СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 VDA VDR GND VDD VSS TD1 TD2 VDD VSS VDR GND VDD VSS VDR GND SCS VDD VSS VDR VE VDA RTR SEU VDPIX DVDD DVSS DVDD DVSS VDPIX DVDD DVSS VDPIX SCLK MOSI MISO DVDD DVSS VDPIX VSYN HSYN VDDA RTOP DVSS DVDD DSYN Q[0:11] VSS VDD DVSS DVDD RST CLK VDDA RBOT RBT VCC VW VTX RST VDA VDPIX VSS VDD DVSS DVDD GND VDPIX VDA VCC VSS VDD DVSS DVDD Кольцо IO-площадок Кольцо dummy-пикселей Цифровой блок управления Матрица пикселей 1024 × 1024 Драйверы строк SPI-термодатчик Строка с электрическим вводом сигнала 1-й каскад буферной строки Столбцовые АЦП Ф С О Ц Е Б Перспективная отечественная ЭКБ космических видеоинформационных систем Развитие космических видеоинформационных систем требует разработки и выпуска отечественной радиационно- стойкой ЭКБ [1, 3]. Это, во-первых, «глаза» телевизионного оборудования – фотоприёмники [2, 4]. Во-вторых, специализированные ИС, позволяющие быстро создавать надёжные телевизионные системы космического размещения. АО «НИИ телевидения» и ООО «Юник Ай Сиз» совместно реализовали и разрабатывают новые СБИС для космических видеосистем, о которых рассказано в статье. Александр Умбиталиев, Геннадий Левко, Александр Цыцулин, Вячеслав Пятков, Николай Шипилов, Салих Ибатуллин, Андрей Манцветов (Санкт-Петербург), Олег Сомов, Денис Адамов (Москва) Рис. 1. Архитектура КМОП-фотоприёмника 1205XB014 (О – формирователи опорных напряжений; Б – буферные усилители цифровых сигналов; Ц – ЦАПы; ФС – формирователь сетки АЦП; E – формирователь сигнала электрического ввода) КМОП- СЕНСОР 1024 × 1024 Микросхема 1205XB014 – это КМОП- система на кристалле (СнК), состоящая из матрицы 1024 × 1024 высокочувстви- тельных пикселей, цифроаналоговых схем управления накоплением и считы- ванием, развёртки, подавления шумов, а также схемы оцифровки видеосигна- ла в 12-разрядный код. Для управления сенсором исполь- зуется четырёхпроводный SPI- интерфейс. Кадровая частота дости- гает 100 кадр/с. Диапазон экспозиций при F clk = 50 МГц составляет от 20 мкс до 330 мс. Видеосигнал выводится через четыре параллельных 12-раз- рядных порта. Основные параметры 1205XB014 приведены в таблице 1. Архитектура сенсора показана на рисунке 1, а внеш- ний вид микросхемы – на рисунке 2. К ОДЕР ВИДЕОИНФОРМАЦИИ 5022ВХ014 Однокристальный радиационно- стойкий кодер 5022ВХ014 предназна- чен для кодирования телевизионных сигналов формата до 4K. По сравнению с кодерами семей- ства MPEG, он имеет большую эффек- тивность кодирования при существен- но меньшей вычислительной сложно- сти [5, 6]. СБИС 5022ВХ014 использует адаптивное трёхмерное дискретное косинусное преобразование (ДКП- 3D), которое позволяет на несколько порядков сократить сложность реали- зации кодера по сравнению с кодером MPEG-4. Разработанная АО «НИИ телевиде- ния» технология видеокодирования получила условное обозначение EVC (Efficient Video Coding). Состав, основ- ные атрибуты и порядок инкапсуля- ции элементарного видеопотока, фор- мируемого EVC-кодером в транспорт- ный поток MPEG-TS, регламентированы ГОСТ Р 54998–2012. Микросхема 5022ВХ014 представля- ет собой однокристальное ядро EVC- Таблица 1. Основные параметры КМОП-сенсора 1205XB014 Параметр Значение Формат матрицы, пикселей 1024 × 1024 Размер пикселя, мкм 15,12 × 15,12 Оптический формат 4/3 Коэффициент заполнения, % 75 Спектральный диапазон, мкм 0,36…1,05 Квантовая эффективность, % > 60 Пороговая экспозиция ( λ = 0,7 мкм), Дж/см 2 5,6 × 10 –12 Интегральная пороговая экспозиция (источник типа А), лк ⋅ с 2,4 × 10 –6 Тактовая частота (номинальная)*, МГц 50 Кадровая частота (F clk = 50 МГц), кадр/с 100 Длина строки (T ROW ), T CLK 1032 Время экспозиции, T ROW мин. 1 макс. 16384 Тип экспозиции Шторка (Rolling Shutter) Количество окон до 4 Интерфейс управления SPI Разрядность АЦП 12 Тип АЦП RAMP Напряжение питания Сore/IO, В 1,8/3,3 Потребляемая мощность, мВт < 1000 Тип корпуса Керамический QS304304WZ, 304 вывода Материал входного окна Кристаллический кварц *Предельная частота F clk = 100 МГц