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DALSA IL-C6

IL-C6

IL-C6

Der IL-C6 ist ein CCD-Bildsensor, bestehend aus einer einzelnen Zeile mit 2048 Pixeln. Hersteller des Bausteins ist die kanadische Firma DALSA, die mittlerweile zu Teledyne gehört.

Der CCD-Bildsensor befindet sich in einem speziellen DIL-Package mit den Abmessungen 42,4mm x 7,5mm. Das Datenblatt hebt die hohe Auslesegeschwindigkeit hervor, die bis zu 15MHz betragen kann. Der Dynamikumfang beträgt dabei 1:6000.

 

IL-C6 Package

Seitlich betrachtet ist der Glasdeckel auf dem Keramikgehäuse deutlich zu erkennen.

 

IL-C6 Package

Über vier Pins wird dem Sensor das VBB-Potential (Substrat Bias Voltage) zugeführt. Drei der vier Potentiale sind mit jeweils zwei Bonddrähten niederohmig mit dem Gehäuse verbunden. Die Signalinformationen befinden sich als Ladungspakete in den Sensorflächen und in der CCD-Zeile. Diese Ladungen werden mit elektrischen Feldern verarbeitet und bewegt. Lokale Potentialschwankungen im Substrat könnten entsprechend die Signalaufzeichnung und die Signalweiterleitung negativ beeinflussen. Aus diesem Grund ist es wichtig das Substratpotential niederohmig auf einem festgelegten Potential zu halten.

 

IL-C6 Die

IL-C6 Datenblatt

Die schwarze Sensorfläche ist auf dem Die deutlich zu erkennen. Das Datenblatt zeigt die grundsätzliche Funktionsweise des CCD-Bildsensors. Es handelt sich um 2048 Pixel mit einer Breite von 13µm und einer Höhe von 500µm. Am Anfang und am Ende der Zeile sind jeweils zwei abgedunkelte Pixel integriert, die als Referenzwert verwendet werden können. Jeweils zwei weitere Pixel stellen einen Puffer zum aktiven Bereich dar.

Über das Potential PR können die Sensorflächen auf das Potential VPR zurückgesetzt werden. Nach der Belichtung sorgt TCK dafür, dass die proportional zum Lichteinfall erzeugten Ladungen in das CCD-Schieberegister übernommen werden. Die vier phasenverschobenen Taktsignale CR1, CR2, CR3 und CR4 generieren ein elektrisches Feld mit Potentialtöpfen, die sich von links nach rechts bewegen und so die Ladungspakete zum Ausgang hin verschieben. Genauer ist dies im Rahmen des L133C beschrieben.

Ganz rechts befindet sich eine zweistufe Verstärkerschaltung, die den Ausgang OS bedient. Die Elektrode VSET sorgt dafür, dass die Ladungspakete aus der CCD-Zeile zum Verstärkereingang fließen. Die Verstärkerschaltung wandelt jedes Ladungspaket der CCD-Zeile in eine Spannung die proportional zum Lichteinfall in das jeweilige Pixel ist. Über den Pin RST muss die ausgewertete Ladung dann in das Potential VOD neutralisiert werden.

 

IL-C6 Datenblatt

Im Datenblatt ist ein weiteres Blockschaltbild abgebildet, das die Funktion des CCD-Bildsensors noch auf eine andere Art darstellt.

 

IL-C6 Die Detail

Das Glas auf dem Keramikgehäuse ist klar genug, dass man von der integrierten Schaltung Bilder machen kann, ohne das Gehäuse öffnen zu müssen.

Abgesehen vom Sensorbereich ist das ganze Die mit einer Metallfläche bedeckt. So ist sichergestellt, dass in den anderen Schaltungsteilen keine freien Ladungsträger erzeugt werden, die zu ungewollten Stromflüssen führen würden. Die Metalllage erschwert eine Analyse der Schaltung, macht sie aber nicht unmöglich.

 

IL-C6 Die Detail

In der linken unteren Ecke des Dies findet sich die ein Copyrighthinweis der Firma DALSA aus dem Jahr 1990 und die Bezeichnung des Bausteins.

 

IL-C6 Die Detail

Im Sensorbereich sind die einzelnen Elemente gut zu erkennen. Ebenso gut zu erkennen ist die Verteilung des Potentials VPR. Gesteuert über das Potential PR können freie Ladungen im Sensorbereich abgeleitet und so neutralisiert werden.

Der Sensorbereich ist mit Streifen der unteren Metalllage niederohmig eingerahmt. Man kann nicht mit letzter Sicherheit sagen, ob dieser Rahmen mit dem VB- oder dem VBB-Potential verbunden ist. VB ist die "Bias Voltage", die üblicherweise mit Vdd verbunden wird. VBB ist die "Substrate Bias Voltage", an der zwischen -3V und 0V anzulegen sind. Die Strukturen sprechen dafür, dass der innere Bereich um den Sensor an das positive VB-Potential angebunden ist.

 

IL-C6 Die Detail

IL-C6 Die Detail

Die Ladungen der einzelnen Pixel der Sensorzeile fließen, gesteuert über das Potential TCK, in die darunter liegende CCD-Zeile. Unterhalb der CCD-Zeile befinden sich vier breite Leitungen der unteren Metalllage, die die vier phasenverschobenen Transporttakte führen. Vor allem bei den unteren drei Leitungen sind die Kontakte und die Konturen der Leitungen gut zu erkennen, die die Taktsignale nach oben führen.

An die Leitungen, die die äußeren Potentiale zum Sensor führen, sind kleine quadratische Elemente angebunden. Höchstwahrscheinlich handelt es sich um Dioden, die die Schaltung vor problematischen Spannungen schützen. Da die Gatestrukturen vor zu hohen Schaltungen geschützt werden müssen, kann man davon ausgehen, dass es Z-Dioden sind.

 

IL-C6 Die Detail

Die Elektroden auf der CCD-Zeile kann man lediglich erahnen. Das liegt nicht nur an den kleinen Strukturen, sondern auch daran, dass sich die Elektroden überlappen und entsprechend viele Konturen in der Metalllage abbilden.

 

IL-C6 Die Detail

Am rechten Ende der CCD-Zeile befindet sich der Ausgangsverstärker, der dort eine exklusive Versorgung erhält. Das VSS-Potential oben rechts scheint lediglich als Schirmung des Ausgangssignals zu dienen.

 

IL-C6 Die Detail

IL-C6 Die Detail

Die Ladungspakete der CCD-Zeile steuern den zweistufigen Ausgangsverstärker und werden dann nach rechts abgeleitet.

 

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