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高速線陣CCDIL-P1-4096的原理和應(yīng)用

發(fā)布時間:2007/4/12 0:00:00 訪問次數(shù):591

高速線陣CCD IL-P1-4096的原理和應(yīng)用 [日期:2006-1-12] 來源:國外電子元器件 作者:蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院 邵 雷 施國梁 [字體:耦合器件(CCD,Charge Coupled Devices)在圖像拍攝方面起著非常重要的作用。是光電成像領(lǐng)域里非常重要的高新技術(shù)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的拍攝傳感器相比,CCD圖像傳感器具有輸出噪聲小、動態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、分辨率高、輸出信號線性度好、功耗低、體積小、壽命長等優(yōu)點。CCD從芯片結(jié)構(gòu)上可分為面陣CCD和線陣CCD兩種類型。面陣CCD主要用于黑白及彩色攝像,而線陣CCD則在高清晰圖像拍攝方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,因此,CCD成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最活躍、最富有成果的應(yīng)用器件之一。

封裝。各引腳的定義及說明如下:

腳1、18(VLOW):低壓偏置電壓,具體電路中可直接接地。

腳2、18(VDD):放大器電源電壓,通常情況下接芯片電源。

腳3(OS1):輸出信號1端,連接到數(shù)據(jù)處理芯片時要接隔直電容。

腳4(VSET):輸出節(jié)點門電壓設(shè)置。通常箝位于地。

腳5(CRLAST):讀出時鐘,該時鐘信號應(yīng)和CR1S的頻率、相位一致。

腳6,22(RS1S):時鐘1讀出(相位1,存儲相位),與CR2S反相。

腳7,23(CR2S):時鐘2讀出(相位2,存儲相位),與CR1S同頻、反相。

腳8(TCK):傳輸時鐘。

腳9(PR):像素復(fù)位時鐘,用于控制CCD曝光和光積分時間。

腳10(VPR):像素復(fù)位漏極電壓,接工作電源。

腳11,28(CR1B):讀出時鐘(相位1,閾值相位),該端信號和CR1S同頻、同相。

腳12,27(CR2B):讀出時鐘(相位2,閾值相位),該端信號和CR2S同頻、同相。

腳14,15,17,19(VHIGH):15V高壓基準電源。

腳16(NC):懸空。

腳20,21,26(VBB):感光低層偏置電壓,接(-3V)。

腳24(VSTOR):存儲井電壓,直接接地。

腳25,29(VSS):參考地,直接接地。

腳30(OS2):輸出信號2端,連接到數(shù)據(jù)處理芯片時要接隔直電容器。

腳31(VOD):輸出復(fù)位漏極電壓端,接(+13V)電源。

腳32(RST):輸出復(fù)位時鐘,頻率和CR1S相同,脈沖下降沿與CR1S的下降沿重合,脈寬為5ns。

IL-P1-4096可根據(jù)傳感器光敏單元(像素)上的感光變化,將對象圖像的感光變化轉(zhuǎn)化為電荷包。電荷包中電子的個數(shù)是由感光強度和CCD器件的光積分時間決定的。電荷包被收集到獨立的存儲井中,然后用像素復(fù)位時鐘來控制CCD器件的積分和曝光時間。

IL-PI系列傳感器內(nèi)部由三大主要功能塊組成:光電二極管、CCD讀出移位寄存器和輸出放大器。其中光電二極管用來生成信號電荷包,輸出放大器用來將電荷轉(zhuǎn)化為電壓脈沖,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。需要注意的是,IL-P1-4096傳感器是兩路輸出,奇像素和偶像素分別從不同的輸出通道輸出,是一種雙排的線列陣CCD,光敏單元在中間,奇、偶單元的信號電荷分別傳到上下兩列移位寄存器后分兩路串行輸出。這種CCD的優(yōu)點是具有較高的封裝密度,轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半,因而可提高轉(zhuǎn)移效率,改善圖像傳感器的信號質(zhì)量。

該傳感器中的光敏單元與CCD移位寄存器分開,而用轉(zhuǎn)移柵控制光生信號電荷向移位寄存器的轉(zhuǎn)移,其信號的轉(zhuǎn)移時間一般遠小于攝像時間(光積分的時間)。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉時,光敏單元勢阱將收集光信號電荷,并經(jīng)過一定的積分時間后,形成與空間分布的光強信號對應(yīng)的信號電荷圖形。積分周期結(jié)束后,轉(zhuǎn)移光柵打開,各光敏單元勢阱收集的信號電荷并行轉(zhuǎn)移到CCD移位寄存器SR的相應(yīng)單元內(nèi)。轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉后,光敏單元開始下一行的圖像采集,而已轉(zhuǎn)移到移位寄存器內(nèi)的上一行信號電荷將通過移位寄存器串行輸出,如此重復(fù)上述過程。



這里的CR1S、CR1B、CR2S、CR2B是CCD輸出像素的相位操作時鐘。CRLAST是該CCD的信號輸出時鐘。RST是像素復(fù)位時鐘。TCR是行轉(zhuǎn)移同步信號,可用來控制轉(zhuǎn)移柵。PR是曝光控制和積分時間控制信號,其電平上升沿要平滑,不能陡峭。在TCK的兩個高電平之間,可由PR來控制CCD的曝光和積分

