本發(fā)明涉及一種cmos圖像傳感器的模擬裝置，具體涉及一種針對(duì)航天應(yīng)用的高速串行圖像數(shù)據(jù)輸出的cmos圖像傳感器的模擬裝置。

背景技術(shù)：

與ccd圖像傳感器相比，cmos圖像傳感器不需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路，體積小，功耗低，且能在更高的頻率下工作；隨著其技術(shù)的進(jìn)步，其性能穩(wěn)步提升，已經(jīng)開始在航天領(lǐng)域應(yīng)用。

cmos圖像傳感器可通過多通道輸出和提高轉(zhuǎn)移時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)高速攝像，但通常的工作方式是輸入頻率較低的時(shí)鐘，在芯片內(nèi)部采用鎖相環(huán)倍頻獲得的高頻時(shí)鐘作為內(nèi)部的工作時(shí)鐘，同時(shí)將高頻時(shí)鐘二分頻后作為輸出圖像數(shù)據(jù)的ddr伴隨時(shí)鐘。由于各通道的輸出的圖像數(shù)據(jù)間存在延時(shí)，且輸出圖像數(shù)據(jù)和伴隨時(shí)鐘在每次上電的相位不一致，相對(duì)相位還隨工作電壓和溫度的變化而變化，為采集到穩(wěn)定可靠的圖像，需要進(jìn)行位校驗(yàn)和字校驗(yàn)。對(duì)于低端的fpga器件，內(nèi)部未集成iodelay和bitslip模塊，需要利用如dcm等資源來實(shí)現(xiàn)相對(duì)相位的調(diào)整。在調(diào)試過程中出現(xiàn)某數(shù)據(jù)通道的圖像異常時(shí)，難進(jìn)行硬件和軟件問題的剝離，問題定位困難。另外，當(dāng)cmos圖像傳感器的工作電壓超過額定值或者上電時(shí)序異常，都存在燒毀的風(fēng)險(xiǎn)；cmos圖像傳感器管腳數(shù)多，直插封裝的器件拆卸困難，拆卸燒毀的cmos圖像傳感器還會(huì)影響線路板航天應(yīng)用的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有cmos圖像傳感器航天應(yīng)用中調(diào)試及排查問題困難的問題，提供一種cmos圖像傳感器的模擬裝置。

cmos圖像傳感器的模擬裝置，包括fpga、溫度傳感器、光電二極管、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、負(fù)載模擬電路、接口電路和電源系統(tǒng)；

所述接口電路作為模擬裝置與cmos成像電路板的接口，在所述接口電路上焊接與cmos圖像傳感器相同管腳數(shù)的測(cè)試探針，通過測(cè)試探針實(shí)現(xiàn)模擬裝置與cmos成像電路板的連接；

所述光電二極管接收外部輸入的光能，并將外部光能轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)傳送于多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送到fpga，所述fpga通過接口電路將數(shù)字信號(hào)傳送至外部；

所述多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收接口電路傳送的送入的供電電壓和驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，并對(duì)供電電壓和cmos驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)的上電順序進(jìn)行檢測(cè)；

所述負(fù)載模擬電路針對(duì)cmos圖像傳感器的供電電源，采用電阻和電容及mosfet進(jìn)行cmos圖像傳感器供電狀態(tài)的模擬，檢驗(yàn)cmos成像電路板的供電性能；

所述溫度傳感器采集的溫度信息送入fpga，fpga根據(jù)當(dāng)前的溫度模擬cmos圖像傳感器的數(shù)據(jù)偏移，根據(jù)溫度的變化值修改伴隨時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的相對(duì)相位；

所述電源系統(tǒng)為fpga、溫度傳感器、光電二極管、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、負(fù)載模擬電路和接口電路供電。

本發(fā)明的有益效果：

一、本發(fā)明所述的cmos圖像傳感器的模擬裝置可完全替代cmos圖像傳感器進(jìn)行工作。模擬裝置內(nèi)部模塊檢測(cè)到外部輸入的工作電壓和工作時(shí)序正常后，輸出模擬的cmos圖像信號(hào)；在train階段輸出校驗(yàn)數(shù)據(jù)；在排查問題過程中，可把輸出數(shù)據(jù)的伴隨時(shí)鐘從ddr方式切換為sdr方式，且保證輸出圖像數(shù)據(jù)和伴隨時(shí)鐘的相位固定以方便調(diào)試，進(jìn)行異常圖像的快速定位，剝離硬件和軟件的問題。

二、本發(fā)明所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)接收接口電路送入的供電電源和驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，對(duì)供電電源的供電電壓及供電電源和cmos驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)的上電順序進(jìn)行檢測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)上電時(shí)序錯(cuò)誤，避免燒毀cmos圖像傳感器。

三、本發(fā)明所述的模擬裝置有利于在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行軟件和硬件問題的剝離，快速進(jìn)行線路板的檢測(cè)，加快問題排查速度；

四、在探測(cè)器焊接前可進(jìn)行線路板的相關(guān)篩選實(shí)驗(yàn)；提高成功率；降低了線路板上拆卸插座的風(fēng)險(xiǎn)，提高航天應(yīng)用的可靠性；

五、在無cmos圖像傳感器的情況下可進(jìn)行相關(guān)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)，加快工程進(jìn)度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的cmos圖像傳感器的模擬裝置的原理框圖；

圖2為本發(fā)明所述的cmos圖像傳感器的模擬裝置的供電及上電順序檢測(cè)流程圖；

圖3為本發(fā)明所述的cmos圖像傳感器供電狀態(tài)模擬的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，cmos圖像傳感器的模擬裝置，包括fpga、溫度傳感器、光電二極管、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、負(fù)載模擬電路、接口電路和電源系統(tǒng)；

