CN106454167A - Ccd片上读出电路及其控制方法 - Google Patents

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杨洪
白雪平
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
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Abstract

本发明公开了一种CCD片上读出电路及其控制方法，所述CCD片上读出电路由浮置栅放大器、缓冲转移区、信号通道选择栅、输出放大器、信号倍增区、比较电路和控制电路组成；本发明的有益技术效果是：提出了一种CCD片上读出电路及其控制方法，得益于该CCD片上读出电路，使CCD既能工作于弱光环境又能工作于强光环境，大大的增强了CCD的功能。

Description

CCD片上读出电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种CCD读出电路，尤其涉及一种CCD片上读出电路及其控制方法。
背景技术
电荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device）是一种应用十分广泛的微型图像传感器；基于现有知识可知，电子倍增CCD由于具备电子倍增功能，特别适合于弱光环境下的成像，但若将其用于强光环境，则电子倍增功能反而会导致其无法正常成像，因此，现有技术中不存在能够兼容弱光环境和强光环境的CCD。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种CCD片上读出电路，其创新在于：所述CCD片上读出电路由浮置栅放大器、缓冲转移区、信号通道选择栅、输出放大器、信号倍增区、比较电路和控制电路组成；
所述浮置栅放大器由转移区和电压感应区组成；所述转移区的输入端与CCD的水平转移区的输出端连接，转移区的输出端与缓冲转移区的输入端连接，缓冲转移区的输出端通过信号通道选择栅分别与输出放大器和信号倍增区连接，输出放大器的输出端与处理电路一连接，信号倍增区的输出端与处理电路二连接；所述电压感应区的感应部与转移区的位置对应，电压感应区的输出端与比较电路的输入端连接，比较电路的输出端与控制电路连接，控制电路用于为转移区、缓冲转移区、信号通道选择栅、输出放大器、信号倍增区和比较电路提供驱动电平。
本发明的原理是：浮置栅放大器是一种CCD技术中常见的放大器类型，基于现有理论可知，当信号电荷在浮置栅放大器的沟道（也即本发明所定义的转移区）中转移时，浮置栅（也即本发明所定义的电压感应区）可以感应出镜像电荷，也即浮置栅放大器可以在不破坏信号电荷的条件下感应到信号电荷的大小，现有技术利用浮置栅放大器的前述性质来实现信号检测和放大；在本发明中，发明人将浮置栅放大器作为一种“检测装置”，通过浮置栅放大器来检测信号电荷的电平状态（电平的大小与信号电荷的电子数成正比），当CCD工作于弱光环境时，其光敏区输出的信号电荷的电子数较少，相应的，浮置栅放大器感应到的电平也较低，通过比较电路对电平大小进行判断后，控制电路就能根据比较电路的输出信号控制信号通道选择栅的动作，使缓冲转移区与信号倍增区选通，当CCD工作于强光环境时，其光敏区输出的信号电荷的电子数较多，相应的，浮置栅放大器感应到的电平也较高，经比较电路和控制电路的处理后，信号通道选择栅就能将缓冲转移区与输出放大器选通，通过这种工作机制，就能使CCD片上读出电路具备信号大小识别功能，进而使CCD片上读出电路能够在不破坏信号电荷的条件下，将信号电荷选择性地输出到输出放大器或信号倍增区进行相应的处理，最终使得CCD既能工作于弱光环境又能工作于强光环境，大大的增强了CCD的功能，其技术价值不言而喻，并且，本发明中的各个组成部分，如果独立的看，他们均是CCD技术中的常用功能，直接利用现有的CCD工艺就能实现，几乎不存在工艺难度，本领域技术人员完全有能力实现本发明，至于其中涉及到的具体的技术参数，在本发明揭示了前述工作原理后，本领域技术人员可根据试验并结合实际应用环境合理确定，因此，虽然本发明未示明具体的技术参数，但并不影响本发明公开的充分性。
基于前述物理方案，本发明还提出了一种CCD片上读出电路控制方法，该方法所依赖的物理构成如前所述，具体的控制方法为：所述水平转移区、转移区和缓冲转移区（缓冲转移区由常见的转移栅所构成，缓冲转移区的长度，可根据控制动作所需时间合理确定）形成转移通道；
