Сделай Сам Свою Работу на 5

Разработка схемы управления ЛПЗС





Введение

Приборы с зарядовой связью (ПЗС) относятся к тем изделиям, значимость которых непрерывно возрастает и, несомненно, будет возрастать в дальнейшем вне зависимости от появления новых разновидностей интегральных схем и быстрого прогресса в области создания традиционных БИС и СБИС.

Устойчивость положения ПЗС в общей иерархии электронных приборов можно объяснить плодотворностью, «жизнеспособностью» основополагающей идейной концепции ПЗС, заключающейся в том, что в этих приборах информация представляется в виде зарядовых пакетов, которые формируются в приповерхностной области кристалла, управляемо перемещаются и требуемым образом преобразуются (делятся, сливаются, нормируются и прочее).

Функциональная широта ПЗС проявляется в способности оперировать (хранение, обработка) цифровыми и аналоговыми величинами, а также в возможности параллельного ввода больших массивов информации, в том числе соответствующих двумерным изображениям.

В ПЗС существуют два типа каналов переноса: поверхностный и объёмный. Для поверхностного канала, в котором хранение и перенос сигнального заряда осуществляются в потенциальных ямах на границе раздела «окисел-полупроводник», характерны относительная простота технологии изготовления и высокая управляющая способность (высокая зарядовая ёмкость). Однако взаимодействие перемещаемого зарядового пакета с поверхностными состояниями (захват и эмиссия носителей) существенно ограничивает эффективность переноса зарядового пакета. В объёмном канале это влияние значительно уменьшается. Сильные тянущие электрические поля в глубине полупроводника позволяют обеспечить высокую эффективность при высокой скорости переноса зарядов, но меньшую управляющую способность.



За период (чуть менее 40 лет), прошедший с момента изобретения ПЗС (ПЗС, предназначенные для восприятия, обработки и передачи изображений в дальнейшем будем обозначать как ФПЗС — фоточувствительные приборы с зарядовой связью), были созданы приборы, сравнимые с вакуумными ТВ-трубками по разрешению и превосходящие их по динамическому диапазону. Кроме того, они обладают такими важными практическими свойствами, как отсутствие инерционности, жёсткий геометрический растр, низкие питающие напряжения, малые габариты и масса. Первоначальная цель разработки ФПЗС определила и основную область их применения — прикладное и вещательное телевидение, а в последние годы - цифровые фотоаппараты. Перечисленные выше достоинства ФПЗС сделали их удобными для ввода информации в ЭВМ с целью последующей обработки, а также стимулировали развитие гибридных оптико-электронных (в том числе цифровых) систем обработки изображений. В последнем случае возможность накопления и хранения зарядовой информации в ФПЗС позволяет использовать их в качестве устройства сопряжения информационных систем различной производительности.



Линейные фоточувствительные приборы с зарядовой связью (ЛФПЗС) могут использоваться для различных сканирующих систем, обеспечивающих факсимильную передачу, распознавание оптических образов. При этом требуются высокая разрешающая способность, высокие чувствительность и скорость вывода данных.

За рубежом ЛФПЗС с числом элементов 1024, 2048 и 4096 широко используются при высокоскоростной обработке документов, сортировке почты, измерении линейных размеров различных видов продукции, определении положения объектов, в спектроскопии и других промышленных и научных применениях, а также в спецтехнике различного назначения.

Вместе с тем важнейшей проблемой является разработка промышленной технологии производства ЛФПЗС и организация производства этих приборов.

Всё это свидетельствует об актуальности выбора направления создания данного класса оптоэлектронных приборов.



 

 

Задание

Вариант 14

Измерение биения детали с использованием ЛПЗС

 

Исходные данные:

- диапазон измерения биений 0…Абmax=180мкм;

- погрешность D=±1,5мкм;

- частота вращения детали Ω=4с-1.

- амплитуда выходного сигнала ЛПЗС Uлпзс=1,1В.

- длительности импульсов управления ЛПЗС: n1=3, n2=5

 

 

Расчет основных параметров проектируемого устройства

 

Выбор ЛПЗС

 

Требуемое число ячеек:

N= Абmax/D = 180/1,5 = 120

К1200ЦЛ1:

Nл=1024; Nр=1000; h=15мкм.

 

Увеличение оптической системы

 

k=h/D = 15/1,5 = 10

 

Размер рабочей области ЛПЗС

 

Lmax ³ ( Абmax + 2 Dпоз ) * k,

где Dпоз - погрешность позиционирования детали.

Погрешность позиционирования ( если не задана в ТЗ ) может быть принята равной
0,1 Абmax.

Dпоз=0,1 Абmax = 12мкм

Lmax ³(180+2*12)*10 = 2400мкм = 2,4 мм

Для уменьшения избыточности не используемые ячейки следует закрыть.

Число ячеек, участвующих в измерении :

Nmax=Lmax/h=2400/15 = 160.

Число разрядов формируемого кода:

n≥log2Nmax ; n=8

 

 

X – текущее положение тени

Xmin – минимальная тень

Xmax – максимальная тень

А – диапазон изменения положения тени при биении детали

( А = Аб * k , где Аб – биение детали )

 

Рисунок 1 – Расчетная схема

 

 

Частота опроса ЛПЗС

 

В течение одного цикла опроса ЛПЗС тень должна переместиться не более, чем на одну ячейку. В противном случае погрешность измерения может быть больше допустимой. Скорость перемещения тени зависит от частоты вращения детали Ω. Допустим, что перемещение тени происходит линейно (для упрощения расчета), как это показано на рисунке 2.

 

Х

 

Xmax

ΔX

 

Δt t

 

Xmin

 

T

 

Рисунок 2

 

Максимально допустимое смещение тени за время между двумя отсчетами:

DХ = D * k = 1,5 * 10 = 15мкм

Максимальная скорость перемещения тени

(dx/dt)max = Аmax / (T/2) ; Т=1/ Ω = 0,25 c

 

Заменив значение периода частотой вращения, получим:

Δt ≤ ΔX / (2Amax * Ω)

Частота опроса ЛПЗС составит:

 

F = 1 / Δt = 2Amax * Ω / ΔX = 2*180*4/15 = 96 с-1

Число отсчетов за один оборот детали составит:

N отсч = Т * F = 0,25*96 = 24

Частота тактовых импульсов, подаваемых на блок управления ЛПЗС:

fти = F*(Nл+n1+n2) = 96*(1024+3+5) = 99072 Гц.

Принимаем fти = 100 кГц.

Разработка схемы управления ЛПЗС

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.