ఛార్జ్-కపుల్డ్ పరికరాల రకాలు వాటి పని సూత్రాలతో

AT&T బెల్ ల్యాబ్స్ నుండి శాస్త్రవేత్తలు విల్లియార్డ్ బాయిల్ మరియు జార్జ్ ఇ. స్మిత్ ఉండగా సెమీకండక్టర్‌పై పనిచేస్తోంది -బబుల్-మెమరీ ఒక పరికరాన్ని రూపొందించింది మరియు దీనిని ‘ఛార్జ్ బబుల్ పరికరం’ అని పిలుస్తారు, దీనిని షిఫ్ట్ రిజిస్టర్‌గా ఉపయోగించవచ్చు.

కపుల్డ్ పరికరాన్ని ఛార్జ్ చేయండి

పరికరం యొక్క ప్రాథమిక స్వభావం ప్రకారం, దీని నుండి ఛార్జీని బదిలీ చేసే సామర్థ్యం ఉంది ఒక నిల్వ కెపాసిటర్ సెమీకండక్టర్ యొక్క ఉపరితలం వెంట, మరియు ఈ సూత్రం బకెట్-బ్రిగేడ్ పరికరం (BBD) ను పోలి ఉంటుంది, దీనిని 1960 లలో ఫిలిప్స్ రీసెర్చ్ ల్యాబ్స్‌లో కనుగొన్నారు. చివరికి, అటువంటి ప్రయోగాత్మక పరిశోధనా కార్యకలాపాల నుండి, ఛార్జ్ కపుల్డ్ డివైస్ (సిసిడి) ను 1969 లో AT&T బెల్ ల్యాబ్స్‌లో కనుగొన్నారు.

ఛార్జ్ కపుల్డ్ డివైస్ (సిసిడి)

ఛార్జ్ కపుల్డ్ పరికరాలను వారు ఉపయోగించే అప్లికేషన్ ప్రకారం లేదా పరికర రూపకల్పన ఆధారంగా వివిధ మార్గాల్లో నిర్వచించవచ్చు.

ఇది ఛార్జ్ మానిప్యులేషన్ కోసం దానిలోని విద్యుత్ చార్జ్ యొక్క కదలికకు ఉపయోగించే పరికరం, ఇది పరికరంలో ఒక సమయంలో దశల ద్వారా సంకేతాలను మార్చడం ద్వారా జరుగుతుంది.

దీనిని సిసిడి సెన్సార్‌గా పరిగణించవచ్చు, దీనిని ఉపయోగిస్తారు డిజిటల్ మరియు వీడియో కెమెరాలు ఫోటో ఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ద్వారా చిత్రాలను తీయడం మరియు వీడియోలను రికార్డ్ చేయడం కోసం. సంగ్రహించిన కాంతిని డిజిటల్ డేటాగా మార్చడానికి ఇది ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది కెమెరా ద్వారా రికార్డ్ చేయబడుతుంది.

దీనిని a గా నిర్వచించవచ్చు లైట్ సెన్సిటివ్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ పిక్సెల్స్ అని పిలువబడే కాంతి-సున్నితమైన మూలకాలను రూపొందించడానికి సిలికాన్ ఉపరితలంపై ముద్రించబడుతుంది మరియు ప్రతి పిక్సెల్ విద్యుత్ చార్జ్గా మార్చబడుతుంది.

దీనిని వివిక్త-సమయ పరికరం అని పిలుస్తారు నిరంతర లేదా అనలాగ్ సిగ్నల్ వివిక్త సమయాల్లో నమూనా.

