ПЗЗ в пристроях обробки сигналів пам`яті та приймальниках зображення

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра ЕВС
РЕФЕРАТ
На тему:
«ПЗЗ в пристроях обробки сигналів пам'яті та приймальниках зображення»
МІНСЬК, 2008

До числа основних параметрів елементів ПЗС відносяться: робоча амплітуда керуючих напруг, максимальна величина зарядового пакету, граничні (мінімальна і максимальна) тактова частоти, ефективність переносу зарядового пакета, що розсіюється потужність.
Робоча амплітуда керуючих напруг на затворах визначається двома основними умовами. Вона повинна бути досить великою для забезпечення необхідної величини зарядового пакету і повного змикання обідніх шарів сусідніх елементів, щоб під їх затворами утворювалася загальна потенційна яма перенесення зарядового пакета (див. рис. 6). Чим менше відстань між амплітуда керуючих напруг, типові значення якої 10 ... 20 В.
Максимальна величина зарядового пакету Qn макс є важливим пакетом, що характеризує керуючу здатність ПЗЗ. Вона пропорційна амплітуді керуючого напруги і площі затвора. В елементі з розмірами затвора 10 * 20 мкм і d = 0,1 мкм при / \ ф пов = 5 У Qn макс = 0,35 ПКЛ. На практиці вибирають вдвічі меншу величину для запобігання втрат зарядового пакету, викликаних виходом частини електронів з потенційної ями в підкладку (маються на увазі електрони, енергія яких достатня для подолання потенційного бар'єру).
Мінімальна тактова частота f т.мін обернено пропорційна максимально допустимому часу зберігання зарядового пакета в одному елементу. Це час обмежений, тому що поступово величина зарядового пакету змінюється внаслідок неконтрольованого накопичення електронів у потенційних ямах під затвором. Ці електрони з'являються внаслідок теплової генерації носіїв заряду в обедненном шарі і на кордоні напівпровідника з діелектриком, а також за рахунок дифузії з підкладки.
Для визначення f т.мін розглянемо режим роботи ПЗЗ, в якому зарядові пакети в нього не вводяться. Під усіма затворами, на які подаються високі напруги, виникають потенційні ями для електронів. Термічно генеруються електрони будуть збиратися в цих ямах, утворюючи струм термогенерации, щільність якого позначимо jт. Якщо на затвори ПЗЗ подається безперервна послідовність тактових імпульсів з частотою jт, то на виході каналу перенесення в кожному такті з'являється паразитний заряд Qп = SзN jт / f т, де N-число елементів для каналу переносу. Паразитний заряд не повинен перевищувати деяку частину а максимального зарядового пакету, тобто
Qп / Q n макс = jт N / f т Сд.уд / \ ф пов макс <a, де Сд.уд - питома ємність діелектрика;
/ \ Ф пов макс-максимальна зміна поверхневого потенціалу при наявності під затвором заряду Q n макс. При N = 10, d = 0,1 мкм, jт = 10 / cм, ф пов макс = 5 В і отримуємо f т> 60 кГц.
Для збільшення допустимого часу зберігання зарядового пакету і зменшення
f т.мін знижують концентрацію об'ємних центрів рекомбінації, щільність поверхневих станів і робочу температуру.Тіпічние значення f т.мін = 30 ... 300Гц.

