模數(shù)轉(zhuǎn)換器這類(lèi)電子元件的用途之多分類(lèi)之廣大家早就有所耳聞了，從本質(zhì)上說(shuō)，它實(shí)現(xiàn)的功能既直接又重要，將一個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)，圖像傳感器中同樣少不了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的身影。

圖像傳感器不同的調(diào)制方案各有優(yōu)劣，CCD的全局曝光在室外遠(yuǎn)距離場(chǎng)景下，具有非常良好的性能，而且因?yàn)槠涫钦扉T(mén)曝光，對(duì)于外界抗干擾性能非常強(qiáng)。其中，CCD圖像傳感器模擬前端的性能高低很大程度上決定了傳感器成像功能的優(yōu)劣。

CCD動(dòng)態(tài)范圍與模數(shù)轉(zhuǎn)換的關(guān)聯(lián)

CCD圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍可幫助相機(jī)捕捉高對(duì)比度場(chǎng)景，傳感器本身的滿阱容量和噪聲是決定動(dòng)態(tài)范圍的兩個(gè)重要指標(biāo)。但是，在這兩個(gè)指標(biāo)之外，CCD本身的動(dòng)態(tài)范圍也受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍。

對(duì)CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理后，CCD信號(hào)是需要通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器達(dá)到系統(tǒng)其他部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換器本身如果動(dòng)態(tài)范圍不夠，即使?jié)M阱容量和噪聲性能都很優(yōu)秀，器件的動(dòng)態(tài)范圍也不可能超過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率。高集成度CCD模擬前端中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般都支持12位以上的分辨率，確保在模數(shù)轉(zhuǎn)換器這個(gè)環(huán)節(jié)上不會(huì)虧損動(dòng)態(tài)范圍。目前這種級(jí)別的模數(shù)轉(zhuǎn)換器并不難獲取，以現(xiàn)在普遍的CCD傳感器在70dB左右的動(dòng)態(tài)范圍來(lái)看，12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率也足夠保持傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。有些模擬前端會(huì)集成16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以確保更高的動(dòng)態(tài)范圍。

來(lái)自傳感器的像素?cái)?shù)據(jù)由采樣/保持（SH）或相關(guān)雙采樣器（CDS）電路采樣，然后由ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在整個(gè)模擬前端的信號(hào)通路中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器關(guān)聯(lián)的也不僅僅是器件的動(dòng)態(tài)范圍。

流水線結(jié)構(gòu)ADC給CCD帶來(lái)了什么？

可以說(shuō)在CCD整個(gè)信號(hào)通路中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是性能最為嚴(yán)苛的元件。分辨率自不用多說(shuō)，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器還需要具備優(yōu)異的線性、低噪聲和低失調(diào)。這些特性都是保證圖像質(zhì)量和時(shí)間穩(wěn)定性的必要條件。流水線結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器犧牲了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的部分速度來(lái)?yè)Q取精度，常見(jiàn)于CCD這種較高精度的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用場(chǎng)合。

這一類(lèi)校正的架構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)較小信號(hào)電平的高線性低失調(diào)是非常有利的，其每一級(jí)的冗余位優(yōu)化了重疊誤差的糾正，多級(jí)轉(zhuǎn)換也確保了模數(shù)轉(zhuǎn)換器可在整個(gè)滿量程范圍內(nèi)確保有效的高分辨率。通常12位或更高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要阻容修正和數(shù)字校正，特別是在第一級(jí)上。在實(shí)際使用中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差和增益誤差很少會(huì)接近最大值。如果擔(dān)心模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度，電路的前端放大/信號(hào)調(diào)理部分通常會(huì)產(chǎn)生比模數(shù)轉(zhuǎn)換器本身更大的誤差。

CCD模擬前端發(fā)展趨勢(shì)

CCD模擬前端的集成度可以說(shuō)是越來(lái)越高，集成可編程增益以支持亮度引起的像素級(jí)反射，集成發(fā)光二極管（LED）驅(qū)動(dòng)器以調(diào)整亮度，還會(huì)集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于調(diào)整模擬輸入信號(hào)的偏移水平。此外，定時(shí)發(fā)生器（TG）集成在這些設(shè)備中，用于控制傳感器操作。

有些高性能CCD圖像傳感器模擬前端會(huì)集成深度處理器將來(lái)自CCD的原始模擬圖像信號(hào)處理成深度/像素?cái)?shù)據(jù)，以及集成高精度時(shí)鐘發(fā)生器為CCD和激光器生成驅(qū)動(dòng)時(shí)序，這都是在高精高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器之外體現(xiàn)出的集成性。

小結(jié)

CCD模擬前端的模擬信號(hào)鏈朝著完全集成式在不斷發(fā)展，這些完全集成式器件CCD圖像傳感器提供了高性能高速 ADC、單通道和多通道輸入、采樣/保持、失調(diào)電壓校正、相關(guān)雙采樣、時(shí)序發(fā)生器等等一系列功能。從集成器件不斷升級(jí)的角度來(lái)說(shuō)，完全集成式的模擬前端也推動(dòng)了CCD成像的高性能發(fā)展。