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CCD成像器件的噪聲分析
作者：
時(shí)間：2010-11-23
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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在CCD的應用領(lǐng)域中。相關(guān)雙采樣電路得到了廣泛的應用。很多公司專(zhuān)門(mén)研發(fā)了相關(guān)雙采樣的集成電路芯片。這些專(zhuān)用芯片不僅使用方便，且性能也能得到很大的提高。CDS1402芯片是一種典型的相關(guān)雙采樣電路芯片，它是專(zhuān)門(mén)為CCD成像器件研制的，用來(lái)消除復位噪聲。CDS1402進(jìn)行了優(yōu)化，適合用于10～14位轉換精度的數字視頻。低噪聲的CDS1402芯片也是利用對高低電平信號的采樣并相減來(lái)精確確定視屏信號的。結果在CCD輸出的浮動(dòng)電容器上，那些剩余電荷和kTC噪聲被最大限度的消除。CDS1402芯片一共有24個(gè)引腳。它包含有2個(gè)獨立的采樣保持放大器和S／H電路，每個(gè)S／H電路都有獨立的控制線(xiàn)，輸人和輸出管腳，有兩個(gè)管腳提供偏置調流和調壓。一般來(lái)說(shuō)，CCD的輸出信號都要連接到2個(gè)S／H的輸入端，S／H1端用來(lái)采集和保持偏置信號，它的輸出值與CCD輸出信號相減，當CCD輸出偏置+視頻信號的時(shí)候，S／H2端就進(jìn)入信號的采集狀態(tài)，從而獲得有用的視頻信號。
DATEL公司的CDS-1402芯片與普通CDS電路相比略有不同，但是明顯優(yōu)于普通的CDS電路。它的采樣方法被稱(chēng)為“采樣-相減-采樣”技術(shù)。圖2為CDS-1402的功能原理框圖。在正常操作時(shí)，CCD的輸出信號被同時(shí)送到每一個(gè)S／H放大器的輸入端(引腳3和引腳4)。通常S／H1是用來(lái)俘獲和保持每個(gè)像素的偏置信號，因此最初它處在信號采集狀態(tài)(也就是說(shuō)引腳11是輸入高電平)。即通常被稱(chēng)為采樣或跟蹤模式。CCD的輸出信號經(jīng)過(guò)短暫的間隔之后，引腳11輸入低電平，S／H1推動(dòng)其保持的模式。
在一般簡(jiǎn)單的配置下，把引腳7和引腳8連接起來(lái)，就可以把S／H1的輸出和S／H2的總結節點(diǎn)連接起來(lái)。當CCD輸出偏置和視頻信號的時(shí)候，引腳12輸入高電平，使得S／H2進(jìn)入信號采集模式。
S／H2采用電流一總結架構，它從CCD的輸出信號(偏置加視頻信號)中減去S／H1的輸出信號(偏置信號)，只保留有用的視頻信號。引腳12輸入低電平，使得S／H2進(jìn)入保持模式，經(jīng)過(guò)一段暫態(tài)的穩定過(guò)程，有用的視頻信號從引腳22輸出。對于CCD的輸出信號，相關(guān)雙采樣電路是最常用的處理方法，主要是為了去除CCD信號中的復位噪聲和kTC噪聲，處理效果如圖3所示。
從圖3可以看出，當復位部脈沖是高電平的時(shí)候。CCD的輸出信號進(jìn)行第1次采樣，采樣信號為復位電壓、復位失調電壓和復位噪聲；當數據部脈沖是高電平時(shí)，CCD的輸出信號進(jìn)行第2次采樣，采樣信號除包括復位電壓、復位失調電壓和復位噪聲外，還包括有用的視頻信號。
2次采樣的信號通過(guò)差動(dòng)放大電路后輸出，正好把復位部噪聲去除掉。因為兩次采樣的噪聲可以近似看成是相當的。因此通過(guò)相關(guān)雙采樣電路基本上可以把復位噪聲去掉。
4 結 語(yǔ)
這里對CCD成像器件的噪聲進(jìn)行了分析，從幾個(gè)噪聲源著(zhù)手(包括轉移損失噪聲、復位噪聲、散粒噪聲和暗電流噪聲)，分析了CDS相關(guān)雙采樣電路。雖然限于CCD其他噪聲及電路工藝結構等原因，系統并未達到器件本身的讀出噪聲水平，但是CDS電路的作用確實(shí)明顯，已將大部分噪聲消除了。CDS技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應用，CDS-1402是一種專(zhuān)門(mén)為CCD設計的相關(guān)雙采樣電路，它的采樣方法稱(chēng)為“采樣-相減-采樣”技術(shù)，比一般的CDS技術(shù)少一次采樣保持，這樣就減少了采樣尖峰。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/162665.htm
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