高速線陣CCD IL-P1-4096的原理和應(yīng)用 [日期:2006-1-12] 來源:國外電子元器件 作者:蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院 邵 雷 施國梁 [字體:耦合器件(CCD,Charge Coupled Devices)在圖像拍攝方面起著非常重要的作用。是光電成像領(lǐng)域里非常重要的高新技術(shù)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的拍攝傳感器相比,CCD圖像傳感器具有輸出噪聲小、動態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、分辨率高、輸出信號線性度好、功耗低、體積小、壽命長等優(yōu)點。CCD從芯片結(jié)構(gòu)上可分為面陣CCD和線陣CCD兩種類型。面陣CCD主要用于黑白及彩色攝像,而線陣CCD則在高清晰圖像拍攝方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,因此,CCD成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最活躍、最富有成果的應(yīng)用器件之一。

封裝。各引腳的定義及說明如下:

腳1、18(VLOW):低壓偏置電壓,具體電路中可直接接地。

腳2、18(VDD):放大器電源電壓,通常情況下接芯片電源。

腳3(OS1):輸出信號1端,連接到數(shù)據(jù)處理芯片時要接隔直電容。

腳4(VSET):輸出節(jié)點門電壓設(shè)置。通常箝位于地。

腳5(CRLAST):讀出時鐘,該時鐘信號應(yīng)和CR1S的頻率、相位一致。

腳6,22(RS1S):時鐘1讀出(相位1,存儲相位),與CR2S反相。

腳7,23(CR2S):時鐘2讀出(相位2,存儲相位),與CR1S同頻、反相。

腳8(TCK):傳輸時鐘。

腳9(PR):像素復(fù)位時鐘,用于控制CCD曝光和光積分時間。

腳10(VPR):像素復(fù)位漏極電壓,接工作電源。

腳11,28(CR1B):讀出時鐘(相位1,閾值相位),該端信號和CR1S同頻、同相。

腳12,27(CR2B):讀出時鐘(相位2,閾值相位),該端信號和CR2S同頻、同相。

腳14,15,17,19(VHIGH):15V高壓基準電源。

腳16(NC):懸空。

腳20,21,26(VBB):感光低層偏置電壓,接(-3V)。

腳24(VSTOR):存儲井電壓,直接接地。

腳25,29(VSS):參考地,直接接地。

腳30(OS2):輸出信號2端,連接到數(shù)據(jù)處理芯片時要接隔直電容器。

腳31(VOD):輸出復(fù)位漏極電壓端,接(+13V)電源。

腳32(RST):輸出復(fù)位時鐘,頻率和CR1S相同,脈沖下降沿與CR1S的下降沿重合,脈寬為5ns。

IL-P1-4096可根據(jù)傳感器光敏單元(像素)上的感光變化,將對象圖像的感光變化轉(zhuǎn)化為電荷包。電荷包中電子的個數(shù)是由感光強度和CCD器件的光積分時間決定的。電荷包被收集到獨立的存儲井中,然后用像素復(fù)位時鐘來控制CCD器件的積分和曝光時間。

IL-PI系列傳感器內(nèi)部由三大主要功能塊組成:光電二極管、CCD讀出移位寄存器和輸出放大器。其中光電二極管用來生成信號電荷包,輸出放大器用來將電荷轉(zhuǎn)化為電壓脈沖,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。需要注意的是,IL-P1-4096傳感器是兩路輸出,奇像素和偶像素分別從不同的輸出通道輸出,是一種雙排的線列陣CCD,光敏單元在中間,奇、偶單元的信號電荷分別傳到上下兩列移位寄存器后分兩路串行輸出。這種CCD的優(yōu)點是具有較高的封裝密度,轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半,因而可提高轉(zhuǎn)移效率,改善圖像傳感器的信號質(zhì)量。

該傳感器中的光敏單元與CCD移位寄存器分開,而用轉(zhuǎn)移柵控制光生信號電荷向移位寄存器的轉(zhuǎn)移,其信號的轉(zhuǎn)移時間一般遠小于攝像時間(光積分的時間)。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉時,光敏單元勢阱將收集光信號電荷,并經(jīng)過一定的積分時間后,形成與空間分布的光強信號對應(yīng)的信號電荷圖形。積分周期結(jié)束后,轉(zhuǎn)移光柵打開,各光敏單元勢阱收集的信號電荷并行轉(zhuǎn)移到CCD移位寄存器SR的相應(yīng)單元內(nèi)。轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉后,光敏單元開始下一行的圖像采集,而已轉(zhuǎn)移到移位寄存器內(nèi)的上一行信號電荷將通過移位寄存器串行輸出,如此重復(fù)上述過程。



這里的CR1S、CR1B、CR2S、CR2B是CCD輸出像素的相位操作時鐘。CRLAST是該CCD的信號輸出時鐘。RST是像素復(fù)位時鐘。TCR是行轉(zhuǎn)移同步信號,可用來控制轉(zhuǎn)移柵。PR是曝光控制和積分時間控制信號,其電平上升沿要平滑,不能陡峭。在TCK的兩個高電平之間,可由PR來控制CCD的曝光和積分

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