一种4 M-Pixel/s 4通道X射线CCD读出电路
2018-06-13王克柔洪志良
余 茜,王克柔,易 婷,陆 波,陈 勇,洪志良
(1.复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室,上海 201203; 2.中科院高能物理研究所,北京 100049)
提高CCD传感器的读出速率而又不会降低其噪声性能的一个方法是: 增加CCD阵列的读出节点,实现多通道并行读出处理.采用分立器件实现的CCD读出电路需要大面积的片上无源电容与电阻,在多通道应用下,需要消耗较大芯片面积和功耗.因此高读出速度、多通道的CCD读出电路需要采用专用集成电路芯片(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)实现.
文献[1]中设计了一个单通道X射线CCD ASIC,这款芯片基于增量型ΣΔ ADC(Incremental ΣΔ ADC, I-ΣΔ ADC)实现.与奈奎斯特ADC类似,增量型ΣΔ ADC的数字输出码字与模拟输入信号直接存在一一对应关系[2],适合于采样不连续的CCD信号.而增量型ΣΔ ADC有着噪声整形和过采样的优点,相较于普通奈奎斯特ADC,更容易实现较高精度.由于ΣΔ ADC的噪声滤波可以在数字域完成,因此可以移除独立的模拟CDS模块,将CDS操作完全放到ΣΔ ADC中完成,这样减小了芯片面积.本论文的设计针对一款有着4个读出节点的CCD传感器的输出信号处理,旨在采用离散时间增量型ΣΔ调制技术,实现高读出速率、低读出噪声的X射线CCD读出系统.
1 CCD读出系统
1.1 CCD读出系统结构
4通道CCD信号读出系统框图如图1(看第244页)所示,系统由4个通道组成,每个通道均包含了1个低噪声模拟前端和驱动级电路、2个增量型ΣΔ调制器以及2个降采样滤波器.这4个通道并行工作,由CCD提供的复位信号进行同步.
一个周期的CCD输出信号包含复位、浮置电平以及信号电……
