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TLV990-13型3-V，10位，13-MSPS面阵CCD模拟前端
2023-06-08 00:20:00
特征
单片机CCD模拟前端
10位，13-MSPS，单3-V电源
操作A/D转换器
极低功率：典型150兆瓦，2兆瓦
断电模式
微分非线性误差：
典型值小于±0.5 LSB
积分非线性误差：
典型值小于±0.9 LSB
可编程增益放大器
0-dB至36 dB增益范围（0.045 dB/步）
自动或可编程光学黑
数字水平和偏移校准
滤镜和坏像素限制
外部模拟的附加DAC
设置
寄存器配置的串行接口
内部参考电压
48针TQFP封装
应用
数码照相机
PC摄像机
描述
TLV990-13是一个完整的CCD信号为数字蒸馏器设计的处理器/数字化仪摄像头和PC摄像头应用程序。这个TLV990-13执行所有模拟处理使动态范围最大化所需的功能，修正与CCD传感器相关的各种误差，然后用片上高速模数转换器（ADC）将结果数字化。
TLV990-13的关键部件包括：CCD信号的输入箝位电路、相关双通道采样器（CDS），一个可编程增益放大器（PGA），具有0至36分贝的增益范围，两个内部数字到模拟用于自动或可编程光学黑电平和偏移校准的转换器（DAC），10位，13-MSPS流水线ADC，一个用于简单微处理器接口的并行数据端口，一个用于配置内部控制的串行端口寄存器、外部系统控制的两个附加DAC和内部参考电压。
TLV990-13采用先进的CMOS工艺设计，由一个普通的3-V电源供电在13 MSPS时功耗为150 mW，在断电模式下功耗为2 mW。
它的单一3-V操作、非常低的功耗和完全集成的模拟处理电路使TLV990-13是数字相机和PC相机应用的理想CCD信号处理解决方案。
该装置采用48针TQFP封装，工作温度在-20°C至75°C之间范围。
功能框图
绝对最大额定值高于工作自由空气温度（除非另有说明）
电源电压，AVDD，DVDD，DIVDD–0.3 V至6.5 V。
模拟输入电压范围–0.3 V至AV。DD+0.3伏
数字输入电压范围–0.3 V至DV。DD+0.3伏
工作虚结温度范围，TJ–40。摄氏度至150摄氏度
工作自由空气温度范围，TA–20。摄氏度至75摄氏度
储存温度范围，Tstg–65。摄氏度至150摄氏度
铅温距外壳1.6毫米（1/16英寸），持续10秒260。“绝对最大额定值”下列出的应力以外的应力可能会对设备造成永久性损坏。这些只是压力等级，而且
在这些或任何其他超出“推荐操作条件”所示条件的条件下，设备的功能操作
暗指的。长期暴露在绝对最大额定条件下可能会影响设备的可靠性。
推荐操作条件
典型特征
TLV990-13型3-V，10位，13-MSPS面阵CCD模拟前端
典型特征
应用程序信息
工作原理
CDS和PGA
CCD传感器的输出首先通过CCDIN引脚馈送到相关的双采样器（CDS）。这个在复位参考间隔和视频信号间隔期间，对CCD信号进行采样和保持。减去两个电压电平，CDS消除了CCD传感器输出的低频噪声获取每个像素的CCD参考电平和视频电平之间的电压差。二执行CDS功能需要采样/保持控制脉冲（SR和SV）。
CCD输出电容耦合到TLV990-13。将交流耦合电容器夹紧以建立由CLCCD输入在虚拟像素间隔期间适当的直流偏置。TLV990-13的输入偏差为设置为1.2 V。通常，CLCCD以传感器的线速率应用。一个电容器，其值大于输入交流耦合电容器的电容器，应连接在CLREF引脚和AGND之间。以最大速度运行TLV990-13时，CCD内部源电阻应较小大于50欧姆。否则需要CCD输出缓冲。
