разделяющего пары принимающих и передающих. => Трехфазный регистр сдвига на ПЗС – единая тактовая шина, требующая одного внешнего вывода.
(См. картинки слева направо, сверху вниз)
Трехфазный регистр сдвига на ПЗС
В каждый момент времени на одной тактовой шине должен присутствовать высокий потенциал, и на другой – низкий потенциал
(потенциал барьера).
При повышении потенциала на одной шине и его снижении на другой
(предыдущей) происходит одновременная передача всех зарядовых пакетов под соседние З.
21
За полный цикл = такт на каждой фазной шине происходит передача/сдвиг зарядовых пакетов на один элемент регистра.
(На рисунке выше – как подаются напряжения на затвор в соответствии с фазой)
СТОП-каналы
СТОП-каналы – узкие полоски с повышенной концентрацией основной легирующей примеси, идущие вдоль канала переноса – для локализации зарядовых пакетов в поперечном направлении.
От концентрации легирующей примеси зависит, при каком конкретно напряжении на затворе под ним образуется обедненная область = пороговое
напряжение МОП-структуры:
Чем больше концентрация примеси, то есть чем больше дырок в полупроводнике (труднее их отогнать вглубь), тем выше пороговое
напряжение / ниже потенциал в потенциальной яме.
Поверхностный канал переноса ПЗС Граница раздела – нарушение однородности кристалла =>
возникновение разрешенных энергетических уровней в запрещенной зоне:
•освобожденные электроны попадают в следующий зарядовый пакет;
•шум переноса при распределении зарядов по ячейкам;
•фиксированные потери при переносе малых зарядовых пакетов;
•генерация темнового тока (спонтанное образование электронно-
дырочных пар).
На полную передачу заряда из одной ямы в другую требуется время (#
для ТВ стандарта – 7…13 МГц).
22
Эффективность переноса ε – величина, показывающая, какая часть зарядового пакета передалась в следующий элемент ПЗС.
Величина неэффективности η = 1 – ε.
Скрытый канал переноса ПЗС
Philips, 1972 г. – ПЗС с объемным каналом.
В приповерхностной области Si-подложки тонкий (0,3…0,5 мкм) слой с типом проводимости, противоположным подложке, с концентрацией примеси такой, чтобы он мог полностью обедняться при подаче управляющих напряжений на расположенные под ним поли-Si затворы.
Сигнальный заряд – в отдалении от границы раздела => резкое снижение влияние поверхностных состояний на процесс переноса заряда.
• Эффективность переноса = 0,999995 на частотах до 40…50 МГц.
Детектирование зарядов
В конце цепочки МОП-конденсаторов – выходное устройство
детектирования по изменению плавающего потенциала:
•Выходные устройства с плавающим затвором – плавающий потенциал устанавливается на МОП-емкости;
23
•Выходные устройства с плавающей диффузионной областью – на p- n переходе.
Стандартный Ч/Б ТВ-СИГНАЛ (ГОСТ 7845-92)
Видеосигналы строк (уровень черного – 0,33 В, белого – 1,00 В)
разделены интервалом обратного хода по строке 0,3 В (строчный гасящий интервал – возврат электронного луча к началу след. строки), во время которого подается строчный синхроимпульс 0 В. После передачи сигналы всех строк одного поля – формирование кадрового гасящего интервала.
Строчные синхроимпульсы подаются, чтобы не сбивать схемы строчной развертки кинескопа. По окончании кадрового гасящего начинается прямой ход по кадры для следующего поля.
Цветной ТВ-СИГНАЛ
Стандарты цветного видеосигнала:
•SECAM (Франция, РФ, Греция, Индия);
•PAL (Западная Европа, Азия, Австралия);
•NTSC (США, Канада, Япония, Южная Корея, Тайвань).
Ввидеосигнал дополнительно включаются сигналы цветности и цветовой синхронизации – модуляция сигнала и цветовое матрицирование.
Исходные сигналы трех основных цветов Er, Eg, Eb (красный, зеленый и синий) преобразуется в сигнал яркости Ey по формуле:
Ey = 0,299*Er + 0,587*Eg + 0,114*Eb,
а также в два цветоразностных сигнала по формулам:
Dr = -1,9*(Er – Ey);
24
Db = 1,5*(Eb – Ey).
