Аналоговая обработка сигнала

Схема двойной коррелированной выборки (ДВК)

Сигнал, снимаемый с ПЗС, содержит характерные искажения и шумы, связанные с работой его выходного устройства. Чтобы найти пути, позволяющие избавиться от этих последствий, рассмотрим особенности формирования этого выходного сигнала. Как показано на рис. 7 выходной сигнал ПЗС имеет три уровня:

- уровень, определяемый импульсами сброса, проникающими в выходной сигнал через паразитные емкости (Reset Level);

- уровень фиксации, определяемый постоянным напряжением на стоке транзистора сброса с шумовой добавкой (Feed-Through Level);

- уровень сигнала с той же шумовой добавкой, вызванной цепями узла детектирования выходного устройства ПЗС (Signals).

Эти шумы включают в себя:

- шумы сброса;

- низкочастотные 1/f-шумы повторителя на МОП-транзисторе;

- тепловые шумы.

Рис. 7. Сигналы ПЗС и схемы ДКВ

Рис. 8. Схема ДКВ

Устранить эту шумовую добавку Uш можно, так как ее величина в момент импульса фиксации tф (когда информационный заряд еще не поступил в выходное устройство) и в момент импульса выборки tвыб (когда информационный зарядный пакет уже слился с этой шумовой добавкой) остается неизменной. Именно операцию устранения шумовой добавки осуществляет схема двойной коррелированной выборки (ДКВ) или, в английской интерпретации, CDS (Correlated double sampling) (рис. 8). Схема ДКВ работает следующим образом. В момент времени фиксации tф, когда на выходе ПЗС еще нет полезного сигнала, но есть шумовая составляющая Uш, схема выборки осуществляет выборку и запоминание этой составляющей, которая передается на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ). Схема выборки 1 осуществляет выборку и запоминание сигнала в момент времени tвыб, когда сигнал на выходе ПЗС уже содержит полезную составляющую Uс и ту же самую, что и в момент времени tф, шумовую составляющую Uш. Схема выборки 3 производит выборку шумовой составляющей Uш в момент времени tвыб, переписывая значение шума с выхода схемы выборки 2 на инвертирующий вход ОУ. В результате, с момента выборки tвыб до следующей выборки на неинвертирующем входе ОУ будет присутствовать полезный сигнал с шумом Uс + Uш, а на инвертирующем - Uш. На выходе схемы ДКВ получим значение сигнала без шума Uс.

Предварительный регулируемый видеоусилитель

После схемы ДКВ сигнал поступает на регулируемый усилитель, который обеспечивает заданный размах сигнала перед подачей его на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а также стабилизацию уровня черного и shading-коррекцию (коррекция проработки деталей изображения в местах со слабой освещенностью). Регулировка осуществляется путем задания необходимого уровня смещения, которое поступает на видеоусилитель с ЦАП, преобразующего сигнал обратной связи, формируемый цифровым процессором сигналов. Глубина регулировки усиления обычно составляет от -6 до 30 дБ. В усилителе осуществляется также регулировка, обеспечивающая постоянство уровня черного и уровня белого во всех трех каналах.