1）当CCD光敏区输出光生电荷时，光生电荷通过水平转移区转移至转移区；
2）光生电荷进入转移区后，转移区继续将光生电荷转移至缓冲转移区，在此过程中，电压感应区就会感应到光生电荷并生成相应的感应电平，电压感应区将感应电平输出至比较电路；
3）比较电路（电压比较电路是电气领域中十分常见的电路类型，具体实施时，本领域技术人员可择优采用）根据感应电平大小生成相应的控制信号，并将控制信号输出至控制电路；
4）控制电路根据控制信号向信号通道选择栅输出相应的控制电平，信号通道选择栅在控制电平的驱动下将缓冲转移区与输出放大器或信号倍增区选通，光生电荷通过输出放大器或信号倍增区处理后，输出至处理电路一或处理电路二；处理电路一用于对正常的非电子倍增信号进行处理，处理电路二用于对电子倍增信号进行处理；
步骤2）、3）、4）的过程中，CCD光敏区输出的光生电荷在转移通道内不间断地持续转移，光生电荷在缓冲转移区内转移时所消耗的时间用于为步骤2）、3）、4）的操作提供缓冲时间。众所周知地，CCD及其片上读出电路需要配合相应的控制时序才能实现其功能，本发明虽然改变了CCD片上读出电路的功能，但考虑到时序设计是本领域技术人员所应该掌握的基本技能，以及考虑到本发明已经清楚地示明了本发明的工作原理和时序设计存在难以穷举的问题，故本发明未对工作时序问题作进一步介绍，本领域技术人员可根据实际情况，合理设计。
本发明的有益技术效果是：提出了一种CCD片上读出电路及其控制方法，得益于该CCD片上读出电路，使CCD既能工作于弱光环境又能工作于强光环境，大大的增强了CCD的功能。
附图说明
图1、本发明的原理示意图；
图2、本发明的一种优选实施方式示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：浮置栅放大器1、缓冲转移区2、信号通道选择栅3、输出放大器4、信号倍增区5、光敏区6、水平转移区7、用于实现电压感应区的浮置栅1-1、用于实现转移区的多条转移栅1-2。
具体实施方式
一种CCD片上读出电路，其创新在于：所述CCD片上读出电路由浮置栅放大器1、缓冲转移区2、信号通道选择栅3、输出放大器4、信号倍增区5、比较电路和控制电路组成；
所述浮置栅放大器1由转移区和电压感应区组成；所述转移区的输入端与CCD的水平转移区的输出端连接，转移区的输出端与缓冲转移区2的输入端连接，缓冲转移区2的输出端通过信号通道选择栅3分别与输出放大器4和信号倍增区5连接，输出放大器4的输出端与处理电路一连接，信号倍增区5的输出端与处理电路二连接；所述电压感应区的感应部与转移区的位置对应，电压感应区的输出端与比较电路的输入端连接，比较电路的输出端与控制电路连接，控制电路用于为转移区、缓冲转移区2、信号通道选择栅3、输出放大器4、信号倍增区5和比较电路提供驱动电平。
一种CCD片上读出电路控制方法，所述CCD片上读出电路由浮置栅放大器1、缓冲转移区2、信号通道选择栅3、输出放大器4、信号倍增区5、比较电路和控制电路组成；
所述浮置栅放大器1由转移区和电压感应区组成；所述转移区的输入端与CCD的水平转移区的输出端连接，转移区的输出端与缓冲转移区2的输入端连接，缓冲转移区2的输出端通过信号通道选择栅3分别与输出放大器4和信号倍增区5连接，输出放大器4的输出端与处理电路一连接，信号倍增区5的输出端与处理电路二连接；所述电压感应区的感应部与转移区的位置对应，电压感应区的输出端与比较电路的输入端连接，比较电路的输出端与控制电路连接，控制电路用于为转移区、缓冲转移区2、信号通道选择栅3、输出放大器4、信号倍增区5和比较电路提供驱动电平；
其创新在于：所述控制方法包括：所述水平转移区、转移区和缓冲转移区2形成转移通道；
1）当CCD光敏区输出光生电荷时，光生电荷通过水平转移区转移至转移区；
2）光生电荷进入转移区后，转移区继续将光生电荷转移至缓冲转移区2，在此过程中，电压感应区就会感应到光生电荷并生成相应的感应电平，电压感应区将感应电平输出至比较电路；
3）比较电路根据感应电平大小生成相应的控制信号，并将控制信号输出至控制电路；
4）控制电路根据控制信号向信号通道选择栅3输出相应的控制电平，信号通道选择栅（3）在控制电平的驱动下将缓冲转移区2与输出放大器4或信号倍增区5选通，光生电荷通过输出放大器4或信号倍增区5处理后，输出至处理电路一或处理电路二；
步骤2）、3）、4）的过程中，CCD光敏区输出的光生电荷在转移通道内不间断地持续转移，光生电荷在缓冲转移区2内转移时所消耗的时间用于为步骤2）、3）、4）的操作提供缓冲时间。