CCD రకాలు

ఎలక్ట్రాన్ గుణించే సిసిడిలు, తీవ్రతరం చేసిన సిసిడి, ఫ్రేమ్-ట్రాన్స్ఫర్ సిసిడి మరియు ఖననం-ఛానల్ సిసిడి వంటి వివిధ సిసిడిలు ఉన్నాయి. CCD ని ఛార్జ్ ట్రాన్స్ఫర్ డివైస్‌గా నిర్వచించవచ్చు. సిసిడి, స్మిత్ మరియు బాయిల్ యొక్క ఆవిష్కర్తలు సిసిడిని సాధారణ ఉపరితల ఛానల్ సిసిడి మరియు ఇతర సిసిడిల కంటే గొప్పగా సమృద్ధమైన పనితీరుతో కనుగొన్నారు, దీనిని బరీడ్ ఛానల్ సిసిడి అని పిలుస్తారు మరియు దీనిని ఎక్కువగా ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల కోసం ఉపయోగిస్తారు.

ఛార్జ్ కపుల్డ్ డివైస్ వర్కింగ్ ప్రిన్సిపల్

సిసిడి ఉపయోగించి చిత్రాలను తీయడానికి సిలికాన్ ఎపిటాక్సియల్ పొర ఫోటోయాక్టివ్ ప్రాంతంగా మరియు షిఫ్ట్-రిజిస్టర్-ట్రాన్స్మిషన్ ప్రాంతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

లెన్స్ ఇమేజ్ ద్వారా కెపాసిటర్ శ్రేణిని కలిగి ఉన్న ఫోటో యాక్టివ్ రీజియన్‌లో అంచనా వేయబడుతుంది. అందువలన, విద్యుత్ ఛార్జ్ అనులోమానుపాతంలో కాంతి తీవ్రత ఆ ప్రదేశంలో కలర్ స్పెక్ట్రంలో ఇమేజ్ పిక్సెల్ కలర్ ప్రతి కెపాసిటర్ వద్ద పేరుకుపోతుంది.

ఈ కెపాసిటర్ శ్రేణి ద్వారా చిత్రం కనుగొనబడితే, అప్పుడు ప్రతి కెపాసిటర్‌లో పేరుకుపోయిన విద్యుత్ ఛార్జ్ దాని పొరుగు కెపాసిటర్‌కు బదిలీ అవుతుంది. షిఫ్ట్ రిజిస్టర్ నియంత్రణ సర్క్యూట్ ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది.

ఛార్జ్ కపుల్డ్ పరికరం యొక్క పని

పై చిత్రంలో, a, b మరియు c నుండి, గేట్ టెర్మినల్స్కు వర్తించే వోల్టేజ్ ప్రకారం ఛార్జ్ ప్యాకెట్ల బదిలీ చూపబడుతుంది. చివరికి, చివరి కెపాసిటర్ యొక్క శ్రేణి ఎలక్ట్రికల్ ఛార్జ్ ఛార్జ్ యాంప్లిఫైయర్లోకి బదిలీ చేయబడుతుంది, దీనిలో విద్యుత్ ఛార్జ్ వోల్టేజ్గా మార్చబడుతుంది. అందువల్ల, ఈ పనుల యొక్క నిరంతర ఆపరేషన్ నుండి, సెమీకండక్టర్‌లోని కెపాసిటర్ శ్రేణి యొక్క మొత్తం ఛార్జీలు వోల్టేజ్‌ల శ్రేణిగా మార్చబడతాయి.

వోల్టేజ్‌ల యొక్క ఈ క్రమం డిజిటల్ కెమెరాల వంటి డిజిటల్ పరికరాల విషయంలో నమూనా, డిజిటలైజ్ చేయబడి మెమరీలో నిల్వ చేయబడుతుంది. అనలాగ్ వీడియో కెమెరాల వంటి అనలాగ్ పరికరాల విషయంలో, నిరంతర అనలాగ్ సిగ్నల్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి వోల్టేజ్‌ల క్రమం తక్కువ-పాస్ ఫిల్టర్‌కు ఇవ్వబడుతుంది, ఆపై సిగ్నల్ ప్రసారం, రికార్డింగ్ మరియు ఇతర ప్రయోజనాల కోసం ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది. ఛార్జ్ కపుల్డ్ పరికర సూత్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు లోతుగా పనిచేసే ఛార్జ్ కపుల్డ్ పరికరాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, ప్రధానంగా ఈ క్రింది పారామితులను అర్థం చేసుకోవాలి.