CDS功能完成后，信号被发送到PGA。PGA增益可从0调整到36分贝通过串行端口编程内部增益寄存器。PGA以10位分辨率进行数字控制在线性分贝尺度上，产生0.045分贝增益阶跃。增益可以用下式表示，增益=PGA码×0.045dB其中PGA代码的范围是0到767。
模数转换器
ADC采用流水线结构来实现高吞吐量和低功耗。全差分实现和数字纠错确保10位分辨率。ADC数据输出的延迟为6个ADCCLK周期，如图1所示。将OE销（销24）拉高将ADC输出设置为高阻抗。
用户DAC
TLV990-13包括两个可用于外部模拟设置的用户DAC。输出电压每个DAC可以独立设置，其电压范围为0v至电源电压，分辨率为8位。当用户DAC不在相机系统中使用时，可以通过编程将其置于待机模式控制寄存器中的控制位。
内部计时
如前所述，操作CDS需要SR和SV信号。用户需要使SR和SV时钟与CCD信号波形同步。ADC的输出被读出到外部由ADCCLK信号构成的电路，该信号也用于内部控制ADC和PGA操作。这个要求ADCCLK信号的正半周期始终落在两个相邻SV脉冲之间，然后，用户可以相对于CDS定时来微调ADCCLK定时，以实现最佳表演。
CLCCD信号用于激活输入夹紧，OBCLP信号用于激活自动光学黑色和偏移校正。
工作原理
输入消隐功能
TLV990-13的输入在运行的某段时间内可能会出现较大的输入瞬变，可能会饱和输入电路，恢复时间长。为了防止电路饱和，TLV990-13包括一个输入通过在每次拉动BLKG输入时禁用CDS操作来阻止输入信号的消隐功能低。在BLKG被拉低后，TLV990-13数字输出将由消隐数据寄存器设置。
注：
如果BLKG脉冲位于OBCLP脉冲之前，则BLKG脉冲上升沿和OBCLP脉冲下降沿。如果BLKG脉冲位于在OBCLP之后，OBCLP下降沿和BLKG脉冲的下降沿应等于每行的光学黑色像素数+4。
三线串行接口
提供了一个简单的3线（SCLK、SDIN和CS）串行接口，允许写入TLV990-13。串行时钟SCLK可以以40 MHz的最大频率运行。串行数据SDIN为16有点长。两个前导零位后接四个地址位，内部寄存器更新，然后将10位数据写入寄存器。必须将CS引脚保持在低位才能启用串行港口。CS下降后，数据传输由传入的SCLK启动。
SCLK极性可通过拉SCKP引脚高或低来选择。
设备重置
当引脚复位（引脚29）拉低，所有内部寄存器设置为其默认值。设备也会重置当它第一次启动时。此外，TLV990-13具有软件重置功能，可以重置设备将控制位写入控制寄存器时。
有关寄存器默认值，请参阅寄存器定义部分。
电压基准
提供1.5 V标称内部精密电压基准。该参考电压用于产生ADC参考电压为1V，参考电压+为2V。它还用于设置钳位电压。全部内部生成电压是固定值，不能调整。
关机模式（待机）
TLV990-13实现硬件和软件断电模式。拉销STBY（销30）低将设备置于低功耗待机模式。总电源电流下降到0.6毫安左右。设置a控制寄存器中的掉电控制位也可以激活掉电模式。用户仍然可以编程断电模式下的所有内部寄存器。
电源
TLV990-13有几个电源引脚。每个主要内部模拟块都有一个专用的AVDD电源别针。所有内部数字电路均由DVD驱动。AVDD和DVDD均为3伏标称电压。
DIVDD和DIGND管脚为输出数字驱动器（D9–D0）供电。DIVDD独立于DVDD可在1.8v到4.4v的电压范围内工作。这允许输出与需要的数字asic接口不同的电源电压。
工作原理
接地和去耦
TLV990-13的所有接地引脚都不是内部连接的，必须从外部连接到PCB接地。一般惯例应适用于PCB设计，以限制反馈的高频瞬态和噪声进入供给线和参考线。这要求电源和参考引脚被充分旁路。
