1. Detailed modeling of the video signal and optimal readout of charge‐coupled devices
- Author
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Guillermo Fernandez Moroni, Gustavo Cancelo, Miguel Sofo Haro, Fernando Chierchie, Leandro Stefanazzi, Juan Estrada, Pedro Querejeta Simbeni, and Eduardo E. Paolini
- Subjects
Physics::Instrumentation and Detectors ,Computer science ,Noise reduction ,INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS ,02 engineering and technology ,Signal ,CHARGE COUPLED DEVICES ,0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering ,Electronic engineering ,Ingeniería Eléctrica y Electrónica ,Electrical and Electronic Engineering ,Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información ,Capacitive coupling ,Pixel ,Noise (signal processing) ,Applied Mathematics ,020208 electrical & electronic engineering ,Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics ,MINIMUM NOISE VARIANCE ,020206 networking & telecommunications ,Charge (physics) ,READOUT NOISE ,Computer Science Applications ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Filter (video) ,OPTIMAL FILTERING ,Node (circuits) - Abstract
This article provides a practical design methodology to calculate an optimal filter for noise reduction in the readout of charge‐coupled devices (CCDs) taking into account the charge transfer and feedthroughs due to capacitive coupling in the CCD. A detailed analysis of the dynamics of the video signal and charge transfer is presented, including the circuital modeling of the output stage of the CCD and the dynamics of the electronics in the video chain before the analog‐to‐digital (AD) converter. This model is used to compute an optimal filter that minimizes the variance of the pixel noise and uses the samples of the charge transfer, before the charge is fully settled. This is necessary to enhance the performance of previous results that also use optimal filters but do not use the transition samples, while also reducing the pixel readout time, resulting in faster readouts. As a proof of concept for the optimal filter, we present novel experimental results using a Skipper CCD, which has a floating sense node that allows to measure the charge packet an arbitrary number of times. However, this technique can be applied to any CCD that has a readout system that digitally samples the video signal. Fil: Chierchie, Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina Fil: Fernández Moroni, Guillermo. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina Fil: Querejeta Simbeni, Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina Fil: Stefanazzi, Leandro. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina Fil: Paolini, Eduardo Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; Argentina Fil: Sofo Haro, Miguel Francisco. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Cancelo, Gustavo Indalecio. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos Fil: Estrada, Juan. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
- Published
- 2020
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