Detailed modeling of the video signal and optimal readout of charge-coupled devices

This article provides a practical design methodology to calculate an optimal filter for noise reduction in the readout of charge-coupled devices (CCDs) taking into account the charge transfer and feedthroughs due to capacitive coupling in the CCD. A detailed analysis of the dynamics of the video signal and charge transfer is presented, including the circuital modeling of the output stage of the CCD and the dynamics of the electronics in the video chain before the analog-to-digital (AD) converter. This model is used to compute an optimal filter that minimizes the variance of the pixel noise and uses the samples of the charge transfer, before the charge is fully settled. This is necessary to enhance the performance of previous results that also use optimal filters but do not use the transition samples, while also reducing the pixel readout time, resulting in faster readouts. As a proof of concept for the optimal filter, we present novel experimental results using a Skipper CCD, which has a floating sense node that allows to measure the charge packet an arbitrary number of times. However, this technique can be applied to any CCD that has a readout system that digitally samples the video signal.     

感应同步器,光栅和磁栅兼容的数显表的研究

文章从感应同步器、光栅和磁栅的工作原理出发,分析了它们的共性和差异,利用当代的微电子技术和计算机技术,给出实现感应同步器、光栅和磁栅兼容的数显表的基本方法。     

基于VME总线的嵌入式Linux应用的研究

介绍了在高能物理实验的数据获取读出系统中应用嵌入式Linux的可行性分析与关键技术。首先介绍测试系统的硬件平台与软件框架。重点介绍在读出系统中实现嵌入式Linux应用的关键技术—寄存器读写、CBLT传输、中断处理、多线程技术、cache相关的处理等。系统开发基于VME总线,通过修改Linux内核与vme_universe驱动,解决了开发过程中的相关问题。最后给出系统测试运行结果,基于Linux的读出系统已经可以配合在线软件较为稳定地运行,系统性能达到预期效果,验证了在高能物理实验中采用基于Linux的读出系统的可行性。     

适用于辐射加工的谷氨酰胺晶溶发光剂量计及其BPLL型测量装置

本文介绍了我们实验室研制的BPLL型晶溶发光剂量计的测量装置。本装置采用直流电流积分法。选用GDB-52型光电倍增管做光探测器,使用NWF-02A型微电流放大器和电压—频率转换器。装置的灵敏度可进行调节,对于剂量测量,八小时的稳定性是令人满意的。48个测量数据的平均值的标准偏差为±0.4％。在此装置上对适用于辐射加工的谷氨酰胺晶溶发光剂量计的剂量学特性进行了研究。谷氨酰胶的剂量响应线性范围为10~2～10~4Gy。论述了溶剂的温度、样品的质量对光产额的影响以及射线照射后的存贮效应。     

线列探测器推扫成像中的锯齿拖影研究

在一种基于InGaAs材料的短波红外线列探测器中,光敏元呈品字形排列。在使用该探测器进行推扫成像时,图像中发现了锯齿状的拖影。这种拖影的出现降低了图像的质量。研究发现,串扰是锯齿拖影的成因,而串扰有多种来源,如探测器光敏元的光串或电串、电路的带宽不够等等。为了确定串扰的真正来源,进行了基于平行光管的单光点实验。实验观察了探测器对单光点的响应,实验结果表明这种锯齿拖影是探测器读出电路的带宽不够造成的。在改进了探测器读出电路的性能后,消除了图像中的锯齿拖影。     

二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计

针对非制冷红外技术的低成本高性能应用,提出了基于SOI的二极管红外探测器及其读出电路的集成设计方案。阐述了二极管非制冷红外探测器的基本原理和工艺实现。对探测器的电学特性进行理论推导,得出读出电路的设计指标。采用连续时间自稳零电路结构实现探测器输出信号的低噪声低失调放大,采用级联滤波器以减弱开关非理想因素的影响,并采用片内电容采样保持,使得I/O引脚数较少,从而减小版图面积。采用spectre工具进行仿真,在CSMC 0.5 m 2P3M CMOS工艺下实现。结果表明:读出电路性能良好,闭环增益为65.8 dB,等效输入噪声谱密度为450 nV/Hz,等效输入失调电压100 V以内,功耗为5 mW,能实现探测器信号的准确读出。     

CCD读出电路中数字补偿式一阶模拟滤波器设计

CCD读出电路中低通滤波器在改善系统输出信噪比的同时,不可避免地会产生像素串扰,造成信息畸变.本文针对CCD读出电路中像素串扰造成的信息畸变问题进行理论分析,推导出信息畸变度与一阶低通模拟滤波器截止频率的关系.并针对视频模拟滤波电路中高阶滤波器的实现困难,提出一种数字补偿式一阶低通模拟滤波器的设计方法,该方法根据本文对信息畸变理论的分析,采用一阶低通滤波器,在满足信息畸变度的前提下,极大降低系统截止频率,达到了应用系统的带宽要求,从而可以在应用系统设计中以一阶滤波器替代高阶滤波器.并设计实验进行验证,证明了该方法的正确性与有效性.     

CMOS成像器件性能测试方法的研究

针对CMOS成像器件结构的特殊性,发展并提出了像元光子转移技术法测量增益和读出噪声。同时对CMOS器件的线性度、满阱电荷、暗流、不均匀性和量子效率等性能的测试方法进行了研究。最后基于2k×2kCMOS芯片进行了性能测试实验,实验结果也验证了该测试方法的可行性和可靠性。     

Analysis of fluorescence effects in a position-sensitive gas detector using a time-stamp time-to-digital converter

A position-sensitive gas proportional detector with delay line readout was used with the prototype of a time-stamp time-to-digital converter (TS-TDC). The distribution of simultaneous events in the detector upon irradiation by a ⁵⁵Fe source and synchrotron radiation was analysed as well as the influence of fluorescence on the point-spread function. It is shown that the additional information obtained with the TS-TDC can be used to reduce the distortions caused by fluorescence.     

640×512焦平面读出电路设计

介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵列的驱动能力;数字控制部分着重分析了对行选、列选、翻转读出、随机开窗、隔行扫描、多路选择输出等功能的实现方式。设计基于0.5μm DPTM工艺进行仿真验证,采样单元面积为25μm×25μm,工作频率为5MHz,芯片面积为18.1mm×17.4mm,输出摆幅大于2.5V,动态范围大于70dB。