采样,放大和数字化CCD输出信号
出处:维库电子市场网 发布于:2025-03-10 16:42:26
解释了如何生成CCD输出信号,并确定了每个像素中包含的三个波形特征是重置小故障,重置级别和数据级别。
相关的双重抽样
当涉及CCD信号处理时,重要的主题是相关的双重采样(CDS)。该术语是指在两个不同矩中反复采样波形的过程,每对样品都用于产生单个数据点。
相关双重采样的好处是降噪。您可以将其视为一种差分信号的形式:我们不从相同电压信号的互补版中减去一个电压信号,而是暂时将单个端的波形分开,然后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,获取两个瞬时电压,以使一个捕获参考(又称重置)级别,而另一个捕获了数据级:
与差分信号传导一样,相关的双重采样是减少噪声的强大手段,因为当从另一个电压中减去一个电压时,任何影响参考级别和数据级别的噪声源都将被消除。
CCD信号中的主要噪声源称为KTC噪声,这是与电容相关的热噪声。在给定像素的参考和数据部分期间,KTC噪声幅度是相同的,因此通过相关的双采样将其消除。
通常,CD降低噪声源的功效取决于带宽,换句话说,这取决于噪声信号的变化速度。在一定时间段内将个样本与第二个样本分开,如果在此期间噪声信号的值发生明显变化,则不会通过减法去除噪声。
CCD会产生高频噪声,而相关的双重采样无法消除,但是该技术降低了低频噪声的效果,例如闪烁(又称1/F)噪声,慢速电源供应变化和热漂移。
实施相关的双重抽样
“采样”一词可能会让您想到模数转换,就好像通过取两个ADC样品可以实现CD。但是,CCD系统在模拟领域中执行此双重采样。有各种电路实现;下面显示的一个很简单,有助于说明一般概念。
基本的S/H解决方案只是一个电容器,该电容器将电容器与输入信号分开:
通过合并专用的样本和含量IC可以实现更高的性能(或至少减少的设计工作)。一些示例是Texas Instruments的LFX98X系列,模拟设备的SMP04和Maxim的DS1843。
在CDS电路中,在t参考中触发一个s/h块(即在像素波形的参考级部分中的某个瞬间,在某些瞬间),另一个是在t数据处触发的(即在数据级部分中的某些瞬间)。然后,差放大器从参考级别减去数据级,并产生准备进一步处理的单个输出电压。
CCD信号处理器
CCD模拟信号处理和A/D转换的其他各个方面,但我认为它们不值得详细讨论 - 简而言之,几乎没有我们每个人都需要从离散IC的集合中创建自定义的CCD接口。可以使用高度集成的解决方案,它们提供的便利性和性能无法击败。
我们将以CCD信号链其他部分的简要描述结束本文,并在AD9845B(模拟设备的CCD信号处理器)的数据表中提供了一些帮助。
根据ADC的全尺度范围,该信号被放大。
光学黑色斜坡子电路使用来自灯光像素的信息,通过消除由黑电流引起的偏移来改善动态范围。
正确同步的类似物到数字转换会产生数值像素数据,并且根据CCD的动态范围选择了ADC分辨率。
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