行轉(zhuǎn)移時間和像素讀出時間:
一個像素的電荷包移動到下一個像素需要一定的時間,所需時間即為行轉(zhuǎn)移時間。
像素的電荷包移入水平移位寄存器后,需要移出、放大和數(shù)字化處理,也需要一定的時間,所需時間稱為像素讀出時間,一般以讀出頻率給出。
Greateyes CCD行轉(zhuǎn)移時間最大100μs。讀出頻率有3級可選;500kHz、1MHz和2.8MHz。
轉(zhuǎn)移效率和損失率:
電荷包在像素之間轉(zhuǎn)移和水平寄存器的轉(zhuǎn)移過程中,可能會有電子損失,這是CCD的一個關(guān)鍵性能指標(biāo):轉(zhuǎn)移效率或稱為損失率。
轉(zhuǎn)移效率定義為:電荷包轉(zhuǎn)移到下一個勢阱的電子數(shù)與轉(zhuǎn)移前的電子數(shù)之比。
假設(shè)有256行、1024列,采用3相耦合設(shè)計,如果轉(zhuǎn)移效率為99.9%,最上邊一行、最左邊一列的像素,需向下移動256×3次、水平移動1024次,共轉(zhuǎn)移256×3+1024=1792次,則總轉(zhuǎn)移效率為0.9991792=0.167,損耗很大。如果轉(zhuǎn)移效率為6個9,同樣的轉(zhuǎn)移次數(shù),總轉(zhuǎn)移效率0.9999991792=99.89%。
轉(zhuǎn)移效率一般在0.999995以上。
單次轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移效率是隨機的,這就相當(dāng)于引入了噪聲。相機一般不會給出此性能指標(biāo),而是將其視為一種噪聲,歸入讀出噪聲。
轉(zhuǎn)移效率小于1的原因:
1. 電子被俘獲
2. 時鐘頻率過高。電荷包轉(zhuǎn)移需要一定的時間,時鐘頻率過高,電荷轉(zhuǎn)移不完全。
提高轉(zhuǎn)移效率的方法:
1. 表面溝道CCD(SCCD)的電荷包轉(zhuǎn)移,是通過相鄰兩電極之間絕緣層和P-Si間的表面溝道(反型層)進(jìn)行的,會受到絕緣層和P-Si表面態(tài)的影響,電子可能會被俘獲。為了提高轉(zhuǎn)移效率,表面溝道CCD常采用偏置電荷技術(shù),即在轉(zhuǎn)移之前,就先給每個勢阱輸入一定了的背景電荷,使表面態(tài)完全填滿,即零信號也有一定電荷 – 胖零(fat zero)技術(shù)。胖零技術(shù)會引入胖零噪聲。
2. 避開表面態(tài),采用隱埋通道CCD(BCCD)體內(nèi)溝道的傳輸技術(shù)。這種埋溝結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是使光生電子離開絕緣層表面,電子轉(zhuǎn)移通道在N-Si內(nèi),與SiO2絕緣層有一定的距離,減少了表面態(tài)俘獲電子的概率,同時還減少了暗電流,降低熱噪聲。BCCD唯一的缺點是存儲電子能力有所下降,比SCCD約小一個數(shù)量級,但轉(zhuǎn)移損失比SCCD小1~2個數(shù)量級。
BCCD最大優(yōu)點是低噪聲,主要是因為消除了信號電子與表面態(tài)的相互作用。低噪聲加上高的轉(zhuǎn)移效率使得BCCD成為低照度下的理想攝像器件。絕大部分科學(xué)級CCD都是BCCD結(jié)構(gòu)。
CCD一般不會直接給出轉(zhuǎn)移效率或轉(zhuǎn)移損失率指標(biāo),而是將其歸入讀出噪聲,見下文。
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