Двойная коррелированная выборка (ДКВ)
В данном разделе рассматриваются особенности видеоусилителя телевизионного датчика, использующего ПЗС-матрицу в качестве источника сигнала. Первая особенность состоит в том, что входной каскад усилителя, выполненный на МОП-транзисторе (рисунок 4.15, а), встроен непосредственно в кристалл ПЗС. Это обеспечивает минимизацию паразитной емкости C, на которой фиксируется зарядовый пакет, выведенный из матрицы в область затвора транзистора первого усилительного каскада. Напряжение сигнала U c, создаваемое зарядовым пакетом на емкости C, равно U c =q/C, (4.37) т.е. тем больше, чем меньше паразитная емкость. После усиления этот сигнал поступает на внешний усилитель.
Рисунок 4.15 – Эквивалентная схема выходного узла матрицы ПЗС (а) и временная диаграмма сигнала (б) Так как входное сопротивление встроенного каскада на МОП-транзисторе велико, заряд на паразитной емкости не растекается и должен быть принудительно снят перед выводом очередного зарядового пакета. Для этой цели в выходной узел матрицы ПЗС введен транзисторный управляемый ключ K, который перед выводом очередного зарядового пакета на некоторое время замыкается и нейтрализует заряд от предыдущего пакета. При построении временной диаграммы сигнала U c (рисунок 4.15, б) учтена неидеальность работы транзисторного ключа K, приводящая к появлению в сигнале шумов сброса, аналогичных тепловому шуму нагрузочного резистора передающей трубки. Неидеальность работы ключа заключается в том, что при замкнутом ключе его сопротивление R к ≠ 0. При этом параллельно входу МОП-транзистора включена цепочка R к C, являющаяся источником дополнительного шума. В результате к моменту размыкания (t = t 1 +nτ Э, где n – целое число) на емкости C фиксируется не нулевой потенциал, как это должно было бы быть при идеальном ключе, а некоторый шумовой потенциал: U c (t 1 +nτ Э)=U ш. (4.38) Этот шумовой заряд при разомкнутом ключе не растекается и к моменту времени t=t 2 +nτ Э суммируется с очередным зарядовым пакетом: U c (t 2 +nτ Э)=U ш +U c. (4.39) Из сравнения выражений (4.38) и (4.39) видно, что для получения отсчетов сигнала U c, очищенного от шумов сброса, необходимо выполнить операцию U c = U c (t 2 +nτ Э) – U c (t 1 +nτ Э). (4.40) Эта операция называется двойной коррелированной выборкой (ДКВ) и реализуется с помощью специального устройства (рисунок 4.16, а), включаемого в тракт внешнего видеоусилителя. Это вторая существенная особенность видеоусилителя сигнала ПЗС-матрицы.
Рисунок 4.16 – Функциональная схема устройства ДКВ (а) и эпюры напряжений в схеме (б) Устройство ДКВ состоит из двух конденсаторов, двух управляемых ключей и двух повторителей, предотвращающих несанкционированный разряд конденсаторов при разомкнутых ключах. Из эпюр напряжений в схеме (рисунок 4.16 б) видно, что конденсатор C1 и ключ K1 образуют управляемую схему ВПС, выполняющую фиксацию входного сигнала (показана положительная полярность сигнала) на нулевом уровне в моменты t=t 1 +nτ Э. В выходном сигнале схемы ВПС (сигнал U 0) в моменты времени t=t 2 +nτ Э при этом формируются отсчеты сигнала U c, очищенные от шумов сброса и отвечающие выражению (4.40). С помощью ключа K2 эти отсчеты запоминаются на конденсаторе C2 на время t Э и, таким образом, выходной сигнал U вых становится аналоговым.
|
