在CCD中,有效地收集和檢測電荷是一個(gè)重要問題。CCD的重要特性之一是信號電荷在轉(zhuǎn)移過程中與時(shí)鐘脈沖沒有任何電容耦合,而在輸出端則不可避免。因此,選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲭娐罚M可有地減小時(shí)鐘脈沖對輸出信號的容性干擾。的CCD輸出電荷信號的方式主要是稱為電流輸出方式的電路。
電流輸出方式的電路是由檢測二極管、二極管的偏置電阻R、源極輸出放大器和復(fù)位場效應(yīng)晶體管VR等單元構(gòu)成。信號電荷在轉(zhuǎn)移脈沖CR1、CR2的驅(qū)動(dòng)下向右轉(zhuǎn)移到最末一級轉(zhuǎn)移電極下的勢,當(dāng)CR2上的電壓由高變低時(shí),由于勢阱的提高,信號的電荷將通過輸出柵下的勢阱進(jìn)入反向偏置的二極管中。由電源UD、電阻R、襯底P和N區(qū)構(gòu)成的輸出二極管中的電荷,將產(chǎn)生電流的大小與注入二極管中的信號電荷成正比,而與R成反比。電阻R是制作在CCD器件內(nèi)部的固定電阻,阻值為常數(shù)。所以,輸出電流ID與注入二極管中的電荷量Q成線性關(guān)系。
復(fù)位場效應(yīng)晶體客VR用于檢測二極管的深勢阱進(jìn)行復(fù)位。它的主要作用是在一個(gè)讀出周期中,注入輸出二極管深勢阱中的信號電荷通過偏置電阻放電,偏置電阻太小中,信號電荷很容易被放掉,輸出信號的持續(xù)時(shí)間很短,不利于檢測。增大偏置電阻可以使輸出信號獲得較長的持續(xù)時(shí)間,在轉(zhuǎn)移脈沖CR1的周期內(nèi),信號電荷被卸放掉的數(shù)量不大,有利于對信號的檢測。但是,在下一個(gè)信號到來時(shí),沒有卸放掉的電荷勢 必與新轉(zhuǎn)移來的電荷疊加,破壞后面的信號。為此,引入復(fù)位場效應(yīng)晶體管VR,使沒有來得及被卸放掉的信號電荷通過復(fù)位場效應(yīng)晶體管卸放掉。復(fù)位場效應(yīng)晶體管在復(fù)位脈沖的RS的作用下使復(fù)位場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通,它導(dǎo)通的動(dòng)態(tài)電阻遠(yuǎn)小于偏置電阻的阻值,以便使輸出二極管中的剩余電荷通過復(fù)位場效應(yīng)晶體管流入電源,的電位恢復(fù)到起始的高電平,為接受新的信號電荷做好準(zhǔn)備。 |