静态数码像机的设计诊断

本文首先讲解了数码像机的工作原理,然后对数码像机设计的诊断提供了一些实用技术帮助,特别是冗余与丢失像素的诊断。

Byron Cheung

Agilent Technologies

• 数码像机的工作原理
  

• 冗余像素检测
  

• 丢失像素的检测
  

正在蓬勃发展的数码静态图像像机为将来的生产商们提供了一个绝佳时机。对于许多试图设计和生产数码像机的生产商而言,常常会面临多种技术问题,如不同像素问题和设计时的数位问题。解决这些问题需要特殊的工具和技术。

一般地说,每台样机的技术难题均不相同。在为客户及时提供批量生产设计的压力下,小组必须对难题进行分析,尽快提出可能的解决方案。部分数码像机设计的诊断技术如图1。

图1 :混合信号测试数码像机电路板技术。

数码像机的工作原理

一幅数码像片由固定数目的像素组成。像素数目越多,照片的分辨率越高。在一张黑白照片中,一个8位二进制数码代表一个像素,该数码决定灰度。彩色照片的每一个像素由三个8位二进制数码(Y, U, V)表示。Y表示亮度,U和V表示颜色。在设计数码像机时,应确保画面中没有像素问题和像素中没有数码的位错误。如果画面存在像素问题,无论是多还是少,都会造成画面的扭曲。如果像素中存在数码位错误(不正确的二进制码)图象质量会更差。本文着重讨论像素问题,有关位错误问题的讨论会刊登在我们的网页。

图2:数码像机框图。

在数码像机中(图2),来自CCD传感器的数据被依次存贮在静态存贮器中。该过程由一个与参考电平(HREF)和像素时钟(PCLK)相关的时序信号控制。当像素时钟为高电平时,所获得的像素数据被存贮在静态RAM中。HREF信号保持的时间决定每一线的像素数目(图3)。

图3:HREF和PCLK时序信号波形。

一个完整的画面由上百条线组成。在波形图中,A1是PCLK,A2是HREF,通道14是时钟信号即“HREF与PCLK”(图2 中作为输入信号控制地址控制电路)。通道0到7是8位二进制数据(Y0-Y7)。

冗余像素检测

在样机A中,可以看到照片发生变形且被一道黑线分成二部分。因为,在每一线的末端存在一个冗余像素,这样,第二线则会偏移一个像素点,而第三线偏移二个像素点,以此类推,第n条线时的偏移量为n-1个像素点。

发现问题后,首先需要确定问题产生的原因是硬件原因还是软硬件配合问题。因此,需要监测Href和Pclk信号,确认当HREF为高电平时,PCLK的脉冲数目。如果数目不正确,则一定是硬件问题；如果数目正确,则为软硬件的配合问题。

过去,工程师们因没有适当的工具而不能对此问题进行分析。例如,每一线有640个像素,如果在每一个PCLK周期中,希望得到高于1%的测试精度,则至少需要一个64KB(0.01×640)的存贮器,旧的数据采集工具没有足够的存贮器来存贮所需精度的足够波形。现在,Agilent/HP 54645D混合信号示波器可提供2+16通道,且每通道可达1MB。这样就可真正“看到”问题所在。

采集到信号后,下一个问题是计算脉冲数。值得注意的是,在每一个HREF下都有超过1000个PCLK脉冲数目。要想以目测方式计算脉冲数目是不可能的。下面的方法可以解决这个问题。

首先,通过软件如Agilent/HP BenchLink取得数据波形,然后将数据输入Microsoft Excel,以秒为单位分组计数,然后相加得到总数,结果应该是640。如果是641个PCLK脉冲,则可以确定每一线末端存在一个冗余像素。随后,将HREF信号的下降沿放大,可以发现下降沿过长,造成第641个像素产生。在这期间,Y0至Y7全部是低电平,这就意味着一个黑点存入了存贮器中,最终形成一条黑线。

由此可以断定在样机A中存在时序问题。下一步就是修改电路以校正HREF信号,如缩短保持时间。另一个解决方法是,在像机的软件中设置一个子程序,用以减去每一线中的最后一个像素,以得到良好画面。

丢失像素的检测

样机B中,可以发现另外一个不同的问题。这次像素在各个线中随机丢失。画面看上去被从右边撕掉了一块。

图4:样机B随机丢失像素。

由于问题是随机出现的,所以不能通过软件进行补偿。用与上述相同的测试工具确认PCLK脉冲数是否正确。如果对应正确,则放大HREF信号的下降沿,可能会发现“设定与保持时间”的问题。因为第640个PCLK脉冲的保持时间太短(相对于32ns),在第640个PCLK脉冲完全通过之前,HREF已经为低电平。同样检查14通道(时钟)的最后一个脉冲的脉宽相比以前所有脉冲窄很多,这种时序将会带来像素不稳定(随机丢失),造成每线最后一个像素的不可预见性。这样则需要修改电路,将HREF脉冲的脉宽至少提高到100 ns,以确保每线最后一个PCLK脉冲在HREF高电平时完全通过。

欲了解更多信息,请联系:Byron Cheung。

E-mail: byron_cheung@

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