CCD类成像器件的噪声研究

DATEL公司的CDS-1402芯片与普通CDS电路相比略有不同，但是明显优于普通的CDS电路。它的采样方法被称为“采样-相减-采样”技术。图2为CDS-1402的功能原理框图。在正常操作时，CCD的输出信号被同时送到每一个S／H放大器的输入端(引脚3和引脚4)。通常S／H1是用来俘获和保持每个像素的偏置信号，因此最初它处在信号采集状态(也就是说引脚ll是输入高电平)，即通常被称为采样或跟踪模式。CCD的输出信号经过短暂的间隔之后，引脚11输入低电平，S／H1推动其保持的模式。
在一般简单的配置下，把引脚7和引脚8连接起来，就可以把S／H1的输出和S／H2的总结节点连接起来。当CCD输出偏置和视频信号的时候，引脚12输入高电平，使得S／H2进入信号采集模式。
S／H2采用电流一总结架构，它从CCD的输出信号(偏置加视频信号)中减去S／H1的输出信号(偏置信号)。只保留有用的视频信号。引脚12输入低电平，使得S／H2进入保持模式，经过一段暂态的稳定过程，有用的视频信号从引脚22输出。对于CCD的输出信号，相关双采样电路是最常用的处理方法，主要是为了去除CCD信号中的复位噪声和kTC噪声，处理效果如图3所示。

从图3可以看出，当复位部脉冲是高电平的时候，CCD的输出信号进行第1次采样，采样信号为复位电压、复位失调电压和复位噪声；当数据部脉冲是高电平时，CCD的输出信号进行第2次采样，采样信号除包括复位电压、复位失调电压和复位噪声外，还包括有用的视频信号。
2次采样的信号通过差动放大电路后输出，正好把复位部噪声去除掉。因为两次采样的噪声可以近似看成是相当的。因此通过相关双采样电路基本上可以把复位噪声去掉。

4 结语
这里对CCD成像器件的噪声进行了分析，从几个噪声源着手(包括转移损失噪声、复位噪声、散粒噪声和暗电流噪声)，分析了CDS相关双采样电路。虽然限于CCD其他噪声及电路工艺结构等原因，系统并未达到器件本身的读出噪声水平，但是CDS电路的作用确实明显，已将大部分噪声消除了。CDS技术已经得到广泛的应用，CDS-1402是一种专门为CCD设计的相关双采样电路，它的采样方法称为“采样-相减-采样”技术，比一般的CDS技术少一次采样保持，这样就减少了采样尖峰。