Claims (2)

1.一种CCD片上读出电路，其特征在于：所述CCD片上读出电路由浮置栅放大器（1）、缓冲转移区（2）、信号通道选择栅（3）、输出放大器（4）、信号倍增区（5）、比较电路和控制电路组成；
所述浮置栅放大器（1）由转移区和电压感应区组成；所述转移区的输入端与CCD的水平转移区的输出端连接，转移区的输出端与缓冲转移区（2）的输入端连接，缓冲转移区（2）的输出端通过信号通道选择栅（3）分别与输出放大器（4）和信号倍增区（5）连接，输出放大器（4）的输出端与处理电路一连接，信号倍增区（5）的输出端与处理电路二连接；所述电压感应区的感应部与转移区的位置对应，电压感应区的输出端与比较电路的输入端连接，比较电路的输出端与控制电路连接，控制电路用于为转移区、缓冲转移区（2）、信号通道选择栅（3）、输出放大器（4）、信号倍增区（5）和比较电路提供驱动电平。
2.一种CCD片上读出电路控制方法，所述CCD片上读出电路由浮置栅放大器（1）、缓冲转移区（2）、信号通道选择栅（3）、输出放大器（4）、信号倍增区（5）、比较电路和控制电路组成；
所述浮置栅放大器（1）由转移区和电压感应区组成；所述转移区的输入端与CCD的水平转移区的输出端连接，转移区的输出端与缓冲转移区（2）的输入端连接，缓冲转移区（2）的输出端通过信号通道选择栅（3）分别与输出放大器（4）和信号倍增区（5）连接，输出放大器（4）的输出端与处理电路一连接，信号倍增区（5）的输出端与处理电路二连接；所述电压感应区的感应部与转移区的位置对应，电压感应区的输出端与比较电路的输入端连接，比较电路的输出端与控制电路连接，控制电路用于为转移区、缓冲转移区（2）、信号通道选择栅（3）、输出放大器（4）、信号倍增区（5）和比较电路提供驱动电平；
其特征在于：所述控制方法包括：所述水平转移区、转移区和缓冲转移区（2）形成转移通道；
1）当CCD光敏区输出光生电荷时，光生电荷通过水平转移区转移至转移区；
2）光生电荷进入转移区后，转移区继续将光生电荷转移至缓冲转移区（2），在此过程中，电压感应区就会感应到光生电荷并生成相应的感应电平，电压感应区将感应电平输出至比较电路；
3）比较电路根据感应电平大小生成相应的控制信号，并将控制信号输出至控制电路；
4）控制电路根据控制信号向信号通道选择栅（3）输出相应的控制电平，信号通道选择栅（3）在控制电平的驱动下将缓冲转移区（2）与输出放大器（4）或信号倍增区（5）选通，光生电荷通过输出放大器（4）或信号倍增区（5）处理后，输出至处理电路一或处理电路二；
步骤2）、3）、4）的过程中，CCD光敏区输出的光生电荷在转移通道内不间断地持续转移，光生电荷在缓冲转移区（2）内转移时所消耗的时间用于为步骤2）、3）、4）的操作提供缓冲时间。
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