前言
“Wait What，上次不是已经有一篇文章讲过这回事了吗？”
那确实，上一次已经测量过尼康D40里面的信号了，文章链接：
但自从那次后，我发现有个问题：尼康D40的设计是专业团队操刀的，对于驱动传感器的各种参数调教理论上都会优于传感器所需的基线。
而对于爱好者来说，自己设计的电路一般很难达到专业厂商的水平（我菜.jpg），如果传感器驱动不起来，则会难以排查问题。与此同时，上一次的测量我还遗漏了不少参数需要补测。
因此，我需要一个同样是由爱好者设计的、已知可用的电路，以此作为基线，来对自己的电路进行调试。
那么，这个电路就是原版的CAM84。另外CAM84的上位机cam8s_view是开源的，这为后续分析时序也带来了方便，文中有些地方会结合cam8s_view的源程序进行时序解读。但奈何UP主实在没怎么学过Pascal，加上注释都是俄文的，因此不可能对程序进行深入分析，有错误还请多指正。
Note：下文中，CAM84一词特指Cam84的原版设计、1:1复刻的板子（见下图）。而DIY板子指我根据Cam84电路修改而来的、自己绘制的板子（见我以前的动态/文章）。
正面
背面
废话不多说直接开始
参考链接：
cam8s_view 二进制文件：http://astroccd.org/2013/05/cam8s_view/
cam8s_view源代码：https://github.com/vakulenko/CAM8_software/tree/master/from_grim/cam8_view
上升/下降时间测量
之所以要测量上升和下降时间，是因为之前在调试时，发现DIY板子在垂直驱动的上升/下降时间上，不是很能满足手册上的要求（比如手册要求某个上升沿要在2us左右，实测DIY板子要大于3us甚至更慢），为此怀疑是不是这一项不达标导致了读取失败。因此需要对Cam84进行测量，以此设立基准线。
Note：因为V1和V3，V2和V4，H1和H2是一对的关系，而且经过测量发现同一对通道的响应基本一致，因此下列只列出其中一个通道。
V1和V3:
0v ---> 15v 上升时间
V1、V3
0v <---> -8v 上升和下降时间
V1、V3
-8 <---> 15v 未使用，不做测量
V2和V4:
0v <---> -8v 上升和下降时间：
V2、V4
H1、H2:
H1、H2
SHT:
Note：这里，我在DIY板子上测得的SHT最高电压仅为20V左右，而Cam84达到了30V。考虑到我的DIY板子在垂直驱动电路部分并没有完全按照Cam84的原版设计，而是自行更换了一些电容和二极管型号，因此怀疑是这些元件的变化导致了DIY板子上的SHT电压偏低。
但是不清楚SHT电压偏低会造成什么影响，会导致整个传感器完全无法读出吗？还是只会导致传感器残留电荷不能有效清除从而成像不够“干净”？有待进一步调查
SHT
RG:
RG
总结一下：Cam84的垂直驱动能力其实也是比较弱的（相比D40来说），但是依然可以正确成像。我又将其与自己DIY的板子对比了一下，发现两者相差不多，除了DIY板子上的SHT电压偏低。
但根据以上结果，猜测主要问题不在垂直驱动这一块。因此我将读出失败的原因转向时序部分，下面就来看看Cam84的时序是怎么做的。
时序分析部分
待机（StandBy）电平：
V1、V2: 0v
V3、V4: -8v
H1: 6v、H2: 0v
SHT: 10v、RG: 12V、VOUT: 9v
Note：以下的内容，有的配图是通过示波器两次测量，然后对齐拼接而来（吃了没有8通道示波器的亏），所以读图时当成一张图即可。
时序总体观
通过大量的实测和对源程序代码的解读，发现Cam84读出主要分为以下几个步骤：
1.清除CCD内残余电荷
2.清除光电二极管内的残余电荷（即SHT信号发出，开始计算曝光时长）
3.等待到达曝光时间
4.将光电二极管收集到的电荷转移到CCD中（此时视为曝光结束）
5.将CCD内保存的电荷一路转移出传感器
在测试中我注意到，由于步骤一需要耗费一定时间（大约53ms），所以Cam84的上位机很巧妙的利用了这段时间：
如果用户设置的曝光时间大于53ms，则将SHT信号提前发出（即上面的步骤二放到步骤一之前），这样以来，在光电二极管收集光线的过程中，同步完成CCD的清理。如果曝光时间小于53ms，则按照原来的顺序进行。下面是图示：
示波器设置为SHT信号触发，蓝色波形是SHT信号（时间太短被光标盖过去了），黄色是H2，青色是V1，后面还会进一步分析，这里只是看个时序。
曝光时间设置为50ms：
曝光时间小于清空CCD所需时间
曝光时间设置为55ms：