所述接口電路作為模擬裝置與cmos成像電路板的接口，在所述接口電路上焊接與cmos圖像傳感器相同管腳數(shù)的測(cè)試探針，通過測(cè)試探針實(shí)現(xiàn)模擬裝置與cmos成像電路板的連接；

所述光電二極管接收外部輸入的光能，并將外部光能轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)傳送于多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送到fpga，所述fpga通過接口電路將數(shù)字信號(hào)傳送至cmos圖像傳感器；

所述多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收接口電路傳送的送入的供電電壓和驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，并對(duì)供電電壓和cmos驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)的上電順序進(jìn)行檢測(cè)；

所述負(fù)載模擬電路針對(duì)cmos圖像傳感器的供電電源，采用電阻和電容及mosfet進(jìn)行cmos圖像傳感器供電狀態(tài)的模擬，檢驗(yàn)cmos成像電路板的供電性能；

所述溫度傳感器采集的溫度信息送入fpga，fpga根據(jù)當(dāng)前的溫度模擬cmos圖像傳感器的數(shù)據(jù)偏移，根據(jù)溫度的變化值修改伴隨時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的相對(duì)相位；

所述電源系統(tǒng)為fpga、溫度傳感器、光電二極管、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、負(fù)載模擬電路和接口電路供電。

本實(shí)施方式中，多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)接收接口電路送入的供電電壓和驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，對(duì)供電電源的供電電壓及供電電源和cmos驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)的上電順序進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)供電電源電壓的偏差值不超過5％，且各供電電源的上電順序不滯后驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，認(rèn)為供電與上電順序正常，否則給出錯(cuò)誤狀態(tài)指示信號(hào)，不進(jìn)行模擬圖像數(shù)據(jù)輸出的等相關(guān)操作。

本實(shí)施方式所述的模擬裝置通過spi通信，可在三種工作模式下工作：

(1)train模式，輸出固定的圖像灰度值；

(2)自校模式，輸出灰度漸變的自校圖像，滿足遞增或遞減等規(guī)律；

(3)正常成像模式，輸出隨外部光照線性變化的圖像，并可通過spi通信修改輸出圖像的偏置和增益值。

輸出圖像的灰度值＝偏置+增益×外部光照對(duì)應(yīng)灰度值。外部光照對(duì)應(yīng)灰度值通過光電二極管輸出的模擬值經(jīng)多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后獲得。

本實(shí)施方式所述的接口電路焊接上與cmos圖像傳感器相同管腳數(shù)的測(cè)試探針，通過按壓測(cè)試探針實(shí)現(xiàn)模擬裝置與cmos成像電路板的連接，方便拆卸，且不影響后續(xù)圖像傳感器在cmos成像電路板的焊接。

本實(shí)施方式所述的負(fù)載模擬電路針對(duì)cmos圖像傳感器的供電電源，采用電阻和電容及mosfet進(jìn)行cmos圖像傳感器供電狀態(tài)的模擬，

電阻值r2＝供電電壓÷靜態(tài)的電流；

電阻值r1＝(供電電壓÷穩(wěn)態(tài)的工作電流)-r2；電容值c1為cmos圖像傳感器的電源管腳的等效電容值；mosfet的開通周期及開通時(shí)間與cmos圖像傳感器的工作狀態(tài)相同。所述的靜態(tài)的電流為在cmos圖像傳感器剛加電未進(jìn)行spi配置的工作電流；穩(wěn)態(tài)的工作電流為在cmos圖像傳感器加電進(jìn)行spi配置后，開始進(jìn)行攝像工作的平均電流。

本實(shí)施方式所述的模擬裝置輸出的圖像數(shù)據(jù)可與cmos圖像傳感器相同的格式，伴隨時(shí)鐘為ddr方式；也可為排查硬件問題，將伴隨時(shí)鐘修改為sdr方式；還可輸出伴隨時(shí)鐘和輸出數(shù)據(jù)的相位固定數(shù)據(jù)格式。

本實(shí)施方式通過溫度傳感器對(duì)工作溫度的采集和通過接口電路對(duì)工作電壓的采集，按照溫度升高或工作電壓降低都會(huì)導(dǎo)致延遲增大，溫度降低或工作電壓提高都會(huì)導(dǎo)致延遲減小模擬cmos圖像傳感器的數(shù)據(jù)偏移，按照溫度和電壓的變化值修改伴隨時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的相對(duì)相位。

相對(duì)相位的改變量＝k×溫度改變值+p×電壓改變值，k為溫度影響系數(shù)，p為電壓影響系數(shù)。

結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，負(fù)載模擬電路中，當(dāng)控制信號(hào)control使mosfetq1處于關(guān)斷時(shí)，則僅有電阻r2接入供電電源vcc，形成靜態(tài)工作電流；當(dāng)控制信號(hào)control使mosfetq1處于導(dǎo)通時(shí)，則電阻r1和r2及電容c1同時(shí)接入供電電源vcc，形成動(dòng)態(tài)工作電流。

本實(shí)施方式所述的fpga采用xilinx公司的器件xc6vlx240t-2ffg1156c；模擬的cmos圖像傳感器為長(zhǎng)光辰芯公司的多譜段cmos圖像傳感器gl1216；所述電源系統(tǒng)采用ldo電源芯片；所述負(fù)載模擬電路采用線繞電阻、瓷片電容和mosfet，所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ad7718；所述的光電二極管采用市場(chǎng)上普通的光電二極管；所述的溫度傳感器采用ds18b20。