Application of Correlated Double Sampling in Space TDICCD Camera

As a sampling technique for CCD output video signal, the correlated double sampling(CDS) technique is described as well as the filtering effects of the CDS technique on the output noise of CCD including the reset noise of CCD, the white noise of output amplifier and 1/f noise. From real application of CDS device——TH7982A, it is concluded that the output signal-to-noise ratio of 50dB for CCD signal can be obtained.

高光谱应用的带可调复位时间CDS的低噪声红外焦平面读出电路

低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路(ROIC)提出了低噪声的设计要求。相关双采样(CDS)是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15μm像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS(AICDS),所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔,噪声电子数可以由39 e^(-)减少到18.3 e^(-)。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能,因此可以广泛应用。

边积分边读出低噪声红外焦平面读出电路研究

设计了一款低噪声InGaAs焦平面读出电路.提出一种新型相关双采样电路结构,可在边积分边读出模式下有效抑制积分电容(0.15 pF)的KTC噪声.电路经0.5μm 5 V Nwell CMOS工艺流片,测试结果符合设计目标,在高帧频边积分边读出模式下工作状态良好,电路噪声约1.7×10-4 V,动态范围大于80 dB.

CCD图像传感器降噪技术的研究

根据 CCD输出噪声的特点 ,CCD视频处理电路的目的是消除 KTC噪声 ,抑制低频噪声和宽带白噪声。文中分析了三种抑制噪声的方法 ,相关双采样法、双斜积分法、开关指数滤波法。这三种方法都是在一象素周期内进行前后两次采样 (或积分 ) ,系统的输出为两次采样之差 ,从而获得视频信号。文中不仅介绍它们的工作原理、推导噪声传输函数 ,而且详细分析各自的特性。

相关双采样技术在航天相机中的应用研究

针对时间延时积分电荷耦合器件的视频处理电路,介绍了一种有效抑制噪声的技术——相关双采样技术;讨论了相关双采样技术的工作原理及其对时间延时积分电荷耦合器件读出噪声的滤除作用。实际中,采用一种新的相关双采样器件设计电路,并经过试验验证。通过采用该技术,使时间延时积分电荷耦合器件输出视频信号的信噪比S/N高达50dB。

基于线阵CCD的光斑定位电路系统设计

针对仪器设计和试验过程中光斑定位目的的需求,设计了基于线阵CCD的驱动和信号处理电路系统。选用TCD1703C线阵CCD作为位置传感器,分析了TCD1703C的驱动时序要求,介绍了使用CPLD产生驱动方法和过程。在信号处理部分,介绍了高性能模拟前端处理芯片AD9845A的工作原理和采用相关双采样进行信号采集的方法,给出了输出信号的传输和存储方法。在狭缝宽度测量和波长定位中进行了验证。结果显示:线阵CCD电路系统可满足光斑定位的需求,狭缝的测量不确定度小于1.0×10-2,波长定位的精度为0.5 nm。

TDI CCD成像系统的研究

采用IL E2TDICCD作为传感器 ,与计算机构成了成像系统 ,并在计算机CRT上显示出图像。解决了CCD的时序电路及功率驱动电路设计问题。采用相关双采样技术滤除CCD输出信号复位噪声 ,提高了视频信号的信噪比。CCD的数据传送速度达到 10MHz ,行扫描速度达到 3.5kHz。

消除CMOS读出电路噪声方法研究

对红外焦平面阵列CMOS读出电路中几种常见的噪声及其抑制技术进行了分析和讨论,重点研究了消除读出电路噪声的新方法———双复位法。该方法克服了以往相关双取样的缺点,没有增加电路功耗和硅集成电路的复杂程度,只要电容参数选择合理,理论上能完全消除KTC噪声,而且对1/f噪声也起到抑制作用。

一种高性能X射线CMOS图像传感器的研究

研制了一种采用电流镜积分读出电路和相关双采样电路的X射线CMOS图像传感器(NEW-X-IS),传感器像元由采用CMOS工艺的光电二极管实现,光电二极管产生的光电流通过电流镜放大后在像元外的电容上积分,经相关双采样电路抑制噪声后,由CMOS移位寄存器和多路开关电路输出视频信号。对采用2μm CMOS工艺研制的64位实验线阵进行参数测试,结果表明NEW-X-IS具有较小的非均匀性、较低的暗噪声、较大的单位面积响应度、较高的输出电压和较宽的动态范围。将其应用于一个实验系统中,得到了不同密度、不同尺寸材料的视频信号波形。

CTIA型读出电路的噪声抑制

分析和讨论了红外焦平面阵列CMOS读出电路中几种常见的噪声及其抑制技术,对电容反馈互导放大器(CTIA)型红外焦平面读出电路,给出了噪声抑制的仿真结果。

用于单片集成热真空传感器的Σ-Δ调制器设计

设计了一款适用于集成热真空传感器的二阶1位Σ-Δ调制器。该调制器采用前馈通道抑制积分器的输出摆幅、降低谐波失真、提高动态范围。为了降低运算放大器的1/f噪声,积分器中引入相关双采样电路。利用Matlab/Simulink,分析运算放大器的非理想性对调制器性能的影响。调制器由全差分开关电容电路实现。仿真结果表明:在4 MHz采样频率和6.8 kHz信号输入频率-3、dBFS幅值下,电路的最大信噪比为86.9 dB,分辨率可达14位。调制器的有效面积为0.67 mm2。3 V电源电压供电时,功耗为12 mW,各项性能指标均满足设计要求。

