CCD圖像傳感器的原理及應用--μPD3575D

其中，飽和輸出電壓Vout為響應曲線失支直線形時的輸出信號電壓；飽和曝光量SE為輸出飽和時的照度（lx）和積累時間的乘積。

輸出電壓不均勻性PRNU是取全部有效位輸出電壓的峰、谷之比值。平均暗電流ADS指的是遮光時的平均輸出電流。暗信號不均勻性DSNU是遮光時的全部有效像元的輸出電壓最大或最小值與ADS的差。輸出阻抗Zo為從外部看時輸出端子的阻抗。響應度R是曝光量除以輸出電壓的值。值得注意的是：使用其它光源時，器件的響應度會有所變化。

4 驅(qū)動時序

CCD的驅(qū)動需要四路脈沖，分別為轉(zhuǎn)移柵時鐘φIO、復位時鐘φRO、采樣保持時鐘φSHO和傳輸門時鐘φTG，將它們分別輸入到CCD芯片的2腳、3腳、4腳和8腳，并在相應的管腳接上相應的電壓就可以實現(xiàn)對CCD的驅(qū)動。

實現(xiàn)對CCD驅(qū)動的關鍵工作是如何產(chǎn)生以上的四路波形。圖3是該四路時序波形圖。

圖3

四路脈沖的作用描述如下：當傳輸門時鐘φTG脈沖高電平到來時，正遇到φIO電極下形成深勢阱，同時φTG的高電平使φIO電極下的深勢阱與CMOS電容存儲勢阱（存儲柵）溝通。于是CMS電容中的信號電荷包全部轉(zhuǎn)移到φIO電極下的勢阱中。當φTG變低時，φTG低電平形式的淺勢阱將存儲柵下勢阱與φIO電極下的勢阱離開，存儲柵勢阱進入光積分狀態(tài)，而轉(zhuǎn)移柵則在轉(zhuǎn)移柵時鐘φIO脈沖作用下使轉(zhuǎn)移到φIO電極下勢阱中的信號電荷逐位轉(zhuǎn)稱，并經(jīng)過輸出電路輸出。采樣保持時鐘φSHO的作用是去掉輸出信號中的調(diào)幅脈沖成分，使輸出脈沖的幅度直接反映像敏單元的照度。

從以上描述和對波形的分析可以看出，復位脈沖φRO每觸發(fā)一次，φIO脈沖翻轉(zhuǎn)一次，并轉(zhuǎn)移一個像元的信號電荷，因此φIO脈沖的周期為φRO的2倍。采樣保持時間φSHO的周期和φRO的周期相同，但相位有一定的時間延遲。傳輸門時鐘φTG脈沖控制線陣CCD整行的轉(zhuǎn)移時間間隔，可作為行同步脈沖，其低電平持續(xù)的時間為φIO的整數(shù)倍，倍數(shù)由CCD的像元數(shù)決定。圖4給出了μPD3575D的脈沖時序關系圖，該圖中為負極性邏輯，與前邊圖3的正極性邏輯正好相反，在編程過程中，我們可以先實現(xiàn)正極性邏輯，然后通過反向器將極性反過來。

圖4

從波形圖可以看出，當轉(zhuǎn)移時鐘φIO變化（人“1”變到“0”或從“0”變到“1”）后，經(jīng)過t1時間（最小值200ns，典型值300ns），采樣保持時鐘φSHO從高電平變低電平，低電平維持時間為t2(最小值100ns，典型值300ns)，當φRO翻轉(zhuǎn)，使之由高電平變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)的間隔時間為t3(最小值3ns,典型值100ns)。復位脈沖φRO翻轉(zhuǎn)后維持的時間為t4(最小值30ns，典型值100ns)，當它由低電平變回高電平時，觸發(fā)轉(zhuǎn)移時鐘φIO翻轉(zhuǎn)，其觸發(fā)間隔為t5（最小值0ns,典型值50ns）。這樣，一個循環(huán)結束，輸出一個像元。如此不斷循環(huán)，直至完全輸出所有的像元。