Um Dispositivo de Carga Acoplada (CCD) é um circuito integrado sensível à luz que converte fótons em sinais eletrônicos — o "filme digital" das primeiras câmeras digitais e de muitos imageadores científicos.
Fótons incidentes atingem uma camada epitaxial de silício, criando pares elétron-buraco. Cada pixel (fotossítio) age como um poço de potencial, acumulando elétrons proporcionalmente à intensidade da luz. Mais luz = mais carga.
Durante a exposição, a carga se acumula no poço de potencial de cada pixel, definido por tensões de clock nos gates. Este tempo de integração = velocidade do obturador. CCDs se destacam aqui: fator de preenchimento near-100% (mínimos gaps entre pixels) e baixa corrente escura = excelente sensibilidade.
Após a exposição, tensões de clock mudam sequencialmente, movendo pacotes de carga linha por linha em direção a um registrador de saída serial — como uma brigada de baldes. Esta transferência acoplada de carga dá nome ao dispositivo. Eficiência de transferência >99,999% por pixel é crítica.
O registrador serial desloca a carga de cada pixel para um amplificador de saída (difusão flutuante + source follower), convertendo carga em tensão. Um ADC externo digitaliza isso em valores brutos de pixel.
| Característica | CCD | CMOS |
|---|---|---|
| Ruído de Leitura | Muito baixo (2–5 e⁻) | Baixo (1–3 e⁻ moderno) |
| Corrente Escura | Muito baixa (resfriado: ~0,001 e⁻/pix/s) | Maior (mas melhorou) |
| Fator de Preenchimento | ~100% (sem transistores no pixel) | 30–80% (a menos que BSI) |
| Consumo de Energia | Alto (drivers de clock, ~watts) | Baixo (faixa de mW) |
| Velocidade | Mais lenta (leitura serial) | Rápida (leitura paralela por coluna) |
| Blooming | Severo (transbordamento de carga) | Controlado (gates anti-blooming) |
| Custo | Maior (fab especializada) | Menor (fab CMOS padrão) |
Embora o CMOS tenha superado as câmeras consumer, CCDs permanecem o padrão ouro para imageamento de ultra-baixo ruído e alta fidelidade onde fótons são preciosos.
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