Разработка принципиальной схемы блока обработки видеосигнала

Выходное устройство ПЗС значительно отличается от вакуумных передающих трубок. В ПЗС нагрузочное сопротивление заменено ключевой схемой сброса, что позволяет реализовать энергетический выигрыш по выходному сигналу в 4,4 раза. При этом максимальное увеличение амплитуды выходного сигнала может быть достигнуто минимизацией емкости нагрузки С. При расположении транзистора сброса непосредственно на кристалле ПЗС удается обеспечить пФ, что и определяет основное преимущество ПЗС перед трубками в отношении сигнал/шум. Сброс (разряд емкости С) осуществляется с помощью тактовых импульсов, которые проникают на выход. Сигнал на выходе ПЗС можно представить как:

,

где - полезный сигнал, несущий информацию об освещенности данного элемента;

- тактовая помеха;

- шумы ПЗС, которыми можно пренебречь.

При этом может в десятки раз превышать полезный сигнал (приложение Б на рисунке Б.10, а).

Назначение усилителя-формирователя - обеспечить выделение информационной части сигнала от каждого элемента изображения, подавление тактовой помехи, фиксация видеосигнала и усиление его до заданного уровня.

Одной из важных особенностей выходного сигнала ПЗС является наличие физической «черной точки» после каждого зарядного импульса. Это обстоятельство позволяет осуществлять фиксацию уровня выходного сигнала ПЗС по каждому элементу изображения (приложение Б на рисунке Б.10, г) в отличие от передающих трубок, когда фиксацию уровня осуществляют только в момент гашения импульсов строчной развертки.

Считается, что управляемая схема фиксации позволяет эффективно ослабить низкочастотные помехи в сигнале, верхний предел частот которых не превышает . Очевидно, что управляемая схема фиксации по каждому элементу расширяет этот верхний предел до частот. Так как

,

где - число элементов в строке;

- частота строчной развертки.

Верхний предел эффективно ослабляемых аддитивных помех увеличивается в раз, что может существенно увеличить отношение сигнал/шум.

Подавление тактовой помехи можно осуществить с помощью ФНЧ, однако, оно сопровождается характерными искажениями (мощностью изображения), обусловленными наличием провалов после каждого сигнального импульса. Наиболее эффективным является метод, при котором используется схема выборки-хранения. Суть его заключается в том, что значение каждого импульса запоминается на конденсаторе и хранится в течение периода тактовых импульсов (приложение Б на рисунке Б.10). С приходом импульса выборки (приложение Б на рисунке Б.10, в) ключ замыкается, и напряжение на конденсаторе принимает новое значение сигнала, которое запоминается до следующего такта и т.д. Одним из вариантов принципиальной схемы, реализующей принцип работы описанной функциональной схемы, приведен в приложение Б на рисунке Б.12. Схема работает следующим образом. Видеосигнал с выхода ПЗС поступает на затвор истокового повторителя через емкость . Транзистор осуществляет поэлементную привязку сигнала Uч (приложение Б на рисунке Б.10, г) к уровню «черного». Временное положение фиксирующих импульсов (приложение В на рисунке В.10, б) соответствует уровню «черного» в каждом элементе. Импульсы выборки , соответствующие по времени полезному сигналу, подаются на парафазный каскад , который формирует два равнополярных импульса: импульс выборки (положительный) и импульс компенсации (отрицательный).

Импульс выборки через поступает на вход ключа (транзистор) и отпирает его. Происходит перезаряд накопительной емкости . В отсутствие импульса заперт и напряжение на емкости сохраняется постоянным до прихода следующего импульса. Следует отметить, что длительность импульсов фиксации и выборки не должна превышать 20 нсекунд, за это время должна полностью перезарядиться. С другой стороны, на накопительную емкость через паразитную емкость транзистора «просачивается» импульс выборки. Амплитуда этой помехи пропорциональна размаху импульсов выборки и отношению емкостей и :

Статья в тему

Структурные схемы надежности
Расчёты надёжности - это расчёты, предназначенные для определения количественных показателей надёжности. На этапе проектирования расчёт надёжности проводится с целью прогнозирования надёжности проектируемой системы. На этапе испытаний и эксплуатации расчёт надёжности проводится д ...