Trên đây là sơ đồ khái niệm của giai đoạn đầu ra bên trong phần tử CCD. Giai đoạn này chịu trách nhiệm cho cái gọi là "phát hiện phí”. Như đã thảo luận trước đó, phí điện tử tạo ra được chuyển vào thanh ghi dịch ngang. Phí của mỗi điểm ảnh riêng biệt được điều khiển bởi bộ tạo nhịp ngang và được lưu trữ vào tụ (Cs). Một giá trị tiêu biểu cho một tụ điện như vậy là 0.1pF đến 0.5pF với V=Q/C, phí sẽ phát triển một điện áp trên tụ Cs, đại diện cho cường độ ánh sáng cho các điểm ảnh riêng biệt. Một bóng bán dẫn MOSFET cấu hình như một bộ theo nguồn đệm tụ từ nút đầu ra kết nối với điện trở tải RLOAD. Tại thời điểm này tín hiệu hình ảnh trở nên có sẵn tại VOUT cho tín hiệu tiếp tục điều chế.
Như đã chỉ ra trong hình trên, điện áp đầu ra là một loạt các điện áp bước DC. Một kỳ điểm ảnh bao gồm ba cấp độ khác nhau: (1) "thiết lập lại feedthrough", (2) "mức tham chiếu", (3) "mức độ điểm ảnh".
Một chuỗi readout bắt đầu với các thiết lập lại. Trường hợp FET-switch được đóng lại, thiết lập hướng tụ điện để điện áp tham chiếu ban đầu. Điện áp tham chiếu
28
có thể là tương đối cao lên đến +12V. Việc đóng cửa chuyển đổi gây ra feedthrough thiết lập lại, một kết quả của các khớp nối điện dung qua MOSFET. Sau khi phân rã này feedthrough tụ điện sẽ phản ánh mức độ điện áp tham chiếu (2). Một khi các tụ điện đã được thiết lập lại, việc chuyển đổi sẽ mở ra và pixel được chuyển giao cho các tụ điện, biến đổi điện áp của nó.
Một đặc điểm kỹ thuật quan trọng cho các yếu tố CCD là độ nhạy. Đây là một biện pháp của điện áp đầu ra có thể đạt được cho mỗi electron, SV = VOUT/e-. Với một tụ điện 0.1pF, điện áp đầu ra sẽ được -1.6µV mỗi electron. Thật không may, theo nguồn có mức tăng dưới 1 (~0,8).
2.2.2 Hạn chế hiệu năng hệ thống
Giới hạn dưới của dải động trong một hệ thống hình ảnh được thiết lập bởi tầng nhiễu. Các kỹ thuật khác nhau có sẵn để tối ưu hóa phạm vi hoạt động và tối ưu hóa cho phạm vi đầu vào của bộ chuyển đổi A/D, nhưng một sự hiểu biết thấu đáo về các nguồn nhiễu là rất quan trọng. Các nguồn nhiễu chính, bên cạnh kỹ thuật số feedthrough, cái gọi là nhiễu KT/C của chuyển đổi thiết lập lại FET gây ra bởi điện trở của nó. Các MOSFET cũng góp nhiễu là tạp nhiễu nhấp nháy (1/f) và một số nhiễu trắng (nhiệt). Ngoài ra mỗi điện trở là một nguồn của nhiệt/nhiễu trắng. Hạn chế khác được thiết lập bởi các nhiễu lượng tử hóa của bộ chuyển đổi A/D. Nhiễu lượng tử hóa rms được thể hiện bằng phương trình q/ 12, với q là kích thước bit hoặc trọng lượng LSB của bộ chuyển đổi. Chẳng hạn như bộ chuyển đổi 10 bit với vùng đầu vào hết cỡ của 2V có kích thước bit của 2.0V/1024 = 1.953mV. Do đó, nhiễu lượng tử hóa là 564µVrms. Giả sử một tụ điện có ý nghĩa 0.1pF giới hạn phát hiện sẽ là vào khoảng 350 electron do nhiễu lượng tử. Một cách rõ ràng để giảm bớt hạn chế này là sử dụng một chuyển đổi A/D với độ phân giải cao hơn ví dụ 12 bit.
Một ví dụ khác cho một nguồn nhiễu là dòng tần số 50Hz hoặc 60Hz.
29