在电源去耦的情况下，0.1μF陶瓷片电容器足以保持阻抗在很宽的频率范围内很低。三个电压参考引脚的推荐外部去耦为由于其有效性在很大程度上取决于接近单个供应管脚去耦电容器应尽可能靠近电源引脚。
为了减少高频和噪声耦合，强烈建议数字和模拟接地包装外立即短路。这可以通过在DGND和AGND在包裹下面。
自动光学黑偏校正在TLV990-13中，光黑和系统信道偏移校正由自动数字执行反馈回路。两个dac用于补偿信道偏移和光学黑偏移。粗俗的校正DAC（CDAC）位于PGA增益级之前，而精细校正DAC（FDAC）位于PGA增益级之后增益阶段。数字校准系统能够校正光黑和信道偏移精确到一个ADC LSB。
每当OBCLP输入拉低时，TLV990-13自动开始自动校准。OBCLP脉冲宽度应足以覆盖ADCCLK的一个正半周期。
对于每一行，通过ADC。数字电路在光学黑像素期间对数据进行平均。对平均结果进行数字比较将所需的输出代码存储在Vb寄存器中（默认值为40H），然后控制逻辑将FDAC调整为使ADC输出等于Vb。如果偏移量超出FDAC（±255 ADC LSB）的范围，则错误由CDAC和FDAC进行校正。CDAC递增或递减一个CDAC LSB，具体取决于确定偏移量是否为负或正，直到输出在FDAC的范围内。剩下的残留物由FDAC校正。
FDAC、CDAC和ADC在ADC lsb数量方面的关系如下：
1个FDAC LSB=1个ADC LSB，
1 CDAC LSB=PGA线性增益×n ADC LSB。
其中n为：
4:0=<增益代码<64
3对于64=<增益代码<96
2:96=<增益码<128
1:128=<增益码
例如，如果PGA增益=2（6 dB），则1 CDAC LSB=2 x 4 ADC LSB=8 ADC LSB。
自动校准完成后，ADC在CCD信号间隔期间的数字输出可以用
以下方程式：
ADC输出[D9–D0]=CCD U输入×PGA增益+Vb，其中Vb是用户选择的所需黑色级别。总偏移量，包括光学黑偏移量，是在自动校准过程中，通过调整偏移校正dac校准为等于Vb。
工作原理
自动光学黑色和偏移校正（续）
在平均过程中，对光学黑色像素进行加权滚动平均。权重因子可以是在控制寄存器2中编程。加权因子决定了数字信号的收敛速度在CCD信号处理器中实现滤波。权重因子接近1会加快汇聚。当加权因子减小到最小值1/128时，收敛速度数字滤波减小。
该算法还考虑了热像素和冷像素。热的光学黑色像素有缺陷产生过多电荷的像素，而冷像素是产生很少或没有电荷的像素。数字比较器将数字化光学黑色像素与用户选择的热像素和冷像素限制进行比较。如果黑色像素值超出范围，则该热像素或冷像素将替换为上一个像素的值。由于曝光时间不同，在每帧开始时可能会有一个突然的光学黑电平偏移。因此，需要快速的光学黑电平校正。用户可以设置一个内部控制位（控制中的SOF位寄存器2）自动禁用热/冷像素限制并将数字滤波加权因子设置为1（相当于一行平均值）。通过这种方式，可以非常快速地对每帧的第一行。每行中的黑色像素数是可编程的。每行的黑色像素数可以是平均值是2N，其中N可以是0到6之间的任意整数。
如果用户希望直接编程偏移DAC寄存器，则可以绕过自动校准功能。
将自动校准模式切换到直接编程模式需要两次寄存器写入。首先必须更改控制寄存器中偏移DAC的控制位；然后寄存器被加载到偏移DAC寄存器以进行正确的纠错。如果总偏移量，包括光学黑色电平，小于±255 ADC LSB，只需对FDAC进行编程。当从直接编程模式切换到自动校准模式时，先前的DAC寄存器值，而不是默认的DAC寄存器值值用作起始偏移。
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