高﹐故使用了三個(gè)LDO對電源進(jìn)行凈化﹐+1.8V同時(shí)提供TG及 模擬部分﹐用L200作分隔。H1/H2/HL/RG均是對CCD電荷進(jìn)行驅動(dòng)轉移及清除用的﹐頻率為40.5MHz﹐瞬間電流較大(達到60~80mA)，對EMI影響很大﹐增加FL200/FL201 LC濾波器作改善。 PCB設計 考慮到裝配需求﹐通常CCD部分電路單獨使用一塊FPC﹐AFE/DSP及其他電路放在另一塊PCB上，通過(guò)FPC輸出連接。
(1) CCD FPC設計重點(diǎn)﹕一是CCD輸出兩旁及底部要完整包地﹐線(xiàn)寬要求8mils(1mils=0.0254mm)以上。二是H1/H2/HL/RG優(yōu)先走線(xiàn)，兩旁及底部要完整包地﹐線(xiàn)寬要求6mils以上﹐并且盡量遠離CCD輸出信號(32mils以上)(見(jiàn)圖8、圖9)。 (2)AFE/DSP部分﹐CCD輸出﹑H1/H2/HL/RG要求同(1)﹐另外還需要注意﹕一是C237/238/239/241/243/244/246是提供基準電平用的﹐必須與CCD輸出隔直電容C240盡量靠近;二是AFE每組電源旁需放置至少一個(gè)0.1mF的旁置電容;三是40.5MHz晶振必須遠離CCD輸出信號。 調試 樣品組裝出來(lái)后，必須經(jīng)過(guò)復雜且繁瑣的調試過(guò)程，其中調試的項目、內容、步驟很多，這里只介紹CCD輸出(輸入)信號取樣點(diǎn)的調整﹐因為此對圖像的質(zhì)量至關(guān)重要。
(1)調整H1/RG﹐使CCD輸出P與D部分寬度基本相等(如圖10)。 (2)調整SHP﹐使其上升沿在CCD輸出信號P段的相對平滑處﹐此為CCD輸出信號取樣比較(黑電平)的基準點(diǎn)(如圖11、圖12)。 (3)調整SHD，使其上升沿在CCD輸出信號D段的幅度最大且相對平滑處，此為CCD輸出信號亮度取樣的基準點(diǎn)。
常見(jiàn)圖像不良現象分析處理 (1)圖片左邊有一固定亮條。 原因﹕RG/HL驅動(dòng)電流過(guò)大。 對策﹕調整RG/HL驅動(dòng)電流至合適(無(wú)過(guò)沖) (2)圖片上方有一固定亮條。 原因﹕RGVDD/HVDD電流響應不夠快。 對策﹕靠近AFE IC RGVDD/HVDD PIN增加0.01mF LOW ESR MLCC電容。 (3)圖片中有一些固定的豎條紋。 原因﹕AFE TG時(shí)序與CCD垂直驅動(dòng)要求時(shí)序不符。 對策﹕調整AFE TG時(shí)序與CCD垂直驅動(dòng)要求時(shí)序一致。 (4)圖片中有一些固定的橫條紋。 原因﹕不同幀的曝光時(shí)間不同。 對策﹕調整DSP的相關(guān)設定﹐使曝光時(shí)間一致。 (5)圖片中有不固定的斜條紋。 原因﹕AFE CDS/CCD/TG電源噪聲大。 對策﹕調整AFE CDS/CCD/TG電源設計﹐盡量減小電源噪聲。 結語(yǔ) 本文針對數碼相機影像部分的硬件設計給出了一個(gè)從元器件的選擇到電路的制作﹑PCB的布線(xiàn)等整個(gè)過(guò)程的具體實(shí)施方案﹐并針對設計及調試中常遇到的一些重點(diǎn)注意事項進(jìn)行了較深入的分析。 參考文獻： [1] Panasonic MN34542PAJ CCD規格書(shū)Ver.0.1[R]，2008/10/16 [2] Panasonic NN12083A AFE規格書(shū)Ver.0.37[R]，2008/11/4 [3] Novatek NT96433BG DSP規格書(shū)Ver.1.3[R]，2008/4/9 [4] Sony ICX677SQW CCD規格書(shū)Ver.0.1[R]，2008/6/27 [5] Zoran Coach-11 DSP規格書(shū)Ver.0.5[R]，2008/7/21 |
