引言

　　目前﹐數(shù)碼相機(jī)技術(shù)進(jìn)步很快，朝著高解析﹑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(shù)碼相機(jī)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(shè)計尤顯關(guān)鍵。

　　本文所說的影像處理部分硬件包含以下幾個部分。(見圖1)

　　關(guān)鍵元器件的選擇

　　(1)CCD光電耦合器

　　CCD的總類較多﹐按濾光片的顏色分有原色CCD及補(bǔ)色CCD，原色CCD濾光片按綠藍(lán)﹑紅綠方式排序，補(bǔ)色CCD濾光片按洋紅綠﹑青黃方式排序?；旧希獵CD的色彩還原性好但靈敏度差﹐補(bǔ)色CCD的色彩還原性差但靈敏度好﹐一般數(shù)碼相機(jī)使用原色CCD的較多。按電荷的轉(zhuǎn)移方式分有全幀轉(zhuǎn)移設(shè)計(FT)CCD﹑行間轉(zhuǎn)移設(shè)計(IT)CCD﹑幀行轉(zhuǎn)移設(shè)計(FIT)CCD。FT CCD器件面積較大，價格較低;IT CCD面積最小﹑價格最低;FIT CCD面積最大﹐價格最高﹐綜合考慮﹐一般家用普通數(shù)碼相機(jī)均使用IT CCD。
 

        首先﹐根據(jù)相機(jī)的設(shè)計要求決定CCD使用多少的像素﹐再根據(jù)與鏡頭的搭配性確認(rèn)其合適的尺寸﹐并仔細(xì)了解CCD的規(guī)格書﹐重點(diǎn)確認(rèn)飽和輸出及靈敏度的值(如圖2 )﹐選用值大的產(chǎn)品。簡單來說﹐CCD就是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的器件(如圖3)。

　　(2) IC AFE
 

 　AFE模擬前端，TG時序發(fā)生器，CDS關(guān)聯(lián)雙倍取樣器，通常與CCD驅(qū)動、ADC等整合在一起，組成一個整體的從CCD電荷讀出、取樣、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理單元IC AFE。基本上，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(zhuǎn)化為數(shù)字信號的器件(如圖4、圖5)。

　　(3)DSP數(shù)字處理器

　　DSP主要就是對經(jīng)過AFE得到的數(shù)字影像信號進(jìn)行一系列處理﹐如白平衡﹑亮度調(diào)整﹑色調(diào)整﹑γ修正﹑銳利化﹑白點(diǎn)﹑熱燥點(diǎn)補(bǔ)正﹑噪聲處理﹑壓縮等﹐一般根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)格﹑DSP廠商演示實(shí)際效果評價﹑成本分析等決定。(見圖6、圖7)

         電路設(shè)計

　　上述關(guān)鍵元器件確定后﹐就可以根據(jù)廠商提供的規(guī)格書進(jìn)行電路設(shè)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(shè)計。

　　電路重點(diǎn)分析說明

　　(1) CCD使用-6V及+12V兩組電源，其中+12V同時提供給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AFE電路中﹐CCD信號進(jìn)入AFE前設(shè)計了一個由R210及C242組成的簡單的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LDO對電源進(jìn)行凈化﹐+1.8V同時提供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(qū)動轉(zhuǎn)移及清除用的﹐頻率為40.5MHz﹐瞬間電流較大(達(dá)到60~80mA)，對EMI影響很大﹐增加FL200/FL201 LC濾波器作改善。

　　PCB設(shè)計

　　考慮到裝配需求﹐通常CCD部分電路單獨(dú)使用一塊FPC﹐AFE/DSP及其他電路放在另一塊PCB上，通過FPC輸出連接。

　　(1) CCD FPC設(shè)計重點(diǎn)﹕一是CCD輸出兩旁及底部要完整包地﹐線寬要求8mils(1mils=0.0254mm)以上。二是H1/H2/HL/RG優(yōu)先走線，兩旁及底部要完整包地﹐線寬要求6mils以上﹐并且盡量遠(yuǎn)離CCD輸出信號(32mils以上)(見圖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(zhǔn)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0.1mF的旁置電容;三是40.5MHz晶振必須遠(yuǎn)離CCD輸出信號。

　　調(diào)試

　　樣品組裝出來后，必須經(jīng)過復(fù)雜且繁瑣的調(diào)試過程，其中調(diào)試的項目、內(nèi)容、步驟很多，這里只介紹CCD輸出(輸入)信號取樣點(diǎn)的調(diào)整﹐因為此對圖像的質(zhì)量至關(guān)重要。

　　(1)調(diào)整H1/RG﹐使CCD輸出P與D部分寬度基本相等(如圖10)。

　　(2)調(diào)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(zhǔn)點(diǎn)(如圖11、圖12)。

　　(3)調(diào)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(zhǔn)點(diǎn)。

　　常見圖像不良現(xiàn)象分析處理

　　(1)圖片左邊有一固定亮條。

　　原因﹕RG/HL驅(qū)動電流過大。

　　對策﹕調(diào)整RG/HL驅(qū)動電流至合適(無過沖)

　　(2)圖片上方有一固定亮條。

　　原因﹕RGVDD/HVDD電流響應(yīng)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時序與CCD垂直驅(qū)動要求時序不符。

　　對策﹕調(diào)整AFE TG時序與CCD垂直驅(qū)動要求時序一致。

　　(4)圖片中有一些固定的橫條紋。

　　原因﹕不同幀的曝光時間不同。

　　對策﹕調(diào)整DSP的相關(guān)設(shè)定﹐使曝光時間一致。

　　(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(diào)整AFE CDS/CCD/TG電源設(shè)計﹐盡量減小電源噪聲。

　　結(jié)語

　　本文針對數(shù)碼相機(jī)影像部分的硬件設(shè)計給出了一個從元器件的選擇到電路的制作﹑PCB的布線等整個過程的具體實(shí)施方案﹐并針對設(shè)計及調(diào)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。