Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 150
Текст из файла (страница 150)
4а 4, Функциональная полупроводниковая электроника 701 Различают цифровые, аналоговые и фоточувствительные ПЗС. К впало~оным ПЗС следует отнести линии задержки (ЛЗ), фильтры, аналоговые процессо1зы. Линни заг)сржхи выполняю~ функцию задержки сигналов. Для приборов ПЗС линия задеря<ки или регистр сдвига являюзся базовым элементом (рис, 4.11, а). !'азличают последовательные, параллельные и последовательно-гираллельные линии залержки. В ЛЗ с последовательной организацией зарядовые пакеты последовательно сдвигшотся через все )1 элементов ПЗС 1рис. 4.11, б). Время залержки определяется тактовой частотой )т и числом элементов Л' )к)аксимальная ширина полосы проиускания аналоговою сигнала равна половине значения тактовой частоты ф'=-у') 2.
Такая просгая организация ЛЗ при )к'и 10 + 10з позволяет получить небольшую задержку сигнала. Для получения большей задержки используется последовательно-параллельная организация ЛЗ (рис. 4.11, г). Информационный поток последовательно вводится с частотой у) во в:одную последовательную секцию и после ее заполнения вся строка параллельно сдвиг зтся в нижний регистр. В выходной секции зарядовые пакеты в последовательной фор- передаются на выход, воспроизводя исходный сигнал. нзия задержки на ПЗС-структурах позволяет регулировать задержку сигнала в пределах с звуковых частот до частот телевизионных и радиолокационных сигналов.
б) а) в) в) Рнс. 4.11. Конструкция линий задержек на ПЗС " гшры на ))ЗС являются дискретно-аналоговым прибором и служаз для частотного вс деления сигналов, определенного полосой пропускания. Входной сигнал в ннх дискре- ?02 Часть У(У. Функциональная элекгрони„ тизируется во времени или представляется совокупностью значений (отсчетов, выборок) Выборки обрабатываются в фильтрах по определенным правилам. Различают трансверсальные, рекурсивные фильтры, а также корреляторы, в которых снг нал обрабатывается по определенным правилам. ?ранеаереальпие рсьчьтрьс па ПЗС реализуются на основе ЛЗ с отводами, имеющими различные весовые коэффициенты в соответствии с требуемой полосой пропускани„ (рис. 4.12, а). Взвешивание сигнщюв в фильтрах осуществляется с помощью разделена„ элементов иа две части. Величина зарядового пакета делится просгорционально площад„ электродов.
Суммирование взвешенных сигначов осуществляется с помощью тактовых шин, на которые подаются идентичные тактовые импульсы. Протекающие токи считыва ются раздельно, и разность сигналов усгщивается лифференциальным усилителем (ду) Такая конструкши называется трансверсачьным фильтром и имеет точность взвешивания 1 — 2%. Трансверсальный фильтр может производить операцию свертки (У,(У) *(У,(У) входного сигнала (У;(У) с импУльсной хаРактеРистикой фильтРа УУз(У). тРансвеРсальный фильтр не имеет обратных связей. Такой фильтр получается путем соединения выхода трансверсыьного фильтра через цепь обратной связи со входом.
Рекурсивные филыры на ПЗС содержат несколько ЛЗ и внешние обрамляющие схемы. Корреляторы предназначены для перемножения двух аналоговых сигналов, например, входного сигнала (у(у) и опорного (у(у + г), т. е. (у(у)х(с(у + г). коррелятор конструктивно состоит из двух линий задержки на ПЗС с отводами, подключенными к умножителям и сумматору (рис. 4.12, б). Один входной сигнал вводится в ЛЗп и там хранится, другой— в ЛЗ,. Сигналы с соответствующих вводов перемножаются, суммируются и на выходе формируется свертка двух сигналов. а) Рис. 4.12.
Использование пиний задержки в качестве фильтра (а) и коррелятора (б) Тенденция развития фильтров на ПЗС будет идти по пути расширения универсачьиост ' ости, улучшения характеристик, а также максимальной интеграции электронного обрамлени~.
° стем ы На аиачоговых устройствах можно построить сложные многофункциональные сиота я высо обработки аналоговых сигналов — просгессоры. диалоговые процессоры являются а ноет» копроизводительными, имеют мачые габариты, массу и низкую потребляемую мощи г алии. высокую надежность, характеризуются высокой счепеныо функциональной интеср чьные К аньщоговым процессорам относятся, например, программируемые трансверса. ми" фильтры, у таких фильтров весовые коэффициенты программируются с помощью ропроцессора, спектия Фопсочуестпеительтпе прьбори с зарядовая есзлзсно (Ф!)ЗС) являются весьма персс1 ными процессорами 4. Функциональная полупроводниковая электроника 703 в) Рис. 4.1З. Конструкции линейных ФПЗС: а — без разделения областей накопления и передачи, б — с дополнительным регистром сдвига б) Линейные ФПЗС используются в системах, где движется объект либо сам прибор.