బదిలీ ప్రక్రియ ఛార్జ్

ఛార్జ్ ప్యాకెట్లను బకెట్ బ్రిగేడ్ శైలిలో అనేక పథకాలను ఉపయోగించడం ద్వారా సెల్ నుండి సెల్‌కు తరలించవచ్చు. రెండు దశ, మూడు దశ, నాలుగు దశ, మరియు వంటి వివిధ పద్ధతులు ఉన్నాయి. ప్రతి కణం n- దశ పథకంలో దాని గుండా వెళుతున్న n- వైర్లను కలిగి ఉంటుంది. గడియారాన్ని బదిలీ చేయడానికి అనుసంధానించబడిన ప్రతి తీగను ఉపయోగించడం ద్వారా సంభావ్య బావుల ఎత్తు నియంత్రించబడుతుంది. సంభావ్య బావి యొక్క ఎత్తును మార్చడం ద్వారా ఛార్జ్ ప్యాకెట్లను సిసిడి రేఖ వెంట నెట్టివేయవచ్చు.

బదిలీ ప్రక్రియ ఛార్జ్

మూడు-దశల ఛార్జ్ బదిలీని పరిగణించండి, పై చిత్రంలో, మూడు గడియారాలు (సి 1, సి 2 మరియు సి 3) ఆకారంలో ఒకేలా ఉంటాయి కాని వివిధ దశలలో చూపబడతాయి. గేట్ B ఎత్తుకు వెళ్లి, గేట్ A తక్కువగా ఉంటే, అప్పుడు ఛార్జ్ స్థలం A నుండి స్పేస్ B కి వెళుతుంది.

CCD యొక్క నిర్మాణం

పిక్సెల్‌లను సమాంతర నిలువు రిజిస్టర్‌లు లేదా నిలువు సిసిడి (వి-సిసిడి) మరియు సమాంతర క్షితిజ సమాంతర రిజిస్టర్‌లు లేదా క్షితిజ సమాంతర సిసిడి (హెచ్-సిసిడి) ద్వారా బదిలీ చేయవచ్చు. పూర్తి ఫ్రేమ్ రీడౌట్, ఫ్రేమ్ బదిలీ మరియు ఇంటర్లైన్ బదిలీ వంటి విభిన్న స్కానింగ్ నిర్మాణాలను ఉపయోగించి ఛార్జ్ లేదా ఇమేజ్ బదిలీ చేయవచ్చు. ఛార్జ్ కపుల్డ్ పరికర సూత్రం కింది బదిలీ పథకాలతో సులభంగా అర్థమవుతుంది:

1. పూర్తి-ఫ్రేమ్ రీడౌట్

పూర్తి ఫ్రేమ్ రీడౌట్

లైట్ ఇన్పుట్ను కత్తిరించడానికి మరియు సమాంతర-నిలువు రిజిస్టర్లు లేదా నిలువు సిసిడి మరియు సమాంతర-క్షితిజ సమాంతర రిజిస్టర్లు లేదా క్షితిజ సమాంతర సిసిడి ద్వారా ఛార్జీలు గడిచేటప్పుడు స్మెరింగ్ చేయకుండా ఉండటానికి ఇది చాలా అనువర్తనాలలో షట్టర్ అవసరమయ్యే సరళమైన స్కానింగ్ నిర్మాణం. సీరియల్ లో అవుట్పుట్.

