Джакония В.Е. и др. Телевидение (2-е изд., 2002) (1143030), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Перемещение зврндовых пякетов в трехфяхном сдвнговом регистре: а — гргвуазния Вггнггрг Л вЂ” яхгллвяее тахтемх хвагреяи и г — тгвлххвн Черна тпеевмхяхвх як пульаи О~ иу Ол зт йт лл р~ а) 1ьи ау З, Ьтйх|1 О, О, гзт гОг г01 Рис. 6.1а. Перенос зарядовых пакетов путем перемещения потенпнялов элек- тродов двух рядом респоломениых МОП-кондеислторов а) окисла.
Таким образом, выбирая значения напряжения затвора, плотность примеси и толщину слоя окисла, можно эффективно управлять глубиной потенциальной ямы. Время жизни потенциальной ямы ограничено паразитным процессом термогенерации неосновных носителей, так как в кремнии при данной температуре всегда генерируются пары электрон-дырка, которые под действием электрического поля разделяются: основные носители "отгоняются" в толщину, а неосновные — накапливаются, заполняя постепенно потенциальную яму. Накопление в потенциальных ямах термогенернрованных носителей является паразитным процессом.
Время, необходимое для заполнения потенциальной ямы из-за термогенерацнн, называется временем релаксации. Следовательно, промежуток времени, существенно меньший по сравнению со времейем релаксации, может быть использован для хранения в потенциальных ямах зарядовых пакетов, несущих информацию о значении полезного сигнала, а МОП-конденсатор может служить элементом, запоминающим информацию, представленную зарядом потенциальной ямы. Таким образом, максимальное время хранения зарядовой информации 1„, а следовательно, и минимальная частота работы цифровых н аналоговых устройств на ПЗС определяются процессами накопления паразитного заряда в потенциальной яме. Зарядовый пакет в ПЗС может быть введен электрическим путем или с помощью световой генерации.
При световой генерации фотоэлектрические процессы, возникающие в кремнии, приведут к накоплению неосновных носителей в потенциальных ямах. Накопленный заряд пропорционален освещенности и времени накопления. Направленная передача заряда в ПЗС обеспечивается расположением МОП-конденсаторов на столь близком расстоянии друг от друга, что их обедненные области перекрываются и потенциальные ямы соединяются. При этом подвижный заряд неосновных носителей будет накапливаться атом месте, где глубже потенциальная яма(рис.6Л6).
На металлические электроды расположенных рядом двух конденсаторов поданы положительные потенциалы У, и 0 В начальный момент потенциал (7, ) (7 В образовавшуюся глубокую потенциальную яму левого конденсатора может быть помещена зарядовая информация (рис.б. (бгц). Затем потенциал левого электрода уменьшим, а потенциал правого — увеличим. Тогда под правым электродом образуется глубокая потенциальная яма, в которую перетечет зарядовый пакет, помещенный ранее в потенциальную яму левого конденсатора (рис.б.!б,б).
Следовательно, изменяя определенным образом потенциалы на электродах близко расположенных конденсаторов, можно направленно перемещать зарядовую информацию. Динамику перемещения зарядовых пакетов можно проследить на примере трехфазного сдвнгового регистра — устройства, состоящего из цепочки МОП-конденсаторов. Сдвиговым регистром управляют по трехтактной схеме. Каждый электрод прибора подключен к одной нз трех тактовых шин с фазами Ф„Фь Ф, как показано на рис 6.
(7. Один элемент сдвигового регистра состоит нз трех ячеек МОП-конденсаторов. В течение первого такта работы (момент 1,) на электроды фазы Ф, подано положительное напряжение С' Под этими электродамн образуются потенциальные ямы, в которых могут накапливаться н храниться заряды, образованные неосновными носителямн. Это может происходить как в результате воздействия светового излучення— тогда заряды будут носителями полезной информации, так н вследствие паразитного процесса термогенерацни. Прн этом термогенерированные заряды составляют паразитную добавку к информационному заряду н являются источником темнового тока сигнала изображения.
Время хранения зарядов 1, равно времени действия напряжения (/э а режим работы ячейки под электродами фазы Ф, в это время назы- вается режимом хранения. В момент (а(второй такт) на электроды фазы Ф подается напряжение Уа, значение которого превышает в 1,5...2 раза напряжение У Это напряжение называется напряжением записи. Оно вызывает появление под электродами фазы более глубоких потенциальных ям, в которые н перетекают электроны из-под электродов фазы Фг Режим, прн котором электроны перетекают из одних потенциальных ям в другие„называется режимам записи.
В момент 1а(третий такт) напряжение на электродах фазы уменьшится до значения (Л соответствующего режиму хранения, а напряжение на электродах фазы Ф уменьшится от значения Уя до Уп что предотвращает возврат зарядового пакета под электроды фазы Фо Из рнс617а видно, что перенос зарядовых пакетов произойдет слева направо, так как под электродами фазы Ф, потенциал остается низким, равным ()е Такой направленный перенос зарядовых пакетов является одним нз достоинств трехтактных регистров. В регистрах, работающих подвухтактиой схеме, направленный перенос зарядов приходится обеспечивать путем усложнения структуры ПЗС.
Последовательность смены потенциалов на тактовых группах показана на тактовой диаграмме (рис.6.17,б), на которой форма управляющих напряжений для трехтактной схемы идеальна. Однако для повышения эффективности переноса зарядов тактовые импульсы, подаваемые на электрод, должны перекрываться и иметь пологий фронт,чтозадерживает уменьшение глубины(схлопывания) потенциальной ямы.
