CCD片上讀出電路及其控制方法與流程

本發明涉及一種CCD讀出電路，尤其涉及一種CCD片上讀出電路及其控制方法。

背景技術：

電荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device）是一種應用十分廣泛的微型圖像傳感器；基于現有知識可知，電子倍增CCD由于具備電子倍增功能，特別適合于弱光環境下的成像，但若將其用于強光環境，則電子倍增功能反而會導致其無法正常成像，因此，現有技術中不存在能夠兼容弱光環境和強光環境的CCD。

技術實現要素：

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種CCD片上讀出電路，其創新在于：所述CCD片上讀出電路由浮置柵放大器、緩沖轉移區、信號通道選擇柵、輸出放大器、信號倍增區、比較電路和控制電路組成；

所述浮置柵放大器由轉移區和電壓感應區組成；所述轉移區的輸入端與CCD的水平轉移區的輸出端連接，轉移區的輸出端與緩沖轉移區的輸入端連接，緩沖轉移區的輸出端通過信號通道選擇柵分別與輸出放大器和信號倍增區連接，輸出放大器的輸出端與處理電路一連接，信號倍增區的輸出端與處理電路二連接；所述電壓感應區的感應部與轉移區的位置對應，電壓感應區的輸出端與比較電路的輸入端連接，比較電路的輸出端與控制電路連接，控制電路用于為轉移區、緩沖轉移區、信號通道選擇柵、輸出放大器、信號倍增區和比較電路提供驅動電平。

本發明的原理是：浮置柵放大器是一種CCD技術中常見的放大器類型，基于現有理論可知，當信號電荷在浮置柵放大器的溝道（也即本發明所定義的轉移區）中轉移時，浮置柵（也即本發明所定義的電壓感應區）可以感應出鏡像電荷，也即浮置柵放大器可以在不破壞信號電荷的條件下感應到信號電荷的大小，現有技術利用浮置柵放大器的前述性質來實現信號檢測和放大；在本發明中，發明人將浮置柵放大器作為一種“檢測裝置”，通過浮置柵放大器來檢測信號電荷的電平狀態（電平的大小與信號電荷的電子數成正比），當CCD工作于弱光環境時，其光敏區輸出的信號電荷的電子數較少，相應的，浮置柵放大器感應到的電平也較低，通過比較電路對電平大小進行判斷后，控制電路就能根據比較電路的輸出信號控制信號通道選擇柵的動作，使緩沖轉移區與信號倍增區選通，當CCD工作于強光環境時，其光敏區輸出的信號電荷的電子數較多，相應的，浮置柵放大器感應到的電平也較高，經比較電路和控制電路的處理后，信號通道選擇柵就能將緩沖轉移區與輸出放大器選通，通過這種工作機制，就能使CCD片上讀出電路具備信號大小識別功能，進而使CCD片上讀出電路能夠在不破壞信號電荷的條件下，將信號電荷選擇性地輸出到輸出放大器或信號倍增區進行相應的處理，最終使得CCD既能工作于弱光環境又能工作于強光環境，大大的增強了CCD的功能，其技術價值不言而喻，并且，本發明中的各個組成部分，如果獨立的看，他們均是CCD技術中的常用功能，直接利用現有的CCD工藝就能實現，幾乎不存在工藝難度，本領域技術人員完全有能力實現本發明，至于其中涉及到的具體的技術參數，在本發明揭示了前述工作原理后，本領域技術人員可根據試驗并結合實際應用環境合理確定，因此，雖然本發明未示明具體的技術參數，但并不影響本發明公開的充分性。

基于前述物理方案，本發明還提出了一種CCD片上讀出電路控制方法，該方法所依賴的物理構成如前所述，具體的控制方法為：所述水平轉移區、轉移區和緩沖轉移區（緩沖轉移區由常見的轉移柵所構成，緩沖轉移區的長度，可根據控制動作所需時間合理確定）形成轉移通道；

1）當CCD光敏區輸出光生電荷時，光生電荷通過水平轉移區轉移至轉移區；

2）光生電荷進入轉移區后，轉移區繼續將光生電荷轉移至緩沖轉移區，在此過程中，電壓感應區就會感應到光生電荷并生成相應的感應電平，電壓感應區將感應電平輸出至比較電路；

3）比較電路（電壓比較電路是電氣領域中十分常見的電路類型，具體實施時，本領域技術人員可擇優采用）根據感應電平大小生成相應的控制信號，并將控制信號輸出至控制電路；

4）控制電路根據控制信號向信號通道選擇柵輸出相應的控制電平，信號通道選擇柵在控制電平的驅動下將緩沖轉移區與輸出放大器或信號倍增區選通，光生電荷通過輸出放大器或信號倍增區處理后，輸出至處理電路一或處理電路二；處理電路一用于對正常的非電子倍增信號進行處理，處理電路二用于對電子倍增信號進行處理；