2. ఫ్రేమ్ బదిలీ

ఫ్రేమ్ బదిలీ

బకెట్ బ్రిగేడ్ ప్రాసెస్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా చిత్రాన్ని ఇమేజ్ అర్రే నుండి అపారదర్శక ఫ్రేమ్ స్టోరేజ్ అర్రేకు బదిలీ చేయవచ్చు. ఇది ఏ సీరియల్ రిజిస్టర్‌ను ఉపయోగించనందున, ఇతర ప్రక్రియలతో పోలిస్తే ఇది వేగవంతమైన ప్రక్రియ.

3. ఇంటర్లైన్ బదిలీ

ఇంటర్లైన్ బదిలీ

ప్రతి పిక్సెల్‌లో ఫోటోడియోడ్ మరియు అపారదర్శక ఛార్జ్ నిల్వ సెల్ ఉంటుంది. చిత్రంలో చూపినట్లుగా, ఇమేజ్ ఛార్జ్ మొదట కాంతి సున్నితమైన PD నుండి అపారదర్శక V-CCD కి బదిలీ చేయబడుతుంది. ఈ బదిలీ, చిత్రం దాచబడినందున, ఒక బదిలీ చక్రంలో కనీస ఇమేజ్ స్మెర్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, అందువల్ల వేగవంతమైన ఆప్టికల్ షట్టర్ సాధించవచ్చు.

CCD యొక్క MOS కెపాసిటర్

ప్రతి సిసిడి కణానికి మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ఉంటుంది, అయితే సిసిడి తయారీలో ఉపరితల ఛానల్ మరియు ఖననం చేసిన ఛానల్ ఎంఓఎస్ కెపాసిటర్లు రెండూ ఉపయోగించబడతాయి. కానీ తరచూ సిసిడిలు పి-రకం ఉపరితలంపై కల్పించబడింది మరియు దీని కోసం ఖననం చేసిన ఛానల్ MOS కెపాసిటర్లను ఉపయోగించి తయారు చేస్తారు, దీని ఉపరితలంపై సన్నని N- రకం ప్రాంతం ఏర్పడుతుంది. సిలికాన్ డయాక్సైడ్ పొరను N- ప్రాంతం పైభాగంలో అవాహకం వలె పెంచుతారు మరియు ఈ ఇన్సులేటింగ్ పొరపై ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రోడ్లను ఉంచడం ద్వారా గేట్లు ఏర్పడతాయి.

సిసిడి పిక్సెల్

ఫోటాన్లు సిలికాన్ ఉపరితలాన్ని తాకినప్పుడు ఫోటో ఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం నుండి ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు ఏర్పడతాయి మరియు శూన్యత కారణంగా, ఏకకాలంలో, పాజిటివ్ చార్జ్ లేదా రంధ్రం ఉత్పత్తి అవుతుంది. రంధ్రం మరియు ఎలక్ట్రాన్ యొక్క పున omb సంయోగం ద్వారా ఏర్పడిన ఉష్ణ ఒడిదుడుకులు లేదా వేడిని లెక్కించే కష్టమైన ప్రక్రియను ఎంచుకోవడానికి బదులుగా, ఒక చిత్రాన్ని రూపొందించడానికి ఎలక్ట్రాన్లను సేకరించి లెక్కించడానికి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది. సానుకూల పక్షపాత విభిన్న ప్రాంతాల వైపు సిలికాన్ ఉపరితలంపై ఫోటాన్‌లను కొట్టడం ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే ఎలక్ట్రాన్‌లను ఆకర్షించడం ద్వారా దీనిని సాధించవచ్చు.

సిసిడి పిక్సెల్

పూర్తి బావి సామర్థ్యాన్ని ప్రతి సిసిడి పిక్సెల్ చేత ఉంచగలిగే గరిష్ట ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యగా నిర్వచించవచ్చు మరియు సాధారణంగా, ఒక సిసిడి పిక్సెల్ 10 కే నుండి 500 కె వరకు పట్టుకోగలదు, అయితే ఇది పిక్సెల్ పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది (పెద్ద పరిమాణం ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్లు చేయగలవు పేరుకుపోతుంది).

