Hình 2.18. Mạch điều khiển và chuyển đổi A/D
Hai giai đoạn tương tự cuối cùng trong hệ thống hình ảnh CCD này là chuyển đổi tương tự sang số và mạch điều khiển của nó. Mạch này cũng có thể được sử dụng để làm cho nhịp cuối cùng hoặc bù đắp điều chỉnh các tín hiệu để phù hợp với
44
phạm vi đầu vào tối đa của bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi trong hoạt động ảnh thường có một loạt các đầu vào nhỏ hơn nhiều ví dụ 1V. Một lý do cho điều này là một loạt 10V đầu vào sẽ yêu cầu dẫn động bộ khuếch đại nhanh hơn mười lần cho một khoảng thời gian cố định. Mặt khác phạm vi 1V đầu vào hạn chế đặt ra giới hạn chặt chẽ hơn về tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và nhà thiết kế luôn luôn phấn đấu để tối ưu hóa các tín hiệu đến toàn thang đo.
Hình 2.19. Chuyển mạch khuếch đại
Khi cường độ tín hiệu trở nên nhỏ hơn, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu giảm. Tín hiệu nhỏ có thể cần phải đạt được để giữ SNR ở mức cần thiết. Tất nhiên nhiều kỹ thuật của việc thực hiện tăng có sẵn. Bên cạnh mức liên tục điều chỉnh các biểu diễn bởi tín hiệu AGCs cũng có thể được điều chỉnh trong các bước tăng rời rạc.
Một ví dụ mạch chuyển mạch giữa hai tăng cố định khác nhau được đưa ra ở đây. Các thành phần chính trong mạch này là op amp chuyển hoặc SWOP AMP , OPA678. Các OPA678 là một op amp băng rộng (200MHz) với hai đầu vào khác biệt độc lập. Hoặc là một trong những yếu tố đầu vào có thể được lựa chọn bởi các TTL hoặc kênh logic của ECL chọn pin mà chỉ mất 4ns. Thời gian giải quyết đến 0,01 % cho một bước 1V mất khoảng 30ns. Do đó mức tăng có thể được chuyển giữa các kênh A và kênh B ngay sau khi một tín hiệu yếu đã được phát hiện. Để tối
45
ưu hóa đáp ứng tần số một tụ điện CC bù ở bên ngoài trong khoảng 1 đến 4pF được sử dụng.
Hình 2.20. Mạch khuếch đại Op amps tốc độ cao
Các mạch điều khiển cho các chuyển đổi A/D có thể được cấu hình cho việc điều chỉnh bù đắp tăng thức. Bởi vì op amps tốc độ cao thường không có bù đắp điều chỉnh khả năng trực tiếp trên các vi mạch, thiết kế được yêu cầu thực hiện các mức độ thích hợp chuyển ra bên ngoài.
Trên đây là hai mạch chuyển mức nghịch đảo. Trong hình bên trái một dòng được chuyển thông qua R1. Mặc dù đó là một phương pháp đơn giản nó có bất lợi của một tăng tiếng ồn tăng lên do R3 và kháng chiết áp. Nếu R3 có thể được thực hiện lớn hơn nhiều so với R1 và R2 thì sự gia tăng nhiễu có thể được hạn chế. Các mạch bên phải tránh vấn đề tăng nhiễu này. Ở đây điện áp bù đắp được thêm vào tín hiệu thông qua các đầu vào không đảo, tuy nhiên một điện trở R4 là cần thiết. Những nhiễu hiện nay của các đầu vào không nghịch đảo tạo cùng với R4 một nguồn nhiễu ngoài R4 chính nó. Để giảm nhiễu này R4 có thể được bỏ qua với một tụ điện mắc song song .
46
Hình 2.21. Op Amps tốc độ cao
Mạch này cho thấy các chương trình cấp độ chuyển dịch cho các cấu hình op amp không nghịch đảo. Tương tự như các mạch đầu tiên, nó cho biết thêm một hiện đến ngã ba tổng hợp. Điều này làm việc tốt cho một phạm vi điều chỉnh nhỏ, khi R3 có thể có một giá trị cao hơn nhiều so với R1. Bởi vì việc điều chỉnh bù đắp là song song với R1 nó ảnh hưởng đến sự tăng tín hiệu. Ví dụ nếu R3 cộng với sức đề kháng chiết là cao hơn so với R1 100 lần, độ lợi tín hiệu đạt được sẽ được thay đổi bằng khoảng 1%. Một thực tế phổ biến là đặt chiết áp giữa hai đường ray cung cấp. Những bất lợi của điều này có thể dễ dàng nhìn thấy, sự thay đổi về các nguồn cung cấp điện sẽ có hiệu quả ngay cho các tín hiệu.
Cảm biến CCD phù hợp cho một loạt các ứng dụng công nghiệp và thương mại. Ví dụ CCD được chủ yếu sử dụng trong các sản phẩm thương mại như máy quay phim, máy fax hoặc máy quét tài liệu. Ở đây, các yêu cầu được tập trung chủ yếu vào giá của việc sử dụng một chuyển đổi A/D với độ phân giải 8 đến 12bit. Bộ chuyển đổi tương tự sang số thích hợp cho phân khúc thị trường này là các gia đình ADS8xx, cung cấp tốc độ và độ phân giải khác nhau. Các ADS8xxs IC nguyên khối bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết đường ống cho phép tốc độ đồng hồ nhanh. Được xây dựng trên một quá trình CMOS 0.6 m họ đến trong một gói SOIC 28-pin
47
nhỏ. Trong phần sau "High Speed A/D Converter" chúng ta sẽ có một cái nhìn gần hơn vào công nghệ đường ống dẫn và mạch điều khiển của nó. Ứng dụng khoa học, y tế thường cần độ phân giải cao hơn. Sử dụng các mảng CCD lớn hơn để thu thập thêm ánh sáng mà chúng thường hoạt động với thời gian hoạt động lâu hơn. Điều này có nghĩa là tỷ lệ thông lượng của bộ chuyển đổi A/D không cần phải là cao. Trong phân khúc này, bộ chuyển đổi với hơn 12 bit độ phân giải có vị trí của mình. Converters như ADC614 (14-bit) hoặc ADC701 (16-bit) có thể được sử dụng ở đây.