5. 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 (приложение Б на рисунке Б.10,а). 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. Функциональная схема описанной обработки сигнала приведена в приложение Б на рисунке Б.11.

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 (приложение Б на рисунке Б.10,а) поступает на затвор истокового повторителя через емкость. Транзистор осуществляет поэлементную привязку сигналаUч (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(приложение Б на рисунке Б.10,в), 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 импульсазаперт 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 времядолжна полностью перезарядиться. С другой стороны, на накопительную емкостьчерез паразитную емкостьтранзистора«просачивается» импульс выборки (приложение Б на рисунке Б.10,д). Амплитуда этой помехи пропорциональна размаху импульсов выборки и отношению емкостейи:

,

где - напряжение выборки;

- паразитная емкость затвор-сток транзистора ;

- емкость хранения заряда.

То есть, чем меньше , тем больше тактовая помеха на выходе. В схеме предусмотрена компенсация тактовой помехи, для этого черезподается импульс обратной полярности. При условии равенства емкостейипроисходит компенсация тактовой помехи в видеосигнале. Резистори емкостьтранзистораобразуют фазокомпенсирующую шину, которая выравнивает форму импульсов. В результате имеется сигнал в виде ступенчатого напряжения, каждая ступенька имеет длительность одного элемента и амплитуду, равную амплитуде полного сигнала (приложение Б на рисунке Б.10,е). Далее этот сигнал поступает на ФНЧ, спектр сигнала ограничивается до частоты, соответствующей горизонтальной четкости преобразуемого изображения.

Рисунок 5.1