步驟2）、3）、4）的過程中，CCD光敏區輸出的光生電荷在轉移通道內不間斷地持續轉移，光生電荷在緩沖轉移區內轉移時所消耗的時間用于為步驟2）、3）、4）的操作提供緩沖時間。眾所周知地，CCD及其片上讀出電路需要配合相應的控制時序才能實現其功能，本發明雖然改變了CCD片上讀出電路的功能，但考慮到時序設計是本領域技術人員所應該掌握的基本技能，以及考慮到本發明已經清楚地示明了本發明的工作原理和時序設計存在難以窮舉的問題，故本發明未對工作時序問題作進一步介紹，本領域技術人員可根據實際情況，合理設計。

本發明的有益技術效果是：提出了一種CCD片上讀出電路及其控制方法，得益于該CCD片上讀出電路，使CCD既能工作于弱光環境又能工作于強光環境，大大的增強了CCD的功能。

附圖說明

圖1、本發明的原理示意圖；

圖2、本發明的一種優選實施方式示意圖；

圖中各個標記所對應的名稱分別為：浮置柵放大器1、緩沖轉移區2、信號通道選擇柵3、輸出放大器4、信號倍增區5、光敏區6、水平轉移區7、用于實現電壓感應區的浮置柵1-1、用于實現轉移區的多條轉移柵1-2。

具體實施方式

一種CCD片上讀出電路，其創新在于：所述CCD片上讀出電路由浮置柵放大器1、緩沖轉移區2、信號通道選擇柵3、輸出放大器4、信號倍增區5、比較電路和控制電路組成；

所述浮置柵放大器1由轉移區和電壓感應區組成；所述轉移區的輸入端與CCD的水平轉移區的輸出端連接，轉移區的輸出端與緩沖轉移區2的輸入端連接，緩沖轉移區2的輸出端通過信號通道選擇柵3分別與輸出放大器4和信號倍增區5連接，輸出放大器4的輸出端與處理電路一連接，信號倍增區5的輸出端與處理電路二連接；所述電壓感應區的感應部與轉移區的位置對應，電壓感應區的輸出端與比較電路的輸入端連接，比較電路的輸出端與控制電路連接，控制電路用于為轉移區、緩沖轉移區2、信號通道選擇柵3、輸出放大器4、信號倍增區5和比較電路提供驅動電平。

一種CCD片上讀出電路控制方法，所述CCD片上讀出電路由浮置柵放大器1、緩沖轉移區2、信號通道選擇柵3、輸出放大器4、信號倍增區5、比較電路和控制電路組成；

所述浮置柵放大器1由轉移區和電壓感應區組成；所述轉移區的輸入端與CCD的水平轉移區的輸出端連接，轉移區的輸出端與緩沖轉移區2的輸入端連接，緩沖轉移區2的輸出端通過信號通道選擇柵3分別與輸出放大器4和信號倍增區5連接，輸出放大器4的輸出端與處理電路一連接，信號倍增區5的輸出端與處理電路二連接；所述電壓感應區的感應部與轉移區的位置對應，電壓感應區的輸出端與比較電路的輸入端連接，比較電路的輸出端與控制電路連接，控制電路用于為轉移區、緩沖轉移區2、信號通道選擇柵3、輸出放大器4、信號倍增區5和比較電路提供驅動電平；

其創新在于：所述控制方法包括：所述水平轉移區、轉移區和緩沖轉移區2形成轉移通道；

1）當CCD光敏區輸出光生電荷時，光生電荷通過水平轉移區轉移至轉移區；

2）光生電荷進入轉移區后，轉移區繼續將光生電荷轉移至緩沖轉移區2，在此過程中，電壓感應區就會感應到光生電荷并生成相應的感應電平，電壓感應區將感應電平輸出至比較電路；

3）比較電路根據感應電平大小生成相應的控制信號，并將控制信號輸出至控制電路；

4）控制電路根據控制信號向信號通道選擇柵3輸出相應的控制電平，信號通道選擇柵（3）在控制電平的驅動下將緩沖轉移區2與輸出放大器4或信號倍增區5選通，光生電荷通過輸出放大器4或信號倍增區5處理后，輸出至處理電路一或處理電路二；

步驟2）、3）、4）的過程中，CCD光敏區輸出的光生電荷在轉移通道內不間斷地持續轉移，光生電荷在緩沖轉移區2內轉移時所消耗的時間用于為步驟2）、3）、4）的操作提供緩沖時間。