[发明专利]使用可变带通滤波器的采样系统及双相关采样方法

说明书

技术领域

本发明属于光电传感应用领域，具体涉及一种使用可变带通滤波器的采样系统及双相关采样方法。

背景技术

高质量的CCD成像器件通常被用在集成芯片的读出放大器上面，但是很容易受到读出放大器的埋沟道MOSFET所产生噪声的限制。MOSFET产生白噪声和低频噪声，这种低频噪声的频谱密度1f^x成正比，x依赖于偏置、工作温度以及所使用的结构方法，x的范围为1～2。CDS信号采集系统是在CCD的输出信号中提取像素信息、抑制所附加的噪声。已经知道像素信息(从像素中收集的一定数量的电荷)通过参考电压和信号电压的差值ΔV反映在CCD的输出上。这种测量的方法就是CDS，它能够清除由于复位过程所产生的KTC噪声。

发明内容

本发明要解决的问题是现有的双相关采样技术稳定性差，制作成本高，不能做到高速采集与有效抑制噪声并举的问题，提供一种使用可变带通滤波器的采样系统及双相关采样方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种使用可变带通滤波器的双相关采样方法，包括以下步骤：

步骤1、在参考电压时间内，利用高频HF模式把信号箝位到0V，一个PLD用于产生在读出期间的控制和同步信号；

步骤2、在控制和同步信号的电压到来之前把滤波器转换到低频LF模式，使等于ΔV的输入阶跃信号产生一个输出脉冲；

步骤3、在t=t_max时刻，滤波器的输出信号被采样、量化，随后下一个像素序列重新开始。

上述技术方案中，步骤3中在采样时，像素的读出从CCD输出极电容的复位开始。

上述技术方案中，步骤2中的ΔV的测量的方法是：

当参考电压信号被输入到滤波器时，控制带通滤波器工作在高频模式，在参考电压结束前，滤波器的输出电压将被置成0V，并且参考电压的值通过电容C₁存储。

一种使用可变带通滤波器的采样系统，依次包括：前置放大器、可变带通滤波器、A/D转换器、FET三极管；

通过控制门电压V_gs、FET三极管的偏压，可调的等效电阻R1、R2，可改变所述可变带通滤波器的频率响应。

本发明具有以下的有益效果：

本发明针对传统抑制噪声技术的局限性，提出了基于可变带通滤波器的采样系统及双相关采样方法，这种双相关采样方法较之现存的相关双采样技术具有稳定性高、制作成本低、便于与A/D转换器连接等优点。这是对抑制CCD的输出噪声进行的一次有益尝试，将对提高CCD输出信号的信噪比起到积极的促进作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明

图1为复位过程和采样时刻分析示意图。

图2为CCD浮置栅输出结构和基于带通滤波器的信号采集系统示意图。

图3为像素的读出时序示意图。

具体实施方式

本发明的发明思想为：

高质量的CCD成像器件通常被用在集成芯片的读出放大器上面，但是很容易受到读出放大器的埋沟道MOSFET所产生噪声的限制。

MOSFET产生白噪声和低频噪声，这种低频噪声的频谱密度1f^x成正比，x依赖于偏置、工作温度以及所使用的结构方法，x的范围为1～2。CDS信号采集系统是在CCD的输出信号中提取像素信息、抑制所附加的噪声。已经知道像素信息(从像素中收集的一定数量的电荷)通过参考电压和信号电压的差值ΔV反映在CCD的输出上。这种测量的方法就是CDS，它能够清除由于复位过程所产生的KTC噪声。有关灵敏度的最佳解决方法依赖于CCD输出信号的噪声谱密度和采集系统传递函数之间的匹配程度，这里提出的采样系统及双相关采样方法适用于低噪声的场合。

使用可变带通滤波器的采样系统的组成：采样系统由前置放大器、具有中心频率可变的带通滤波器、A/D转换器、FET三极管等组成，通过控制门电压V_gs、三极管的偏压，可调的等效电阻R1、R2，就可以改变滤波器的频率响应。在两种极端的情况下，FET或者深度饱和或者绝缘，带通滤波器的中心频率分别被置成最大高频HF或者最小低频LF。

使用可变带通滤波器的双相关采样方法，其基本步骤由以下实现：