Uniformità
 CCD - Charge Coupled Devices  Trasferimento di carica

Procedure di lettura

Una volta che la carica (relativa ad un singolo pixel o ad una somma di pixel) sia stata portata al registro di lettura, é quindi depositata sul gate del FET di output. Questo ha una capacità associata e quindi un cambiamento di voltaggio accade (V=Q/C): quanto più piccola é la capacità, tanto maggiore é il valore del voltaggio ottenuto per una determinata carica. Ad esempio una capacità di 0.1 pF ed un elettrone corrispondono a 1.6 $\mu$V.

Il rumore del sistema dovrebbe essere determinato unicamente dalle prestazioni del transistor di uscita e non dovrebbero essere degradate significativamente da altre parti elettroniche. Tutti i transistor hanno una sorgente interna di rumore che può essere considerata equivalente ad un voltaggio in ingresso. Conoscendo la capacità, possiamo considerare questo voltaggio come equivalente ad un livello di carica in elettroni rms. Il rumore complessivo dovuto allo stadio di uscita viene chiamato ``rumore di lettura'' (readout noise): é sempre presente , anche in assenza di un qualsiasi segnale, e rappresenta il minimo assoluto nelle prestazioni in rumore del sistema.
 

Per ripristinare il livello di lettura fra il trasferimento della carica relativa ad un pixel ed il trasferimento successivo, normalmente la capacità su cui é integrata la carica viene ricaricata ad un potenziale fisso. Questa operazione introduce un termine aggiuntivo di rumore che, se non opportunamente controllato, può diventare dominante. L'incertezza nel ripristino e' $\propto (kTC)^{\frac{1}{2}}$.

Un'altra componente del rumore di lettura é il rumore a bassa frequenza ed ampia banda, che a basse frequenze aumente come $\frac{1}{f}$ (e che spesso cosí é chiamato).
 

 
 

Un esempio per minimizzare queste componenti di rumore comprende un amplificatore a basso rumore A1 che amplifica il segnale dalla sorgenmte del transistor di uscita. L'amplificatore A4 é un integratore.É connesso ad A3 per un tempo fissato e quindi viene connesso a terra quando la carica viene trasferita alla capacità di uscita. Quindi l'integratore viene connesso ad A2 dopo il trasferimento di carica, per la lettura. Dato che A2 ed A3 hanno polarità opposte, questo metodo consente di misurare accuratamente la differenza di segnale presente all'uscita dell'amplificatore A1 immediatamente prima e dopo il trasferimento di carica di un pixel. Questa tecnica é conosciuta come campionamento a doppia correlazione e risulta efficace nella soppressione del rumore $(kTC)^{\frac{1}{2}}$, delle componenti di bassa frequenza più lente del tempo di porcessamento del segnale (diecine di $\mu$s) e più veloci del singolo tempo di integrazione (5-30 $\mu$s). Quindi il segnale amplificato viene fornito ad un veloce convertitore analogico digitale (ADC).
 

 
 

Possiamo individuare tre regimi di variazione del rumore di un CCD:

• a bassi livelli di segnale, domina il rumore di lettura, che rimane costante
• aumentando il livello di segnale, domina lo ``shot noise'' del segnale di carica (che si somma quadraticamente), con una dipendenza proporzionale alla radice quadrata del numero di elettroni
• per segnali di livello ancora più alto, il rumore crescerà più lentamente rispetto al segnale - può essere dovuto a non linearità che si manifestano in vicinanza al livello di saturazione.

5/20/1998