Максимальна тактова частота f т.макс обернено пропорційна мінімально допустимому часу перенесення. При роботі з максимальною тактовою частотою перенесення зарядного пакету в наступний елемент починається безпосередньо після закінчення її перенесення в даний елемент. Мінімально допустимий час перенесення зарядового пакета пов'язано з ефективністю його перенесення.
Ефективність перенесення визначається співвідношенням n = Qn (i +1) / Qni, де Qni, Qn (i +1) - зарядові пакети в i-му елементі після перенесення n <1.Допустімое зменшення зарядового пакеті при багаторазових перенесення залежить від типу пристрою. При заданому допустимому зменшенні зарядового пакету ефективність перенесення визначає максимальну кількість елементів, через які може бути переданий зарядовий пакет. При аналізі перенесення часто використовують величину n = 1 - n, звану коефіцієнтом втрат. Для складних пристроїв на ПЗЗ з великим числом переносів необхідні значення n = 0, 999 ... 0,99999 і відповідно n = 10 ... 10.
На рис.9 показано типові залежності коефіцієнта втрат від тактової частоти дл розгляду вище елементів ПЗС з поверхневим перенесенням для розглянутих вище елементів ПЗС з поверхневим перенесенням зарядових пакетів 1 і з об'ємним перенесенням 2 (см.3) Втрати зарядового пакету при перенесенні на високих тактових частотах в основному викликані тим, що малий час, що відводиться на пернос, частина електронів не встигає переміститися в сусідній елемент і залишається в попередньому. Ці втрати різко збільшуються із зростанням тактової частоти, тобто при зменшенні інтервалу часу, відведеного на перенесення.
Мінімально допустимий час на перенесення залежить від необхідної ефективності переносу, довжини затвора L3 і рухливості електронів. В кінці переносу (див. ріс11.6) напруженість поля під другим (або п'ятим) затвором зменшується. У цей час заряд, що залишився під затвором, дуже малий і не впливає на розподіл потенціалу, тому потенціал під ним практично постійний. Залишилася, під затвором мала частина зарядового пакета / \ Q2 (або / \ Qт5) переміщається під сусідній затвор в основному за рахунок дифузії, причому вона убуває приблизно за експоненціальним законом виду / \ Qn (t)-exp (- t / т диф), де т диф-постійна час, характеризує дифузію електронів,
т диф - стала часу, що характеризує дифузію електронів, т диф = L / 2Dn. У відповідності із співвідношенням Ейнштейна коефіцієнт дифузії електронів Dn = ф т м n.
Чим більше необхідна ефективність переносу, тим більший час необхідно відвести на перенесення зарядового пакету і тим нижче максимальна тактова частота керуючих імпульсів (див. рис.9). На більш низьких тактових частотах (f т <<fт. Макс) ефективність переносу досягає максимального значення, яке практично не залежить від тактової частоти. На цих частотах зарядового пакету обумовлені захопленням частини електронів поверхневими пастками. За час перенесення пастки не встигають віддати всі захоплені ними електрони. Втрати такого типу збільшуються, якщо даний зарядовий пакет переноситься через елементи, що не містять перед цим іншим зарядових пакетів, так як у них поверхневі пастки виявляються незаповненими
Для зменшення втрат, пов'язаних з поверхневими пастками, використовують фоновий заряд, що вводиться в усі елементи. При цьому керуюча напруга тактових імпульсів (див. рис.5) знижують не до нуля, а до деякого позитивного значення U3 хв, рівного, наприклад, 2В. При цьому у відповідних елементах, де формуються неглибокі потенційні ями, зберігається фоновий заряд заповнює поверхневі пастки. Тим самим зменшуються втрати зарядового пакету при перенесенні. Однак втрати, пов'язані із захопленням електронів поверхневими пастками, не знижуються до нуля з = за крайового ефекту: фонового заряд займає під затвором меншу площу, ніж інформаційний зарядовий пакет, тобто заповнює не всі поверхневі пастки, розташовані поблизу країв затвора. Крім того, частина електронів захоплюється пастками, розташованими між затворами. Використовуючи фоновий заряд, коефіцієнт втрат на частотах f т <<fт. макс можна знизити до 10 ... 10.
Потужність, що розсіюється елементів ПЗС дуже мала. У стадії зберігання вона практично не розсіюється, так як течуть дуже малі струми термогенерации. Потужність розсіюється в елементах ПЗЗ тільки в режимі переносу зарядного пакета. Вона збільшується пропорційно тактовій частоті, амплітудою напруги, що управляє і менше 1 мкВт. Настільки мала розсіює потужність - одне з їхніх головних достоїнств.

Прилади з асиметричними елементами (см.10 і 11) можуть працювати і при використанні однієї шини керуючих імпульсів. При цьому на другу шину подається постійна напруга, рівень якого знаходиться посередині між високим і низьким рівнями напруги. Схеми управління такими приладами набагато простіше, проте амплітуда керуючих імпульсів повинна бути приблизно вдвічі більше, ніж у двотактних ПЗЗ.
Однією з найважливіших конструктивних різновидів є ПЗЗ з об'ємним каналом. У розглянутих вище ПЗЗ використовувався перенесення зарядів в дуже тонкому шарі напівпровідника, розташованому поблизу його поверхні. Для них поверхневі стану і низька рухливість електронів у поверхні обмежують ефективність переносу і максимальну тактову частоту. Поліпшити ці параметри приладу можна в тому випадку, якщо зберігати і передавати зарядові пакети на достатньому видаленні від поверхні напівпровідника. Ця умова реалізується в ПЗС з об'ємним каналом переносу. Структура такого приладу показана на рис.12, а. Для його створення в високоомній положке р-типу (концентрація акцепторів близько 10 см) дифузією або іонним легуванням формують тонкий (товщина близько 4 мкм) n-шар з концентрацією донорів близько 2 * 10 см. На краях n-шару розміщуються вхідна та вихідна області n + - типу, до яких створюють омические контакти.

