Các thành phần chính của thiết lập lại nhiễu đến từ các tụ CS và chuyển đổi (SW), đại diện cho trở kháng trên , RON. Tụ điện thường được coi như là các thiết bị không nhiễu. Trong trường hợp hệ thống lấy mẫu, tuy nhiên chúng thể hiện một nhiễu lý thuyết vì các tụ điện thiết lập lại định kỳ. Điện trở hữu hạn của công tắc có liên quan đến nhiễu nhiệt. Nhiễu này được chuyển sang cho các tụ điện khi công tắc mở. Nếu các điện trở RON được làm nhỏ hơn, nhiễu của nó sẽ giảm, nhưng băng thông RC sẽ tăng cùng một lúc. Nhiễu có thể được tính như sau:
Nhiễu nhiệt của một điện trở được cho bởi: en = (Vrms). Trong đó :
k = hằng số Boltzmann = 1,38054 E -23
T = nhiệt độ tuyệt đối trong Kelvin, (298oK=+25oC) R = Điện trở của switch (Ω)
B = Băng thông nhiễu (Hz)
Kể từ khi mô hình CCD có một phản ứng đơn cực, B là -3dB lần băng thông π/2, sẽ được gọi là NBW chỉ băng thông nhiễu cho một phản ứng cực duy nhất. Vì thế:
NBW = 1/(2πRC) • π /2 = 1/(4RC)
Sử dụng một ví dụ liên quan đến CCD: CS = 0.1pF, RON = 2kΩ Băng thông nhiễu sẽ là: NBW = 1.25GHz
Nhiễu reset là: Enr = 0.203mVrms
Tính ra thấp nhất, một điện tử (e- = 1,6 E-19A-sec), nhiễu thiết lập lại liên quan đến 126e- phí. Với biên độ tín hiệu video tối đa khoảng 0.3V (187500e-), tỷ lệ tín hiệu nhiễu sẽ là 1500 hoặc 63dB. Phạm vi giao động là khoảng 11,5 bit. Nhiễu trắng hoặc nhiễu nhiệt hiện diện trong bất kỳ điện trở hoặc dây dẫn. Nhiễu điện áp rms tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nhiệt độ T , băng thông B và sức đề kháng R được cho bởi phương trình enw = . Các kháng đầu ra điển hình của CCD, trong đó bao gồm các điện trở tải bên ngoài, là trong phạm vi 200Ω đến 20kΩ. Các trở kháng đầu ra của giai đoạn đầu ra CCD (RO) được hình thành bởi các điện trở tải (RL) và điện trở kênh của MOSFET đầu ra.
2.2.3 Tín hiệu đầu ra CCD
Hình 2.7. Tín hiệu đầu ra CCD
Đây là một dạng sóng điện áp đầu ra điển hình từ một yếu tố CCD. Các tín hiệu có thể được mô tả bằng năm đặc điểm: Thiết lập feedthrough, thiết lập mức, các biên độ tín hiệu, chu trình điểm ảnh và chiều rộng thực tế điểm ảnh.
Như đã đề cập trước đây, tín hiệu CCD đây không phải là một dạng sóng hình sin liên tục, mà là một chuỗi các mức DC bước.
Trình tự cho một điểm ảnh là như sau:
• Thiết lập lại feedthrough: Đây có thể là một xung tương đối lớn, như là kết quả của các khớp nối điện dung qua FET.
• Thiết lập lại mức: Chiều tụ điện sẽ được tính vào điện áp đặt lại cuối cùng này. Mức này có thể khoảng + 10V hoặc nhiều hơn, tạo ra các yêu cầu đối với một tụ điện DC tách ở đầu ra của phần tử CCD.
• Mức điểm ảnh: Sau thời gian thiết lập lại, các điểm ảnh được chuyển giao. Biên độ tương ứng đại diện cho mức độ ánh sáng tới của các điểm ảnh xử lý. Bởi vì điện tích electron (điện tử) các tín hiệu đầu ra CCD vốn dĩ là đơn cực. Tỉ lệ điểm ảnh CCD điển hình có thể thay đổi giữa 1Mpixel/giây tới 20Mpixel/giây tùy vào ứng dụng.