17.9. . Кмоп – датчики
КМОП – технология позволяет реализовать большое количество функций непосредственно на кристалле. Кроме преобразования светового потока в электрический заряд, КМОП – датчик обрабатывает изображение, выделяет контур; минимизирует шумы, в том числе, и от «темнового» тока; выполняет аналого-цифровое преобразование. На основе КМОП – датчиков могут создаваться программируемые многофункциональные устройства.
Рисунок 17.26 - Архитектура КМОП – датчика
КМОП – датчики занимают небольшой объём в камере и выделяют меньшее количество теплоты. У этих ДИ каждый пиксел имеет свой считывающий усилитель, где электрический заряд преобразуется в выходное напряжение, есть возможность произвольного доступа к пикселу аналогично оперативной памяти, что позволяет считывать информацию по параллельной схеме, причём, можно отбирать информацию с отдельных групп пикселов. Таким образом, увеличивается скорость получения изображения, выделяется его контур, можно повысить чувствительность датчика при недостаточном освещении введением дополнительных каскадов усиления, выделить определённые цвета, сбалансировать фон и т.п.
Основным недостатком КМОП – датчиков являются помехи от размещённых на кристалле полупроводниковых элементов, а именно: от токов утечки транзисторов и диодов, остаточного электрического заряда.
17.10 Ёмкостной тактильный датчик
Ёмкостной тактильный датчик для интерфейса ввода представляет собой преобразователь «ёмкость - цифровой код».
Рисунок 17.27 - Принцип действия тактильного датчика
Преобразователь (далее CDC – capacitance to digital converters; микросхема AD7142), работа которого синхронизирована с сигналом возбуждения, преобразует принятый сигнал в однобитный поток, который подвергается цифровой фильтрации. Полученный результат сравнивается со значениями, хранящимися в пороговых регистрах. Считывание информации и управление преобразователем производится через четырёх проводный интерфейс SPI или двухпроводный интерфейс I2C.
Датчик работает следующим образом: сигнал возбуждения частотой 250 кГц генерируется микросхемой - генератором и передаётся на проводящую площадку ТХ, создавая между площадками ТХ и RX электромагнитное поле. Если палец поместить между ТХ и RX, то часть энергии поля преобразуется в ЭДС и в виде тока «стечёт» в землю, что приведёт к уменьшению потенциала площадки RX. Электромагнитное поле находится на расстоянии 4 – 6 мм от печатной платы, а площадки ТХ и RX отделены от внешней среды слоем изолятора.
Значение ёмкости может изменяться с изменением состояния внешней среды (воздействие влажности, температуры, давления). Ёмкость при поднесении пальца к площадкам составляет доли пФ, а ёмкость между контактными площадками – единицы пФ. В преобразователе предусмотрен ЦАП, который устраняет различие в диапазонах изменения ёмкости, что позволяет обойтись без дополнительной настройки и обеспечить работу с площадками разной конфигурации.
а - кнопка; б – ключ на восемь направлений; в – колесо «прокрутки»;
г – клавиатура – матрица; д – слайдер – движок
Рисунок 17.28 - Виды датчиков для преобразователя CDC AD7142