Система SECAM
В сигнале яркости с помощью режекторного фильтра освобождается часть спектра:
Сигналы цветности – посредством частотной модуляции с построчным чередованием. Сигнал яркости + один из сигналов цветности
(накладывается на сигнал яркости методом частотного уплотнения). Два сигнала цветности передаются попеременно через строку. Второй цветоразностный сигнал получают из предыдущей строки с помощью линии задержки.
Квадратная амплитудная модуляция
Синхронизация генератора в виде сигнала-вспышки – периодов fЦП:
25
Изменяется фаза и амплитуда сигнала => повышается количество информации, передаваемой отсчетом сигнала.
Сигнал яркости:
Ey = 0,299*Er + 0,587*Eg + 0,114*Eb.
Цветоразностные сигналы:
Eu = 0,493*(Eb– Ey); Ev = 0,877*(Er – Ey).
Полный видеосигнал:
E = Ey + Eu*sin(2nfЦП) ± Ev*cos(2nfЦП),
где fЦП = 4433618,75 Гц – частота цветовой поднесущей. => 575
активных строк в чересстрочном режиме.
Цифровой видеосигнал (рекомендация МСЭ-К ВТ.656)
Частота дискретизации = 13,5 МГц – удвоенная max частота в спектре аналогового видеосигнала (6,5 МГц).
864 цифровых отсчета за время одной строки (64 мкс):
•144 отсчета – гасящий строчный импульс;
•720 отсчетов – активная часть строки.
Стандартный формат кадра 720х576 пикселов, 200-250 уровней квантования;
Согласуется с 8-разрядным АЦП и ЦАП.
26
По рисунку: DIGITAL ACTIVE LINE – активная часть строки, DIGITAL BLANKING – сигнал гашения, TOTAL LINE – полная строка, SYNC LEVEL – уровень импульсов синхронизации.
Сигналы яркости и цветности для 8-разрядного АЦП
Передача в параллельном виде с использованием 8-разрядной шины данных (базовая разрядность) с частотой передачи 27 МГц (для 16-разрядной шины данных частота – 13,5 МГц).
Схема 4:2:2: на каждые четыре отсчета сигнала яркости приходится по два отсчета каждого из сигналов цветности.
Передача видеосигнала 625 строк 50 Гц
Start of digital line – начало цифровой строки, Start of Digital active line –
начало активной части цифровой строки, Next line – следующая строка.
Цифровой сигнал строчного гасящего импульса всегда начинается с
EAV (end of active video) и заканчивается SAV (start of active video): FF 00 00 + информация о типа сигнала.
ПЗС-матрица с кадровым переносом
27
•2 вертикальных регистра сдвига на ПЗС:
•Секция накопления (накапливает следующий кадр изображения);
•Секция хранения (во время обратного хода по строке передает в горизонтальный регистр);
•Горизонтальный регистр сдвига;
•Выходное устройство.
Зарядовый рельеф – заряд каждой ячейки пропорционален ее освещенности и времени накопления.
Недостаток: Смаз – вертикальный след от ярких участков изображения размером во весь кадр (некоторые участки успевают дать вклад в чужой зарядовый пакет).
Аналогия технологии ПЗС
28
Архитектура ПЗС-матриц с кадровым переносом
Преимущества ПЗС-матриц
•Жесткий растр – задается с высокой точностью в процессе изготовления => геометрические искажения определяются только качеством оптики.
•Отсутствие микрофонного эффекта – изменения параметров э/вакуумного прибора из-за акустического воздействия.
•Нечувствительность к магнитным полям.
•Отсутствие эффекта выжигания.
•Отсутствие инерционности – накопленный сигнальный заряд полностью выводится при переносе кадра.
29
•Однородность сигнала – все зарядовые пакеты детектируются одним усилителем.
•Коэффициент заполнения = 100% - вся площадь секции накопления является фоточувствительной.
ПЗС-матрица с межстрочным переносом
Функции накопления заряда и его переноса разделены: заряд элементов накопления передается в закрытые от света ПЗС-регистры переноса
(секция переноса ~ вставлена в секцию накопления).
Преимущество: перенос зарядового рельефа всего кадра происходит за один такт, и смаз, связанный с переносом, не возникает.
ПЗС-матрица со строчно-кадровым переносом
30