CCD常见术语

行转移时间和像素读出时间:

2020-03-02 16:26:09 31

一个像素的电荷包移动到下一个像素需要一定的时间,所需时间即为行转移时间。

像素的电荷包移入水平移位寄存器后,需要移出、放大和数字化处理,也需要一定的时间,所需时间称为像素读出时间,一般以读出频率给出。

Greateyes CCD行转移时间最大100μs。读出频率有3级可选;500kHz1MHz2.8MHz

转移效率和损失率:

电荷包在像素之间转移和水平寄存器的转移过程中,可能会有电子损失,这是CCD的一个关键性能指标:转移效率或称为损失率。

转移效率定义为:电荷包转移到下一个势阱的电子数与转移前的电子数之比。

假设有256行、1024列,采用3相耦合设计,如果转移效率为99.9%,最上边一行、最左边一列的像素,需向下移动256×3次、水平移动1024次,共转移256×3+1024=1792次,则总转移效率为0.9991792=0.167,损耗很大。如果转移效率为69,同样的转移次数,总转移效率0.9999991792=99.89%

转移效率一般在0.999995以上。

单次转移的转移效率是随机的,这就相当于引入了噪声。相机一般不会给出此性能指标,而是将其视为一种噪声,归入读出噪声。

转移效率小于1的原因:

1.       电子被俘获

2.       时钟频率过高。电荷包转移需要一定的时间,时钟频率过高,电荷转移不完全。

提高转移效率的方法:

1.       表面沟道CCDSCCD)的电荷包转移,是通过相邻两电极之间绝缘层和P-Si间的表面沟道(反型层)进行的,会受到绝缘层和P-Si表面态的影响,电子可能会被俘获。为了提高转移效率,表面沟道CCD常采用偏置电荷技术,即在转移之前,就先给每个势阱输入一定了的背景电荷,使表面态完全填满,即零信号也有一定电荷胖零(fat zero)技术。胖零技术会引入胖零噪声。

2.       避开表面态,采用隐埋通道CCDBCCD)体内沟道的传输技术。这种埋沟结构的优点是使光生电子离开绝缘层表面,电子转移通道在N-Si内,与SiO2绝缘层有一定的距离,减少了表面态俘获电子的概率,同时还减少了暗电流,降低热噪声。BCCD唯一的缺点是存储电子能力有所下降,比SCCD约小一个数量级,但转移损失比SCCD1~2个数量级。

BCCD最大优点是低噪声,主要是因为消除了信号电子与表面态的相互作用。低噪声加上高的转移效率使得BCCD成为低照度下的理想摄像器件。绝大部分科学级CCD都是BCCD结构。

CCD一般不会直接给出转移效率或转移损失率指标,而是将其归入读出噪声,见下文。



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