曝光时间大于清空CCD所需时间
所以如果有编写驱动时序的朋友，可以在曝光时间大于53ms时稍微节省一些时间（乐）
那么为了方便起见（受制于测量设备性能---主要是示波器存储深度不够），下面的分析中，都以50ms曝光时间为例子，把第一步和后面的步骤稍稍“分开”一些，这样更好进行分析。
第一步：清空CCD内的残余电荷
结合之前对尼康D40的测量，我大概总结出了要清空CCD残余电荷的几个子步骤：
子步骤1. 水平驱动一个奇怪的“前摇”
子步骤2. 将垂直CCD的残余全部推到水平CCD中
子步骤3. 将水平CCD中的“垃圾”全部倒掉
子步骤1：
重新测量，加入H2，然后放大细节
我个人也不是很理解这一步是为什么，但是既然尼康D40，Cam84都这样干了，那应该有自己的道理在里面。无论如何，这个“前摇”是必须有的，即：向水平CCD发出118.5k个转移脉冲。至于频率是不是关键，我也就不清楚了，我记得D40里面的这一步好像要快不少。
子步骤2：
这些垂直驱动的初始状态在上文写了
具体时序可以根据网格大小估算
这里展示了垂直CCD向水平CCD转移残余电荷的过程，可以看到一共有1012个脉冲，这个刚好和cam8s_view的程序对应起来：
但是这里有个疑问，ICX453是一个600万像素传感器，有效宽度为2000，那垂直CCD不应该有2000多个吗？为什么这里只发出了1000多个转移脉冲？让人感到有些迷惑，注释里面也没写原因。
Note：后面经过进一步测试，发现还真是这样，垂直CCD只需要1012个脉冲就可以将全部像素转移，具体见下文。
子步骤3：
反复确认不是我示波器带宽问题，而是在这个速度下，板子驱动能力不足
清空CCD的最后一步，是将水平CCD积累的“垃圾”全部排出，然鹅，这里也有让我迷惑的地方：居然发出了6000多个水平转移脉冲？好像和前面对应起来了，既然垂直CCD脉冲少了一半，那水平CCD把这少的一半补回来很合理吧（确信）。随着测试的深入感觉逐渐清晰起来了。
总之，到现在，第一步清空CCD的工作已经完成了。
接下来你可以发出SHT信号，清空光电二极管内电荷，开始计算曝光时间。
Note：在准备写完这篇文章时，才发现图里面有个小尖尖（这里是V1）
在结束CCD清理后，还来了一次垂直转移（V1~V4行为和上文一样，这里就不重测了），也是不大清楚为什么要这么做，猜测可能他们逆向的相机型号上有这么个操作？不知道重不重要
第二、第三步：开始曝光+等待曝光结束（略）
第四步：将光电二极管收集到的电荷转移到CCD中（曝光结束）
第四步对应的部分应该只有白框里面的那段时间。左边多出来的部分是黑体转移（即传感器有一部分像素是不见光的，一般用来校准黑平衡）
那我们下面就来仔细看看白框部分的时序
如果之前的步骤没问题的话，现在四个垂直驱动的初始电平分别为：
V1、V2：0V，V3、V4：-8V
然后，先来一个常规的垂直转移脉冲，V4落下2.5us后，将V1拉高到15V，并持续10us。10us后，将V1拉回0V，此时V3拉高到0V。
拉高V1
又经过2.5us，将V3拉高至15V，V1拉低到-8V，同样持续10us
拉高V3，持续10us
V3拉高至15v持续10us后拉低到0v。后面的就调整回到普通转移。进行12次，以转移黑体像素。
黑体像素如果有需要的话，也是可以读取出来的，不过看起来Cam84就直接把这些全部丢掉了。留着黑体可以做黑平衡，对于天文摄影应该还是比较重要的。
Note：每次垂直转移发生的时候，都是V3先动作，然后是V1、V4、V2，这一点要注意。
5.将CCD内保存的电荷一路转移出传感器
接下来就可以按照"垂直转移1次，水平转移6392次，循环1000次"的顺序，将所有的有效像素转移出来了。大概长下面这样：
这脉冲数我已经数过了，每垂直转移一次，水平脉冲发出6932次，垂直转移一共1012次（包括黑体像素）。读出速度看硬件上限和人的意愿。Cam84选择的读出速度是2.5MHz，但是在尼康D40中这个速度可以达到25MHz。
另外，Cam84中，H1/H2/RG/ADC的三个采样时钟，都是用RC电路+门芯片做的，所以讲道理，这驱动波形很难看。在D40中就很规整，如果用FPGA之类的芯片直接驱动，可以做的比较好看。
而关于RG和H1/H2的关系，在《CCD_CMOS图像传感器基础与应用》一书有提及，这里就不测试了。
后记
后续阅读cam8s_view的注释时，发现了一段：
立即验证了前面的测量结果，ICX453每进行一次垂直转移，会一次推动两行垂直CCD，然后读出时，水平CCD的脉冲数就需要加倍。
行吧，这篇文章就写到这里了，UP主准备期末考试了，打算放假再继续推进这个项目。
