CCD類成像器件的噪聲研究

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(hào)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是用來俘獲和保持每個(gè)像素的偏置信號(hào)，因此最初它處在信號(hào)采集狀態(tài)(也就是說引腳ll是輸入高電平)，即通常被稱為采樣或跟蹤模式。CCD的輸出信號(hào)經(jīng)過短暫的間隔之后，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，就可以把S／H1的輸出和S／H2的總結(jié)節(jié)點(diǎn)連接起來。當(dāng)CCD輸出偏置和視頻信號(hào)的時(shí)候，引腳12輸入高電平，使得S／H2進(jìn)入信號(hào)采集模式。
S／H2采用電流一總結(jié)架構(gòu)，它從CCD的輸出信號(hào)(偏置加視頻信號(hào))中減去S／H1的輸出信號(hào)(偏置信號(hào))。只保留有用的視頻信號(hào)。引腳12輸入低電平，使得S／H2進(jìn)入保持模式，經(jīng)過一段暫態(tài)的穩(wěn)定過程，有用的視頻信號(hào)從引腳22輸出。對(duì)于CCD的輸出信號(hào)，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(hào)中的復(fù)位噪聲和kTC噪聲，處理效果如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)復(fù)位部脈沖是高電平的時(shí)候，CCD的輸出信號(hào)進(jìn)行第1次采樣，采樣信號(hào)為復(fù)位電壓、復(fù)位失調(diào)電壓和復(fù)位噪聲；當(dāng)數(shù)據(jù)部脈沖是高電平時(shí)，CCD的輸出信號(hào)進(jìn)行第2次采樣，采樣信號(hào)除包括復(fù)位電壓、復(fù)位失調(diào)電壓和復(fù)位噪聲外，還包括有用的視頻信號(hào)。
2次采樣的信號(hào)通過差動(dòng)放大電路后輸出，正好把復(fù)位部噪聲去除掉。因?yàn)閮纱尾蓸拥脑肼暱梢越瓶闯墒窍喈?dāng)?shù)?。因此通過相關(guān)雙采樣電路基本上可以把復(fù)位噪聲去掉。

4 結(jié)語
這里對(duì)CCD成像器件的噪聲進(jìn)行了分析，從幾個(gè)噪聲源著手(包括轉(zhuǎn)移損失噪聲、復(fù)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(jié)構(gòu)等原因，系統(tǒng)并未達(dá)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(yīng)用，CDS-1402是一種專門為CCD設(shè)計(jì)的相關(guān)雙采樣電路，它的采樣方法稱為“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。