2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：電荷的測(cè)量

電荷的測(cè)量

ODOSRDRSW+5V0V-5V+10V0VRSWVoutVout電荷輸送到相加阱。Vout

現(xiàn)在是參考電平。在這個(gè)期間，外部電路測(cè)量參考電平。輸出節(jié)點(diǎn)相加阱串行寄存器的末端電荷的測(cè)量輸出FET復(fù)位FETODOSRDRSWVout+5V0V-5V+10V0VRSWVout把電荷輸送到輸出節(jié)點(diǎn)電容，Vout

下降到信號(hào)電平。串行寄存器的末端輸出節(jié)點(diǎn)相加阱電荷的測(cè)量輸出FET復(fù)位FET+5V0V-5V+10V0VRSWVout外部電路對(duì)Vout進(jìn)行采樣，所采樣的Vout電平與輸入電荷包中電荷的多少成正比。ODOSRDRSWVout串行寄存器的末端輸出節(jié)點(diǎn)相加阱電荷的測(cè)量輸出FET復(fù)位FET電荷的測(cè)量為了進(jìn)行性能分析，利用等效電路說明?，F(xiàn)在CCD輸出結(jié)構(gòu)中，相加阱被輸出柵代替，作用相同。復(fù)位FET用開關(guān)等效，輸出節(jié)點(diǎn)電容用電容等效。該電容的典型值都小于0.1pF。根據(jù)V=Q/C,這個(gè)電容的兩端將產(chǎn)生與這個(gè)電荷包電荷量成比例的電壓，也是某個(gè)特定像元入射光強(qiáng)度成比例的電壓。Vout=G×Qm/Cs2-8電荷的測(cè)量等效電路RDOD節(jié)點(diǎn)電容移位寄存器來Cs=0.1pF一個(gè)電子電荷～1.6

V輸出信號(hào)：1復(fù)位脈沖過沖2參考電平3信號(hào)電平G:輸出FET增益(1～0.8)電荷的測(cè)量等效電路CCD信號(hào)電平是浮起來的，真正的信號(hào)是信號(hào)電平與參考電平之差。復(fù)位管不是理想開關(guān)，存在導(dǎo)通電阻。這個(gè)電阻的熱噪聲在復(fù)位時(shí)會(huì)通過節(jié)點(diǎn)電容疊加到信號(hào)上輸出形成復(fù)位噪聲。電荷的測(cè)量還有輸出管的閃爍(1/f)噪聲以及輸出電阻的熱噪聲，一起構(gòu)成CCD讀出噪聲。在讀出噪聲中起主要作用的是復(fù)位噪聲。復(fù)位噪聲計(jì)算：導(dǎo)通電阻熱噪聲k:波爾茨曼常數(shù)，T:絕對(duì)溫度，B:帶寬CCD利用單極點(diǎn)模型，B=1/(4RC)電荷的測(cè)量噪聲電壓表示：噪聲電子表示：復(fù)位噪聲又稱KTC噪聲2-92-10舉例說明：復(fù)位噪聲Cs=0.1pF,RON=2k

噪聲帶寬B=1.25GHznR=0.203mV，相當(dāng)于126個(gè)電子。輸出電阻熱噪聲當(dāng)B＝1MHz,RL=2k

時(shí)nW＝5.75V

rms電荷的測(cè)量CCD工作過程與性能電荷生成 量子效率(QE)、暗電流電荷收集 滿阱電荷數(shù)、均勻性、擴(kuò)散(調(diào)制傳遞函數(shù),MTF)電荷轉(zhuǎn)移 電荷轉(zhuǎn)移效率(CTE),電荷測(cè)量 讀出噪聲、線性度CCD與CMOS比較電荷生產(chǎn)電荷收集電荷轉(zhuǎn)移電荷測(cè)量四個(gè)過程在一個(gè)像元內(nèi)完成.光電轉(zhuǎn)換電荷收集像元的光敏區(qū)電荷轉(zhuǎn)移垂直和水平CCD水平CCD后放大器電荷-電壓轉(zhuǎn)換/放大微型信號(hào)線電壓傳遞CCD圖像傳感器CMOS圖像傳感器像元內(nèi)放大器電荷-電壓轉(zhuǎn)換/放大CCD與CMOS比較性能CCDCMOS像元輸出電荷包電壓芯片輸出電壓(模擬)數(shù)字量噪聲低中等填充因子高低暗電流低高均勻性高中等動(dòng)態(tài)范圍高中等系統(tǒng)復(fù)雜度高低功耗高低垂直模糊較大沒有CCD與CMOS比較CMOS的集成度高

CCD與CMOS比較CMOS的填充因子較低

CCDCMOSCCD與CMOS比較CMOSCameraCCD與CMOS比較卷簾式快門CMOS引起的畸變CCD的基本結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，就是MOS電容。了解MOS電容就了解了收集電荷的勢(shì)阱，了解了隔離電荷包的勢(shì)壘，了解了供電荷轉(zhuǎn)移的溝道。CCD的輸出結(jié)構(gòu)對(duì)CC