Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения (1998) (1142168), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В процессе передачи взображеввя (переклочатель свгвала взображевия в положения П вЂ” рвс. 4.19, 6) ввдеосвгвал с выхода преобразователя поступает ва вход электронного коммутатора, ущивмемого свгваламв модуля памяти коордвват. Таким образом осуще- ствляетса разделевве во времеви видеосигнала ва три цветоделеввьп. Истествевво, вьподпые каскады коммутатора должвы содержать ввзкочастотвые фильтры влв другве устройства, формирующие авалоговые влв цифровые цветоделенные сигналы Еа, Ев. Ев.
1 ах поивооы с зааядовой связью Приборы с переносом заряда (ППЗ), появввпшеся в ловце 60-х годов, вжали широкое првмевенве в электроввхе как устройства памати, обработкв цифровой в авалоговой ввформацвв, мультвплексвроваввя свгвавов в др., однако вавбольшвй эффект был получев при вх использовании в качестве преобразователей изобраэкеввя. По прввцвпу действм ППЗ можно разделить ва две группы: яриборы е зарядовой евлзвю (ПЗС) в вроборы е зарядовой иняеех~аей В ПЗС реалвзуется прющвп самоскаввровашш, т. е. направленного перемещеюш наколлеввых зарядов вдоль цепочки элемевтарвых накопителей зарядов.
В ПЗИ вместо последовательного переноса зарядов к выходу устройства попользуется единичный перепое заряда от каждого накопительного элемента в параллельное считывание ввформацвв в поле взображенм. Приборы с зарядовой ввжекцвей существевво отлвчаются от ПЗС более словжой структурой системы вывода свгвала взображеввя, что првводвт к большой выходной емкосгв прибора. Основой ПЗС явлжтся конденсатор со структурой металл — оксвд — полупроводник (МОП-копдевсатор), способвый хравкгь ивформацвоввые пакеты зарядов, сформвровавные под воздействием света вли инжеюгвв через р-в-переход.
Цепочка вз МОП-конденсаторов, свазаввых друг с другом, передает зарядовые пакеты под воздействвем управляющвх вапряжеввй от одного элемента структуры к другому до выхода, где зарядовые пакеты преобразуются в потенциал влв ток. К достоввсгвам ПЗС структур относятся: возможность непосредственного преобразовании светового потока в зарядовые пакеты в способность храюпь зарядовую ввформацвю; способность вагуавленной передачи зарядовой информации в преобразовании ее в свгвал взображеввя прв точном соблюдевви геометрия точечного растра (коордвваты элементов фиксируются с точностью, превьппающей 0,5 мкм); высокое быстродействшй возможвость обработки ввформацвв вепосредствевпо ва матрвце; высокая степевь внтеграцвв, малая потребляемая мощность в габариты; 5 г. в.
Быкав 129 высокая механическая прочность, стойкость к вибрациям п злектромапппвым воздействвям, надежность и большой срок службы. Непосредствеввымв предшествеввихами преобразователей на ПЗС-структурах являются матричные фотодиодные преобразователи с юорднватвой выборюй сигналов изображения (см. з 3.1, рис. 32, а). Внедрению этих приборов в телевизионную технику прешпствуют помехи на изображении, вызванные большой емкоап ю счвтываюп1вх шин и разбросом ее значений дла разных участков матрицы. Как праввао, в ПЗС-преобразователях вывод сигнала осущеагвляапж через одни выход. Как н фотодиодвые преобразователи, ПЗС делатся на линейные н даумернью (матрацы).
Лвнейвые ПЗС содержат ряд фоточувствительных элементов, т. е. передают одну строку изображения. Для передачи двумерной сцены используют перемещение передаваемого изображены поперек строки (например, в системах телекиюпроекции кинопленку непрерывно перемещают относительно ПЗС-линейки) или линейный преобразователь перемещают относительно сцены (например, в системах сьемки поверхности Земли сканирование по одной координате осуществляется за счет движения носителя). ПЗС.структуры часто используют как устройства сопряжения информации систем с разным быстродействием, логические устройства обработки цифровых свгналов, липни задервхн с ржхпирением или сжатием свгналов н др.
В таках устройствах првмевяют электрический ввод сигнала. Прпщы действии ПЗСнреобрвзеватеяай. Активной ячейкой, осуществляющей преобразование светового потока в элеатрпчюкий заряд, является МОП-ювденсатор (рнс. 4.З). В качестве основы в вей используют подложку — слой полупроводника, например вз р-кремния. Термическим окислением на ае поверхности формируют слой окскда, явяяюпшйся двэлектриком, на который наносят проводяпшй электрод. Если между электродом н подложкой приложить положительное напряжение (у„то в результате дейсгввя злактрического поля под электродом образуется зона, обедненная освовнььщ носителями (условно обведена пунктиром в рассматриваемом варианте для дырок). г Энарктические диаграммы МОП- структуры для этого случая приведены па рис.
