Precision TCD1304 — описание и характеристики

Общее описание

TCD1304 — это линейный ПЗС-сенсор (CCD linear image sensor) производства Toshiba, широко используемый в спектрометрах, оптических анализаторах, сканерах и любительских/промышленных спектрографах. Благодаря высокому динамическому диапазону, низкому уровню шума и простому интерфейсу управления стал де-факто стандартом в бюджетной и средней спектроскопии (в т.ч. в проектах с Arduino/STM32).

Прецизионные модули/сборки на базе TCD1304 (например, «Precision TCD1304» от ряда производителей) — это готовые линейные CCD-линейки с драйверами, иногда с интегрированной оптикой (щель, коллиматор, дифракционная решётка), предназначенные для сборки спектрометров.

Технические характеристики TCD1304

| Параметр | Значение | |---|---| | Тип сенсора | Линейный ПЗС (CCD), FF (full frame transfer) | | Число пикселей | 3648 (активных), + 32 «dummy» + 14 экранированных | | Размер пикселя | 8 мкм × 200 мкм | | Общая длина активной области | ~29,2 мм | | Спектральный диапазон | ~200–1100 нм (без УФ-оптики), пик 500–600 нм | | Чувствительность | высокая в видимом и ближнем ИК | | Насыщение | ~100 000 e⁻/пиксель (типично) | | Тёмный ток | низкий, требует охлаждения при длинных экспозициях | | Частота считывания | до 2 МГц (типовая), до 4 МГц в некоторых конфигурациях | | Напряжения питания | +5 В (логика), +3 В / +5 В (аналог), тактовые ± | | Тактовые сигналы | φM (master), φ1, φ2, ICG, SH, RS | | Выходной сигнал | аналоговый, ~1 В диапазон (после буфера) | | Шум считывания | ~ несколько e⁻ RMS при коррелированной двойной выборке (CDS) | | Динамический диапазон | ~ 3000:1 (типично) | | Корпус | 22-pin DIP / керамический | | Рабочая температура | −25 … +70 °C |

Обозначения выводов (основные)

• φM — мастер-такт (Master clock)
• φ1, φ2 — двухфазные такты передачи
• ICG — Input Clock Gate (управление интеграцией)
• SH — Sample & Hold (затвор выборки)
• RS — Reset gate
• OS — Output Signal
• OD — Output Drain
• VDD / VSS — питание

Парт-номера и варианты

Оригинальный сенсор:

• TCD1304AP — базовая версия (керамический DIP-22)
• TCD1304DG — версия в пластиковом корпусе (DIP-22), наиболее распространена
• TCD1304AP-1 / TCD1304DG-1 — версии с улучшенными параметрами

Модули и сборки «Precision» (типовые обозначения у разных изготовителей):

• Precision TCD1304 Module (с драйвером и АЦП)
• TCD1304 Breakout Board (для Arduino/STM32)
• TCD1304 + diffraction grating spectrometer kit
• TCD1304 Y-RAM/AD-модули (с внешней логикой управления)
• TCD1304 с USB-интерфейсом (FTDI/STM32), маркируется продавцом также как «precision linear CCD» — точный парт-номер зависит от вендора (например, «Precision TCD1304 Rev.A/B/C»).

Внимание: оригинальный парт-номер TCD1304DG снят с производства Toshiba (end-of-life), на рынке преобладают реплики/аналоги от третьих производителей. Перед заказом уточняйте у поставщика реальную ревизию.

Совместимые модели и применения

Сенсор TCD1304/модули на его основе встречаются в:

Спектрометрах:

• Ocean Optics USB2000 (модификации с TCD1304 — ранние ревизии и клоны)
• STS-серия (аналоги)
• Hamamatsu mini-spectrometer (некоторые бюджетные модели-аналоги)
• DIY-спектрометры: Public Lab, Thunder Optics, Ibsen, Wasatch Photonics (младшие)
• Спектрометры на платформе Arduino/STM32: TCD1304-based DIY spectrometer (Elmar/OpenSpectrometer)
• Клоны «USB2000-compatible» на Alibaba/LCSC

Другие применения:

• Оптические сканеры и считыватели штрих-кода
• Устройства сортировки по цвету/спектру
• Анализ флуоресценции и абсорбции
• Лазерная спектроскопия (LIBS, Raman низкого разрешения)

Совместимые драйверы/платформы:

• Arduino Due/Nano (через external counter/GPIO)
• STM32F4/F7 (архитектура «TCD1304 + STM32»)
• FPGA (Xilinx/Intel) для высокоскоростного считывания
• FTDI FT2232H (с прошивкой логики + аналоговый буфер)
• Прецизионные АЦП 16 бит (AD7621, ADS8509) для максимального динамического диапазона