Charge Couple Devices (CCD)

CHARGE COUPLE DEVICES (CCD)

Sejarah :

Tahun, 1969 F.Sangster dan K. Teer dari Philips Research Lab menemukan Bucket-Brigade Device (BBD). Alat ini pada dasarnya mentransfer paket muatan dari satu transistor ke transistor lain.

Pengembangan dari konsep ini akhirnya dilakukan oleh Willard Boyle dan George Smith dari Bell Laboratories. Bedanya kali ini merupakan transfer muatan dari satu kapasitor ke kapasitor lain, dan diberi nama CCD.

Awalnya didesain untuk memori, tetapi akhirnya ditemukan bahwa CCD sensitif terhadap cahaya, sehingga akhirnya dikembangkan sebagai sensor visual.


Definisi :

Integrated Circuit (IC) yang sensitif terhadap cahaya dan mampu menyimpan dan menampilkan data dari sebuah gambar dengan cara tiap pixel dari gambar dikonversi ke dalam bentuk muatan elektrik dengan intensitas yang sesuai dengan spektrum warna. CCD mempunyai sejumlah besar (mungkin 1000) gerbang/gate yang berjarak dekat, di antara sumber dan drain, sehingga susunan demikian dapat dibuat komponen yang berfungsi sebagai register geser. CCD merupakan peralatan unipolar.

Operasi arus searah (dc) dari CCD tidak mungkin dilakukan. Pembawa-pembawa yang ditimbulkan secara teknis terperangkap dalam kanal energi potensial yang kosong dan pada saat yang sama merubah keadaan logika dari 0 ke 1. gejala perubahan ini dinamakan pengaruh arus gelap yang dapat menentukan batas bawah frekuensi clock (50 Khz – 1 Mhz). Sel CCD tidak memerlukan daya yang stationer, karena daya didisipasikan hanya untuk pengisian kapasitansi sel aktif. Akibatnya batas atas dari frekuensi clock (1 sampai 10 Mhz) mungkin dapat ditentukan oleh disipasi daya maksimum yang diperkenankan.


Struktur CCD :

Peralatan kopel muatan tidak dapat dirakit dari komponen-komponen diskrit, karena suatu kanal kontinu tunggal diperlukan untuk mengkopel antara daerah di bawah elektroda-elektroda. Gerbang-gerbang arus dipisahkan oleh jarak yang sangat sempit (sekitar 1 μm). Celah yang sangat sempit ini sangat sulit sekali dietsa secara handal karena adanya ketidaksempurnaan kedok (mask), cacat pada fotoemulsi, partikel debu dan sebagainya.


Organisasi Memori CCD :

Pengingat CCD menjembatani pebedaan antara RAM dan pengingat piringan magnetik berkala tetap (disk). Pengingat CCD lebih murah dibandingkan dengan RAM, tetapi waktu aksesnya lebih lambat karena operasinya secara seri.


Tiga (3) Organisasi yang Umum dipergunakan :

a. Operasi yang berliku-liku (Serpentive)

Suatu organisasi sinkron di mana data digeserkan dari sel satu ke sel berikutnya, yang panjang pada konfigurasi register geser resirkulasi. Perpindahan sel satu ke sel berikutnya sangat efisien.

b. LARAM (Line-Adressable Random Acces Memory)

LARAM adalah organisasi yang dioptimasikan untuk memberikan waktu akses yang singkat. Organisasi ini terdiri dari sejumlah pengingat resirkulasi CCD singkat yang bekerja secara paralel, yang meliputi baris-baris masukan dan keluaran yang umum.

c. Organisasi SPS (Seri-Paralel-Seri)

Konfigurasi ini menggambarkan suatu bentuk masukan bit yang di susun secara paralel lalu disimpan ke dalam register vertikal dan dipindahkan ke register keluar horisontal lalu keluarannya digeser secara seri dan kemudian masuk ke dalam sistem. Beberapa keuntungan dari SPS adalah daya yang rendah, hilangnya penguat geser di dalam, kapasitansi clock yang rendah, dan kecepatan yang sangat tinggi.


Cara Kerja CCD :

• Lensa menerima cahaya dan meneruskan ke CCD
• Fotodioda pada CCD merespon cahaya yang mengenainya. Cahaya ini direspon fotodioda dengan menghasilkan muatan sesuai dengan spektrum warna yang diterimanya.
• Muatan tersebut akhirnya ditransfer ke kapasitor. Dan tiap kapasitor dapat mentransfer muatan listrik dari satu kapasitor ke kapasitor lain.
• Muatan listrik tersebut masuk ke analog signal chain untuk diolah di ADC. Semua proses ini dikontrol oleh sebuah clock signal.

Contoh Aplikasi :

* Kamera digital
* Scanner
* Barcode reader
* Sensor Visual untuk Robot