సిసిడి శీతలీకరణ

సిసిడి శీతలీకరణ

సాధారణంగా సిసిడిలు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేస్తాయి మరియు థర్మల్ ఎనర్జీని ఉత్తేజకరమైన అనుచితమైన ఎలక్ట్రాన్ల కోసం ఇమేజ్ పిక్సెల్స్ లోకి ఉపయోగించవచ్చు, వీటిని రియల్-ఇమేజ్ ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల నుండి వేరు చేయలేము. దీనిని డార్క్ కరెంట్ ప్రాసెస్ అని పిలుస్తారు, ఇది శబ్దాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మొత్తం 6 నుండి 70 శీతలీకరణకు కొన్ని పరిమితులతో మొత్తం డార్క్ కరెంట్ జనరేషన్‌ను రెండు రెట్లు తగ్గించవచ్చు. సిసిడిలు -1200 కన్నా తక్కువ పనిచేయవు మరియు చీకటి ప్రవాహం నుండి ఉత్పన్నమయ్యే మొత్తం శబ్దాన్ని -1000 చుట్టూ చల్లబరచడం ద్వారా, ఖాళీ చేయబడిన వాతావరణంలో ఉష్ణంగా వేరుచేయడం ద్వారా తొలగించవచ్చు. ద్రవ నత్రజని, థర్మో-ఎలక్ట్రిక్ కూలర్లు మరియు మెకానికల్ పంపులను ఉపయోగించడం ద్వారా సిసిడిలను తరచుగా చల్లబరుస్తారు.

సిసిడి యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం

ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల ఉత్పత్తి రేటు CCD యొక్క ఉపరితలంపై తేలికపాటి సంఘటనపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఫోటాన్‌లను ఎలక్ట్రిక్ చార్జ్‌గా మార్చడం అనేక కారణాల వల్ల దోహదపడుతుంది మరియు దీనిని క్వాంటం ఎఫిషియెన్సీ అంటారు. ఇతర లైట్-డిటెక్షన్ టెక్నిక్‌తో పోలిస్తే ఇది సిసిడిలకు 25% నుండి 95% వరకు మంచి పరిధిలో ఉంటుంది.

ఫ్రంట్ ఇల్యూమినేటెడ్ పరికరం యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం

ఇన్కమింగ్ రేడియేషన్‌ను ఆకర్షించడం ద్వారా గేట్ నిర్మాణం గుండా కాంతి వెళ్ళిన తర్వాత ముందు-ప్రకాశించే పరికరం ఒక సిగ్నల్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

బ్యాక్ ఇల్యూమినేటెడ్ పరికరం యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం

వెనుక-ప్రకాశవంతమైన లేదా వెనుక-సన్నబడిన CCD పరికరం యొక్క దిగువ భాగంలో అదనపు సిలికాన్‌ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల ఉత్పత్తిని అనియంత్రితంగా అనుమతించే విధంగా ముద్రించబడుతుంది.

ఈ వ్యాసం CCD యొక్క సంక్షిప్త వివరణ మరియు దాని పని సూత్రంతో CCD స్కానింగ్ ఆర్కిటెక్చర్స్, ఛార్జ్ ట్రాన్స్ఫర్ ప్రాసెస్, CCD యొక్క MOS కెపాసిటర్, CCD పిక్సెల్, శీతలీకరణ మరియు CCD యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం వంటి క్లుప్తంగా వివిధ పారామితులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది. సిసిడి సెన్సార్ తరచుగా ఉపయోగించబడుతున్న సాధారణ అనువర్తనాలు మీకు తెలుసా? CCD ల యొక్క పని మరియు అనువర్తనాలకు సంబంధించిన వివరణాత్మక సమాచారం కోసం దయచేసి మీ వ్యాఖ్యలను క్రింద పోస్ట్ చేయండి.