Прилад з об'ємним каналом перенесення працює наступним чином. Припустимо, що підкладка і всі затвори 1 заземлені, вхідні ланцюг розімкнена, а до вихідного висновку через резистор під'єднаний джерело постійного позитивного напруги (30 В), смещающий р-n перехід між т-областю і підкладкою у зворотному напрямку. За цих умов в даній структурі утворюються не тільки приповерхні збіднені області під затворами, але і збіднена область р-n переходу. Якщо позитивна напруга на n-шарі досить велике, то приповерхні подзатворного збіднені області змикаються (у вертикальному напрямку) з збідненої областю р-n переходу. Під кожним затвором утворюється єдина збіднена область, енергія електронів в який менше, ніж у підкладці і поблизу поверхні напівпровідника.
Розподіл потенціалу в вертикальному напрямку по перерізу А-А структури показано на рис.12, б (крива 1). Координата х відраховується від поверхні напівпровідника. Розподіл потенціалу має максимум на глибині х = 3 мкм, тобто всередині n-cлоя. Він відповідає мінімуму потенційної енергії електронів. Електрони, введені в таку структуру, будуть зміщуватися електричним полем до області з мінімальною потенційною енергією. Отже, аналогічно структурі з поверхневим каналом перенесення ця структура здатна накопичувати і зберігати зарядові пакети в потенційних ямах під затворами. На відміну від ПЗЗ з поверхневим каналом перенесення тут у потенційних ямах, розташованих в n-шарі, накопичуються основні носії - електрони.
Як і в приладах з поверхневим каналом перенесення, глибину потенційної ями в розглянутій структурі можна регулювати, змінюючи напругу на відповідному затворі. Крива 2 на рис. 12, б показує, як впливає підвищення напруги на затворі до 10 В на розподіл потенціалу (при порожній потенційній ямі). Заряди можна переміщати з даного елемента в сусідній, змінюючи напруги на затворах точно так само, як у триактних ПЗЗ з поверхневим каналом переносу (див. 5). Оскільки мінімум потенційної енергії (тобто область накопичення зарядових пакетів) розташовується на значній відстані від кордону напівпровідник - діелектрик, вплив поверхневих станів різко послаблюється і збільшується рухливістю електронів. Ці фактори призводять до збільшення рухливості електронів. Ці фактори призводять до збільшення максимальної тактової частоти і зниження коефіцієнта втрат (див. криву 2 на рис. 9). Ефективність перенесення ПЗЗ з об'ємним каналом на середніх частотах визначається взаємодією зарядових пакетів з об'ємними пастками. Концентрація об'ємних пасток значно нижче, ніж поверхневих.
Важливе значення ПЗЗ з об'ємним каналом - низький рівень шумів, що забезпечується усуненням взаємодії зарядових пакетів з поверхневими станами. Їх недоліком є ​​значно менша величина максимального зарядового пакета, що обумовлено великим відстань між затвором і областю накопичення зарядів.

ЛІТЕРАТУРА
1. Петров К.С. Радіоматеріали, радіокомпоненти і електроніка: Навчальний посібник для вузів. - СПб: Питер, 2003. - 512 с.
2. Опадчій Ю.Ф. та ін Аналогова та цифрова електроніка: Підручник для вузів / Ю. Ф. Опадчій, О. П. Глудкін, А. І. Гуров; Под.ред. О. П. Глудкін. М.: Гаряча Лінія - Телекому, 1999. - 768 с.
3. Акімов М.М. та ін Резистори, конденсатори, трансформатори, дроселі, комутаційні пристрої РЕА: Довідник / М. М. Акімов, Є. П. Ващуком, В. О. Прохоренко, Ю. П. Ходоренок. Мн.: Білорусь, 2004. - 591 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
23.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Організація пам`яті СП Доступ до пам`яті Блоки пам`яті
Характеристики процесора та внутрішньої пам`яті комп`ютера швидкодію розрядність обсяг пам`яті
Прийоми обробки зображення Прийоми обробки зображення- контраст яскравість динамічний діапазо
Види пам`яті витісняють статичну пам`ять
Пам`ять і закони пам`яті
Особливості запису сигналів зображення
Пристрої прийому і обробки сигналів
Про алгоритми самоорганізації в задачі синтезу інформаційних технологій обробки сигналів
Розробка пристроїв цифрового формування та обробки сигналів системи передачі дискретних
© Усі права захищені
написати до нас