Поэтому практически для управления используют импульсы трапецеидальной формы (рис.6.17гв). При этом остатки заряда (последние носители) успевают перетечь в соседнюю потенциальную яму, и в результате повысится эффективность переноса заряда. Фотоэлектрические преобразователи изображения на ПЗС делятся на два класса: линейные (одномерные) и матричные (двумерные). В линейных ФЭП фоточувствительные элементы расположены вдоль одной линии, обычно строки, и формируют одномерное изображение объекта.
Такие однострочные ФЭП могут быть использованы при контроле за технологическими процессами производства, при специальном анализе и анализе оптической плотяости макро- и микрообъектов. Однострочные ФЭП могут быть использованы н для получения двумерного изображения. В этом случае необходимо перемещение ФЭП или объекта в направлении, перпендикулярном направлению строчной развертки. Твердотельным аналогом передающей трубки с электронным сканированием по строке и кадру является матричный формирователь сигнала изображения. Он представляет собой двухкоординатный массив светочувствительных элементов, осуществляющих электронное сканирование по координатам к и у. При проектировании такой двухкоординатной матрицы решается вопрос организации ее считывания.
Существует несколько способов генная нинетту апе осе Рнс. 638. Скосов организации покаиро- вого считывания гееигег «еаюаеге йагныное дсеаяагопзе 131 организации считывания матричных формирователей. Наиболее предпочтительна организация с кадровым переносом (рис. 6.18). Характерной ее особенностью является наличие секции хранения или памяти, которая защищена от света и равна по площади секции накопления — фотоприемной секции. Накопленные заряды фотоприемной секции за время обратного хода по кадру последовательно сдвигаются в секцию хранения.
Во время накопления в фотоприемной секции следующего кадра информация изсекции хранения построчно передается в секцию переноса заряда — сдвиговый регистр. Сдвиг строк в секцию переноса осуществляется во время обратного хода горизонтальной развертки. Затем зарядовые пакеты строки поэлементио выводятся сдвиговым регистром к выходному устройству, преобразующему заряды в сигнал изображения.
После считывания всей видеоинформации из секции хранения начинается перенос следующего кадра. Одним нз основных достоинств покадрового считывания является устранение эффекта смазывания изображения, так как зарядовая информация считывается из защищенной от света секции хранения и дополнительной засветки при сканировании не происходит. При покадровой организации просто осуществляется чересстрочное разложение изображения, проста также электродная структура, что позволяет компактно расположить ячейки матрицы. Принцип покадрового переноса удобен для освещения матрицы со стороны подложек, что позволяет удвоить квантовую эффективность прибора и получить более равномерную характеристику спектральной чувствительности.
На рис.6.19 приведена схема серийно выпускаемой отечественной промышленностью матрицы ПЗС с числом элементов 288х232, работающей с покадровым переносом накопленной информации и трехтактиым регистром управления. Матрица содержит фоточувствительную секцию накопления, состоящую из 144х232 элементов, секцию памяти, состоящую нз 144х233 элементов, сдвиговый регистр на 235 элементов и выходное устройство, состоящее из двух транзисто- аааяиантелыье стол-канав ат вал алл Па аж ача Фаа аатй1о Рмс.
6.!Ц Схемы матрицы ПЗС ров. В состав выходного устройства входит также вспомогательный регистр, с помощью которого компенсируются' помехи от тактовых импульсов. Как видно из рисунка, для усиления сигнала изображения с матрицы используется дифференциальное устройство, в котором происходит компенсация тактовых импульсов, поступающих на его входы в противофазе.
Матрица с покадровым переносом позволяет легко реализовать чересстрочное разложение изображения. Для этого в течение длительностей нечетных полей накопление производится под электродами Ф,, а в течение длительностей четных — под электродами фазы Ф,. Во время обратного хода по полям зарядовая информация нечетного поля переносится в секцию хранения (памяти).
В период следующего четного поля в режим накопления переводятся электроды фазы Фь и в секции накопления начинается новый цикл работы. В то же время из секции хранения последовательно, строка за строкой, переносятся все строки нечетного поля в выходной (сдвиговый) регистр, который сдвигает элементы строки один за другим к выходному устройству. Перенос зарядов отдельных строк из секции памяти в сдвиговый регистр осуществляется во время обратного хода строчной развертки, а выход зарядов строки из регистра в выходное устройство— во время прямого хода строчной развертки. Таким образом, в матрице с покадровым считыванием перенос зарядовых пакетов к выходному устройству осуществляется в три !Зс приема: 1) перенос из секции накопления в секцию памяти; 2) перенос нз секции памяти в сдвиговый регистр; 3) перенос из сдвигового регистра в выходное устройство.
Нетрудно видеть, что число переносов для разных элементов кадра будет различным. Максимальным оно будет для первого элемента верхней строки и минимальным — для последнего элемента нижней. Максимальное число переносов для одного зарядового пакета нетрудно подсчитать. Для покадровой организации считывания по трехтактной схеме сдвига число переносов й! =2-За+2п, где г — число строк; и — число элементов в строке. В приведенном равенстве первый член учитывает число переносов по кадру, а второй — число переносов вдоль строки. Подставляя параметры вышеприведенной матрицы, получаем !х' = 2.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