В на- стоящее время разработаны линейные ФПЗС, имеющие 2048 элементов разложения с з з шагом 12 мкм, интегральную чувствительность - 5х10 В м !Дж, динамический диапазон 60 — 70 дБ на частоте вывода информации 20 МГц. ЛУатрлчлые ФПЗГ представляют собой фоточувствительные приборы с переносом заря-' да, в которых фоточувствительные элементы организованы в матрицу по строкам и столбцам, За один период интегрирования матричный ФПЗС преобразует в электрический сигнал один кадр оптического изображения.
В этом приборе зарядовые пакеты передаются на выход путем перемещения потенциальных ям, вызываемого периодическим изменением амплитуды управляющих импульсов. В конструкции ФИЗС с кадровой организацией различают секцию накопления, секцию хранения, входные и выходные регистры сдвига (рис. 4.14). Секции накопления и хране- "ня образуются трсхфазнымн поликремниевыми электродами, имеющими, например, 288 строк н 360 столбцов каждая В малокадровом режиме изображение можно проектн- ровщь на обе секции. Все регистры имеют идентичные входные устройства, работающие по методу уравнения потенциалов инжекцин — экстракции.
ФПЗС является излелием функциональной электроники, предназначенным для преобразования оптического изображения а электрический сигнал, действие которого основано на формировании и переносе зарядовых пакегов под действием света по поверхности или внутри полупроводника.
Различают линейные и магри шые ФПЗС. В лияейлых ФПЗС фоточувствительные элементы расположены в один ряд. За один период интегрирования линейный ФПЗС воспринимает изображение и преобразует в электрический (цифровой) сигнал одну строку оптического изображения. В режиме накопления информации в потенциальных ямах ФПЗС накапливаются фотогенерированные зарядовые пакеты, а затем эти фоточувствительные элементы используются для транспортировки зарядовых пакетов к выходу.
Эта конструкция линейных ФПЗС проста, но в ней происходят искажения сигншюв за счет засветки в процессе сканирования!рис. 4.13, а). Целесообразно разделить функции накопления и сканирования. С этой целью вводят дополнительный регистр сдвига )рис. 4.13, б) н разрешающий затвор. Фотогенерировапные зарядовые пакеты формируются в фоточувствительных элементах секции накопления. Затем на разрешающий затвор поступает отпирающсе напряжение, и весь массив информации параллельно переносится в соответствующие элементы регистра сдвига, защиьценного от света. На следующем периоде накопления формируется новая конфигурация зарядовых пакетов, а предыдущие пакеты передаются на выхол.
В таком приборе устраняется влияние засветки. Часть (К гдункциональная электроника 704 Рис. 4д4. Схема матричной ФПЗС с межквдровым вычитанием' 1, 2, 3 — регистры, 4 — секция накопления; о — секция хранения Обычно обработка видеосигналов ведется внешними устройствами на дискретных эле.
ментах. В приборах с зарядовой связью заложены возможности обработки видеосигнала непосредственно в кристалле. В этом случае можно говорить о встроенном процессоре который может производить межкадровую обработку видеосигнала, подчеркивание контуров, устранение точечных дефектов, распознавание образов. Друпзми словами, процессор представляет собой устройство функциональной электроники, осуществляющее про. цесс одномоментной обработки большого информационного массива в реальном масштабе времени, С целью выделения информации о движу1цихся обьектах на сложном стационарном фоне стараются подавить изображение его стационарных частей в обоих полукадрах.
Режим работы ФПЗС состоит из следующих циклов. Информация в виле бго калра накапливается в секции нако1а1ения, а затем переносится в секцию хранения; информация (1 е 1) кадра накапливается в секции накопления и происходит синхронная передача зарядов йго и (1 ь 1)-го калров на выход через регистры 2 и 3. Таким образом, матричная структура запоминает оба кадра видеоинформации и одновременно выводит их на дифференциальный усилитель, в котором происходит поэлементное, межкадровое вычитание. Операция межкадрового вычитания может быть предстающие в виде: Л(I'(г) = Ь" (г ь уз Тк) - (р(1), гле (Р(г) — в11леосигнал )-го элемента текущего кадра; (/ (г е пТх) -- видеосигнал ).го элемента, задержанный на время, кратное времени кадра Тк, и — целое число; Л()(1) вилеосигнал межкадровой разности 1-го элемента.
Таким образом, реализован режим оо работки разностпой информации в большом информационном массиве. Существует также фоточуесэиеительиый прибор и эаряооиой икжекг1ией (ФПЗИ), в "о кото- ента с Ром перемещение зарядового пакета происходит внутри фоточувствительного элемент имеют последующей инжекпией в подложку или область стока заряда. Такие структуры нк следующие достоинства: практическое отсутствие потерь передачи; возможность иш вдоль 1О ЛО зования в качестве фоточувствительных элементов фотодиодов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
