Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860310Elc003.shtml

Матричный датчик изображения для телевидения высокого разрешения

Кавасаки, Япония. Создание датчиков сигналов изображения для ТВ-систем высокого разрешения, которые принадлежат к системам следующего поколения, станет, видимо, таким же технологическим вызовом, каким явилась разработка динамических ЗУПВ емкостью 1 Мбит, поскольку в таких датчиках изображения должно быть свыше 1 млн. ячеек. Однако в реализации ТВ-датчики гораздо сложнее, и это иллюстрируется трудностями, с которыми столкнулась фирма NEC Corp. в процессе создания датчика с форматом 1280*970 элементов изображения. Кадзуо Аяки, генеральный директор принадлежащего фирме исследовательского центра по микроэлектронике в Кавасаки, полагает, что фирме NEC потребуется еще 2,5 года для получения коммерческого образца, тогда как поставку 1-Мбит ЗУПВ многие фирмы начнут уже в 1986г.

Фирма Texas Instruments Inc. (Даллас), уже выпустила датчик сопоставимого формата (1024*1024 элемента) для специальных применений. Однако скорость развертки в этом приборе ограничена значительно меньшим значением, чем требуется для ТВ-систем с частотой полей 60 Гц.

Датчик фирмы NEC был разработан на удвоенное (по сравнению с вещательной системой НТСЦ) число строк. Таким образом, по характеристикам он приблизительно соответствует тем требованиям, которые считаются необходимыми для экспериментальных работ с системами высокого разрешения, пояснил Хироси Танигава, руководитель лаборатории датчиков в исследовательском центре фирмы в Кавасаки.

В приборе фирмы NEC предусмотрено 970 строк развертки, которые определяют его вертикальный размер; это число может показаться недостаточным, однако на самом деле оно даже превышает потребности. Хотя в системе НТСЦ обеспечивается возможность получения сигнала для 525 строк развертки, однако часть из них отводится для решения системных задач, а для получения изображения используется не более 482 строк. Для горизонтального направления в датчике фирмы NEC предусмотрено 1280 элементов, что обеспечивает получение сбалансированных значений разрешения (при квадратной форме элемента изображения).

Хотя для изготовления датчиков требуется интегральная технология с уменьшенными размерами элементов, их размер нельзя снижать неограниченно, поскольку это может привести к слишком сильному падению чувствительности, пояснил Аяки. Этим объясняется, что общая площадь кристалла, содержащего 1,24 млн. ячеек, приблизительно соответствует площади мишени 25-мм передающей трубки, тогда как ПЗС-датчики, используемые в бытовых видеокамерах, имеют размер 17 или 12,7 мм.

Высокое разрешение. В датчике сигналов изображения фирмы NEC форматом 1280*970 элементов для достижения требуемой полосы видеочастот используются два
Высокое разрешение. В датчике сигналов изображения фирмы NEC форматом 1280*970 элементов для достижения требуемой полосы видеочастот используются два горизонтальных регистра.

Кристалл — датчик изображения высокого разрешения подвержен ограничению с двух сторон: минимальный размер элемента определяется требованием хорошей чувствительности, а максимальный размер кристалла ограничивается возможностью производства с приемлемым выходом годных. При размере 14,5*12,0 мм площадь кристалла датчика несколько меньше, чем у недавно анонсированного фирмой NEC 32-разрядного микропроцессора V60, который реализован на кристалле размером 13,9*13,8 мм.

Более жесткие требования. Фотодиоды и ПЗС-регистры в датчике работают в аналоговом режиме, что приводит к гораздо более жестким требованиям на однородность, чем в цифровых цепях. Выход дискретизируется с частотой 48,2 МГц, т.е. в 4,3—7 раз чаще, чем в кристаллах, используемых в бытовых ТВ-камерах, и во много раз быстрее, если сравнивать с циклом работы больших динамических ЗУПВ.

Танигава далее отметил, что датчик сложнее в изготовлении, чем процессор, несмотря на его меньший размер, поскольку относительно большой процент площади кристалла отводится под активные цепи. Большая часть межсоединений в датчике состоит из функциональных ПЗС-регистров, тогда как в процессоре значительную площадь занимают металлические межсоединения, которые слабо влияют на выход годных.

Поскольку невозможно реализовать горизонтальный регистр, работающий с частотой 48,2 МГц, вертикальные регистры через один присоединяются к двум горизонтальным регистрам, которые работают с частотой 24,1 МГц. При этом достигается эффективность переноса 99,995% на каскад. Однако использование двух горизонтальных регистров приводит к обязательному требованию, чтобы они были идентичными. Любое различие проявилось бы как фиксированный узор чередующихся вертикальных линий.

Кроме двукратного снижения требуемого быстродействия применение схемы с двойным регистром обеспечивает возможность расширения каждого каскада регистра вдвое, благодаря чему становится возможным изготавливать кристаллы по 1,5-мкм технологическим проектным нормам. Единый горизонтальный регистр потребовал бы применения субмикронной технологии, заметил Танигава.

В типичном рабочем режиме при освещенности сцены 2000 лк и объективе с относительным отверстием 1:8 отношение сигнал/шум датчика составляет 48 дБ. При этих условиях выходной ток составляет 14% уровня насыщения. Уровень насыщения определяется зарядовой нагрузочной способностью вертикального ПЗС-регистра, которая составляет около 68 000 электронов. Общий среднеквадратический шумовой заряд при темновых условиях и полосе частот 20 МГц составляет 36 электронов. Таким образом, динамический диапазон, т.е. отношение заряда при насыщенном сигнале к шуму, составляет 65 дБ. Передача цветного изображения может быть обеспечена так же, как и в существующих приборах бытового применения, т.е. с помощью цветовых светофильтров. Цветная передача может найти применение в кинематографии, в системах видеотекса, а также в цветном телевидении. Фирма NEC рассматривает кинематографию как новую привлекательную сферу применения ТВ-аппаратуры высокого разрешения, поскольку с ее помощью можно быстро и недорого выполнять монтаж и вводить спецэффекты [No.9, pp.16,181.

Чарлз Л. Коэн

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.05 (738), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.6

Electronics Vol.59 No.09 March 03, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.10 March 10, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Телевидение





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860310Elc003.shtml