Аналогова обробка сигналу
Схема подвійної корельованої вибірки (ДВК)
Сигнал, що знімається з ПЗЗ, містить характерні спотворення та шуми, пов'язані з роботою його вихідного пристрою. Щоб знайти шляхи, що дозволяють позбавитися цих наслідків, розглянемо особливості формування цього вихідного сигналу. Як показано на рис. 7 вихідний сигнал ПЗЗ має три рівні:
- рівень, який визначається імпульсами скидання, що проникають у вихідний сигнал через паразитні ємності (Reset Level);
- рівень фіксації, який визначається постійною напругою на стоку транзистора скидання з шумовою добавкою (Feed-Through Level);
- рівень сигналу з тією самою шумовою добавкою, викликаною ланцюгами вузла детектування вихідного пристрою ПЗЗ (Signals).
Ці шуми включають:
- низькочастотні 1/f-шуми повторювача на МОП-транзисторі;
Мал. 7. Сигнали ПЗЗ та схеми ДКВ
Мал. 8. Схема ДКВ
Усунути цю шумову добавку Uш можна, оскільки її величина в момент імпульсу фіксації tф (коли інформаційний заряд ще не надійшов у вихідний пристрій) і в момент імпульсу вибірки tвиб (коли інформаційний зарядний пакет вже злився з цією шумовою добавкою) залишається незмінною. Саме операцію усунення шумової добавки здійснює схема подвійної корельованої вибірки (ДКВ) або, в англійській інтерпретації, CDS (Correlated double sampling) (рис. 8). Схема ДКВ працює в такий спосіб. У момент часу фіксації tф, коли на виході ПЗЗ ще немає корисного сигналу, але є шумова складова Uш, схема вибірки здійснює вибірку та запам'ятовування цієї складової, яка передається на вхід, що не інвертує, операційного підсилювача (ОУ). Схема вибірки 1 здійснює вибірку та запам'ятовування сигналу в момент часу tвиб, коли сигнал наВиході ПЗС вже містить корисну складову Uс і ту саму, що і в момент часу tф, шумову складову Uш. Схема вибірки 3 здійснює вибірку шумової складової Uш в момент часу tвиб, переписуючи значення шуму з виходу схеми вибірки 2 на інвертуючий вхід ОУ. В результаті, з моменту вибірки tвиб до наступної вибірки на неінвертуючому вході ОУ буде присутній корисний сигнал з шумом Uс + Uш, а на інвертуючому - Uш. На виході схеми ДКВ отримаємо значення сигналу без шуму Uс.
Аналого-цифрове перетворення
Мал. 9. Стиснення світлового діапазону