CCD 信号处理的相关采样
出处:维库电子市场网 发布于:2023-06-29 15:44:40
相关双采样的好处是降噪。您可以将其视为差分信号的一种形式:我们不是从同一电压信号的互补版本中减去一个电压信号,而是暂时划分单端波形并从第二个瞬时电压中减去一个瞬时电压。
在 CCD 波形的情况下,采集两个瞬时电压,一个捕获参考(又称复位)电平,另一个捕获数据电平:
降噪与差分信号一样,相关双采样是一种降低噪声的强大方法,因为当从一个电压中减去另一个电压时,任何影响参考电平和数据电平的噪声源都将被消除。
CCD 信号中的主要噪声源称为 kTC 噪声,它是与电容相关的热噪声。kTC 噪声幅度在给定像素的参考部分和数据部分期间是相同的,因此通过相关双采样将其消除。
一般来说,CDS 衰减噪声源的功效取决于带宽,换句话说,取决于噪声信号变化的速度。个样本与第二个样本之间存在一定的时间间隔,如果噪声信号的值在此期间发生显着变化,则噪声不会通过减法去除。
CCD 会产生相关双采样无法消除的高频噪声,但该技术可减少低频噪声的影响,例如闪烁(AKA 1/f)噪声、缓慢的电源变化和热漂移。
实现相关双采样
“采样”一词可能会让您想到模数转换,就好像 CDS 是通过采集两个 ADC 采样来实现的。然而,CCD 系统在模拟领域执行这种双重采样。电路实现有多种;下面显示的内容很简单,有助于说明一般概念。
该电路由两个采样保持 (S/H) 块和一个差分放大器组成。采样保持操作捕获某一特定时刻的信号电压电平,然后保持该值。基本的 S/H 解决方案只是一个带有 FET 的电容器,该 FET 将电容器与输入信号分开:
采样控制脉冲会打开 FET,并允许电容器充电至输入电压。只要电容器的另一个端子连接到高阻抗节点,就不会发生明显的放电,因此电容器上的电压保持(几乎)恒定足够长的时间,以执行所需的任何其他信号处理任务。通过集成专用采样保持 IC 可以实现更高的性能(或至少减少设计工作量)。一些示例包括 Texas Instruments 的 LFx98x 系列、Analog Devices 的 SMP04 以及 Maxim 的 DS1843。
在CDS电路中,一个S/H块在t参考处触发(即,在像素波形的参考电平部分期间的某个时刻),另一个在t数据处触发(即,在数据期间的某个时刻)。 - 级部分)。然后,差分放大器从参考电平中减去数据电平,并产生单个输出电压,以供进一步处理。
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