基于Σ-Δ采样的双回路PI电流环带宽拓展策略

针对永磁同步电机(PMSM)采用Σ-Δ采样法引入延迟导致电流响应存在较大超调、系统动态性能差的问题,在同步旋转d,q坐标系下的电流解耦控制基础上,分析并配置Sinc3滤波器获取高精度反馈电流,并在原有比例积分(PI)控制研究基础上,分析电流采样及占空比更新方式产生的环路延迟对带宽性能的影响,提出了改进PI控制环路结构及硬件实现时序的方法。该方法考虑PI算法特性及Sinc3滤波解调特点,通过设计抽取率不同的双采样通道,结合即时采样即时更新策略,设计电流环时序图并在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。仿真及实验结果表明,提出的电流环控制结构能在不改变开关频率的前提下拓展带宽3倍以上,大幅提升交流伺服系统控制性能,满足高性能应用场合需求。

CCD信号处理集成化方案

对比传统的CCD信号处理电路,提出了CCD信号处理集成化方案。简述了传统的CCD信号处理电路工作原理,介绍了其基本功能。根据CCD器件的工作原理,对CCD器件输出信号的特性进行了详细分析。针对CCD信号存在的复位噪声,对相关双采样电路的基本原理进行了详细介绍。传统的CCD信号处理电路一般由前置放大电路、相关双采样电路、可编程增益放大电路和AD转换电路等分立电路组成,结构复杂、调试困难、功耗紧张等缺点是显而易见的;而集成化处理方案则采用FPGA结合ADC的处理模式,集成度高、结构简单、灵活性强是不言而喻的。最后,通过一设计实例对方案进行设计验证,并对设计中应注意的一些问题进行了详细分析和总结。

A／D转换器MC14433实际应用中若干问题的探讨

本文以一个实际的多点温度采集系统为例，对双积分型Ａ／Ｄ转换器ＭＣ１４４３３在对多点温度．循环转换过程中易出现的问题进行了分析，并结合ＭＣＳ—５１单片机系统，从软件角度提出了应注意的问题．

基于双距离门逻辑判决的冲激引信信号处理方法

针对冲激引信传统的单距离门抽样积分相关检测进行门限判决的信号处理方法易造成引信在强杂波信号和有源干扰条件下误虚警的问题,提出了基于双距离门逻辑判决的冲激引信新型信号处理方法。该方法通过对传统冲激引信信号处理中的单距离门接收处理改为双取样距离门接收处理获取双路回波信号,然后利用冲激引信探测目标时,回波信号由远及近先后出现的逻辑特征进行双路回波信号能量判决及具有时序的逻辑判决。仿真和实测验证表明,基于双距离门逻辑判决的冲激引信信号处理方法可行,并具有较强抗有源干扰能力。

一种TDI CCD成像的高速视频电路的设计与实现

设计了一种TDI(时间延时积分)CCD成像的高速视频电路,阐明了系统的设计原理,重点介绍了高速驱动电路和视频处理电路设计,详细地叙述了影响TDICCD高速驱动的信号完整性因素,以及视频处理单元的低噪声设计,通过合理的电路设计与高速电路的仿真,抑制了高频驱动的噪声,采用了相关双采样(CDS)技术滤除了相关噪声,提高了图像的信噪比,并通过实验获得了15MHz的高频驱动波形及成像图片。

应用于集成传感器的高精度接口芯片设计

针对集成传感器接口信号微弱,对低频噪声敏感的特性,设计了一种高精度低失调的传感器接口芯片。采用嵌套斩波运放可编程增益放大器结构,隔离放大传感器感测到的模拟信号。ADC采用增量三阶单环单比特量化sigma-del ta调制器,积分电路运用了相关双采样技术,有效抑制了传感器接口电路的低频噪声。芯片采用0.18μm CMOS双层多晶硅五层金属工艺实现,测试结果表明,增量sigma-delta ADC的SNDR达到了90.8 d B,有效位数达到14.79位。

基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列组安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,在扫描方向上前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明,该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,能有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.

基于自偏置电流镜的CMOS红外焦平面读出电路

针对高精度红外焦平面阵列应用设计了一种具有高注入效率、大动态范围、稳定的探测器偏压、小面积和低功耗的自偏置电流镜注入CMOS读出电路。所设计的电路结构包括一种由自偏置的宽摆幅PMOS共源共栅电流镜和NMOS电流镜构成的反馈结构读出单元电路和相关双采样电路。对所设计电路采用Chartered 0.35μm CMOS工艺进行了流片。测试结果显示：电路线性度达到了99%,探测器两端偏压小于1 mV。电路输入阻抗近似为0,单元电路面积为10μm×15μm,功耗小于0.4μW。电量存储能力3 108电子。测试结果表明：电路功能和性能都达到了设计要求。

一种变阈值二值化CCD像元细分技术研究

根据CCD的工作原理分析了线阵CCD的像元细分技术,提出了一种基于相关双采样和D/A转换的变阈值二值化方法,结合此方法给出了一种积分时间自动调整的变阈值二值化细分电路。叙述了变阈值二值化的细分原理和积分时间自动调整的实现方法,并给出了采用此方法进行直径测量的实验结果。实验表明采用此方法的细分精度可靠性比一般的电子细分高,省去了软件细分需要的A/D转换和数据存储及运算,电路简单,成本低,具有较高的实际应用价值。