4.21 а — б (19]. По вертикальной оси отложена полная эвергы электронов Е, (с учетом потенциальной энергии электроюв в электрическом поле), а по горвзонтальной — рзсстояРас. 4.20. Эхснсвтараи шсяса ние (координата х в направлении ме- МОН.СтРУХтУРба талл — окснд — полупроводник); сс~' с' ~~,'а'са ~~ 0!, — поверхностный потенциал. В об- !За Ряс. 421. Эасггссачссааа диаграмма МОП<тРустува ляя тРек сссссюсй: с — с савве, б — сба ссассссса с — с сбъсссам с~>асса' 1 г — сссусбсасдввс ртсса, б — мссва. б — с!Ьессса ссссс разовавшейся потенциальной яме происходит наяоплевие неосюввых носвтелей заряда — электронов, образуемых в результате фото- или термоэлектронной эмиссии.
По мере накопления иеосновных носителей энергетическая диаграмма изменяется: величина 0!, уменьшается, как показано на рис. 4.21, а, б. Таам образом, если ячейка освещена, то у поверхности полупроводника образуютса пары носителей заряда электрон — дырка. Элштропы звполваот потащнальную яму, прнчем заряд, ыюплеввый за определенное время, пропорцвонален освещенности.
Распросгрвлавве области потенциальной ямы вдоль грашщы раздела поаупроводник — окснд огрнаичнваатси областями полупроводника р+-типа со степенью легироваввя на насколько порядюв выше, чам в основной массе подложки, — так называемыми областями стоп-диффузии (ва рис.
420 показана штриховкой). В областах стоп-диффузии поверхностный потевцнал ва гранвце раздела ожжд — полупроводпнк близок к нулю. Характеристика накоплены заряда в наюпительной ячейке МОП-ювденсатора илшострврует рис. 4.22 [19), где показано, как пзмеыется поверхностный потенциал 4!, (в отюсвтельвых едввицвх) по мере накоплены заряда Д. На том жа графике приведена зависимость ширины хб обедненного слоя от накопленного заряда. Характер зависимостей 41, н хб от Д определяется физическими характеристиками материала и коиструкппн МОП-конденсатора, в часпюсти ювцептрацюй легнрующай примеси и толщиной слоя оксида.
Рассмотрим механизм пакоплевпя заряда в ячейю МОП-конденсатора с учетом изменения потевцвала (), во времени. Процесс 13! 4 22 б Ре Ф / г,ьыет те/Рз йг це йг рве. 422. Хареатерзспва каковаевак зарева а ваковатеаьвой ачейза МОП-коадаавтора Рве. 4Л. Лазейка вз МОП-ковдеаеатороз (ой доиреммы вотвьваздов дкк рзззаевыз момеатоа зремеаа (6 — г) в зрезаввые двар (Рй г-ззмтродм, 2 — евма У вЂ” аод- Рл Цг Рзг ,) образованна потенциальной ямы начннается после подачи ва проводщцвй электрод МОПсюнденсатора положительного потенциала.
Накопление заряда в потенцвальвой яме провсходвт н прн отсутствии освещения за счет тепловой генерацнн неосноввых носителей. В заянсвмоств от температуры н свойств материалов МОП- конденсатора максвмальвый заряд в ячейке под действнем тепловых процессов может образоваться за время от сотых долей до едвнвц секунд. Исвн ограянчвть махснмальвое значение заряда, возникающего под действием тепловой генерзщвв (уровень логнческого нули), то можно определять максимальное время накопления заряда в ячейке, т. е.
нижний предел рабочвх частот вакопвтельной ячевкн. В реальных приборах прн комнатной теьшературе обычно его устанавливают равным единицам — десвткам квлогерц. Рассмотрим принципы оргввизацвн ПЗС-линеек н ПЗС-матрвц, а также механизм считывания накопленных зарядов, реализованных в этих првборах 119).
Линейка вз МОП-конденсаторов, выполненных на общей подлояоее, показана на рвс. 4.23, в. Расстоявне между электродами настолько мало, что обедненные области прв подаче на элехтрод положительного потенциала простираются практически до соседннх электродов. Значение поверхностного пстЕНЦнапа На СОответствующиХ Участках структуры для рюлнчных моментов времеви г,, г,, гз, г показано условно штриховой линией ва рис. 4.23, а — г, 132 Рассматриваемая лввейка представляет собой трехфазную структуру, электроды которой соедвневы между собой через два. Как явдно ю рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
