Funksional elektronika

funksional elektronika” nomini oldi. Funksional elektronika (FE) rivojlanishining boshlan g‘ich bosqichida turibd i. FEning ko‘p qurilmalari mikroelektronikaning raqamli qurilmalari bilan ishlashga moslashgan. Ular birinchi navbatda yuqori tezkorlik va 10^5-10^7 bit sig‘imga ega xotira qurilmalaridir. Funksional elektronikaning eng istiqbolli ba’zi asboblari ishlash prinsiplarini ko‘rib chiqamiz. Zaryad aloqali asbob (ZAA) (13.17-rasm) yupqa dielektrik qatlam D bilan qoplangan va yuzasiga 12 ta boshqaruvchi metall elektrodlar tizimi joylashtirilgan yarimo‘tkazgich kristaldan (masalan, p — turli) iborat. Shunday qilib, 12 ta MDY — tizim hosil qilinadi. Tizimlar soni N elementlar orasidagi masofaga, yozuvchi impuls davomiyligiga bogiiq bo‘ladi va N = 200 ga yetishi mumkin. Har bir elektrod kengligi 10-12 mkm ni, ular orasidagi masofa esa 2-4 mkm ni tashkil etishi mumkin.
MDY — tuzilm adagi fizik jarayonlar 11.6-paragrafda ko ‘rib chiqilgan edi. Barcha elektrodlarga bo‘sag‘aviy kuchlanish Ug berilganda dielektrik bilan yarim o‘tkazgich orasida kambag‘allashgan soha hosil bo‘ladi, bu soha potensial chuqur deb ataladi. Alohida elektroddagi kuchlanish qiym ati axborotni saqlash kuchlanishi USAQ > U() gacha o ‘zgartirilganda, ushbu elektrod ostidagi kam bag‘allashgan soha yarimo'tkazgichning boshqa yuzalariga qaraganda “chuqurroq” bo‘ladi. Potensial chuqurda elektronlarni (paketini) to ‘plash mumkin. Demak, M DY - tuzilm a m a’lum vaqtgacha potensial chuqurdagi zaryadga mos axborotni eslab qoluvchi element sifatida xizmat qilishi mumkin. Elektron paket dinamik bir jinslikmaslikni tashkil etadi. Elektron paketni saqlash jarayonida m a’lum elektrod (zatvor) ostida termogeneratsiya hisobiga qo‘shim cha elektronlar hosil bo‘lishi mumkin. Agar zaryad o‘zgarishining ruxsat etilgan qiymati 1 % ni tashkil etsa, axborotni saqlash vaqti esa bir necha sekunddan oshmaydi. Shuning uchun ZAA dinamik turdagi asbobdir. Birlamchi to ‘plangan va m a’lum aniq potensial chuqur bilan bog'liq zaryadlar, yarim o‘tkazgich sirti bo‘ylab potensial chuqur siljitilgan holda ko‘chirilishi mumkin. Buning uchun zatvorlardagi kuchlanishlar aniq ketma-ketlikda o'zgartirilishi mumkin. Zaryadni ma’lum yo‘nalishda ko‘chirish uchun har bir elektrod uch fazali boshqarish tizimining Fp F„ F? takt shinalaridan biriga ulanadi. Dem ak, ZAAning bir elementi uchta M DY — tuzilmali yacheykadan iborat bo‘ladi. Agar ZAA qo‘shni elektrodlariga berilgan kuchlanishlar qiymat jihatdan bir-biridan farq qilsa, qo‘shni potensial chuqurlar orasida elektr m aydon hosil b o ‘ladi. U shbu m aydon yo‘nalishi shundayki, elektronlar kattaroq potensialga ega sohaga dreyf harakat qiladi, y a’ni “ sayozroq” potensial ch u q u rd an nisbatan “chuqurroq”qa ko‘chadi. Agar zaryad birinchi elektrod ostida to ‘plangan b o ‘lsa-yu, uni ikkinchi elektrod ostiga siljitish zarur bo‘lsa, unga kattaroq kuchlanish beriladi, bunda zaryad yuqoriroq kuchlanishli elektrod ostiga ko‘chadi. Keyingi taktda yuqoriroq kuchlanish navbatdagi elektrodga beriladi va zaryad unga ko‘chadi. Zaryad ko‘chirishning uch taktli tizimida 1,4,7,10 va shunga o ‘xshash elektrodlar F1 mashinaga, 2,5,8,11 elektrodlar F2 shinaga, 3,6,9,12 va shunga o‘xshash elektrodlar esa F3 shinaga ulanadi.
Zaryadlarning elektrodlararo sirkulatsiyasi barcha ZAAlar qo‘llanishlarning asosi hisoblanadi. Zaryadlarni ko'chirish imkoniyati ZAAlar asosida siljituvchi registrlar va xotira qurilm alar yaratish imkonini beradi. Registr deb ikkilik kod asosida berilgan ko‘p razryadli axborotni yozish, saqlash yoki siljitish uchun qo‘llaniladigan qurilmaga aytiladi. Signalning zaryad paketlarini bir necha usullar bilan, masalan, p - n o'tishdan zaryad tashuvchilarni m etall elektrodlar ostiga injeksiyalash, MDY — turdagi tuzilmada yuza bo‘ylab ko‘chkisimon teshilish yoki metall elektrodlar orasidagi aniq joylar orqali yorugMik kiritib elektron-kovak juftliklarni generatsiyalash bilan hosil qilish mumkin. Nom uvozanat zaryad hosil qilish va uni p — n+ o ‘tishlardan foydalangan holda ZAAdan chiqarish usuli 13.17-rasmda ko'rsatilgan. Elektronlar paketini birinchi zatvor ostiga kiritish uchun n+— p o ‘tishga to ‘g‘ri siljitish beriladi. Paket zaryadi qiymati kirish signali amplitudasi ortishi bilan p — n o‘tish VAXiga muvofiq eksponensial qonun bilan ortadi va uning uzluksizligiga bog‘liq bo‘ladi. Signal kiritishning ushbu usuli afzalligi — bir necha nanosekundni tashkil etuvchi tezkor ishlashidan iborat. Chiqishdagi n+— p o ‘tishga teskari siljitish berilgani uchun 11 zatvordan 12 zatvorga o ‘tuvchi elektronlar elektr maydon ta’siriga uchraydi va chiqish zanjirida tok impulsi hosil qiladi. ZAAning ikkita: axborot zaryadini saqlash va uzatish rejimlari mavjud. Ushbu turdagi ZAAlar uchun axborotni saqlashning maksimal vaqti 100 msek-ИО sek ni tashkil etadi. Takomillashgan (yashirin kanalli va ikki fazali boshqaruvga ega ZAAlarda hamda kremniy oksidiga purkalgan kremniy nitridi Si3N4 li dielektrik qatlamli M NOYa — tuzilmalarda) yozib olingan axborotni saqlash vaqti bir necha o ‘n ming soatlarni tashkil etadi. ZAAlarda yaratilgan xotira qurilmalar raqamli texnikada qo‘llaniladi va katta (8ч-16 Kbit) sig‘imga ega. Foto qabul qiluvchi ZAAlar. Zaryadli paket nafaqat injeksiya yo'li bilan balki sirtni lokal yoritish yo‘li bilan ham hosil qilinishi mumkin. Bu holda zaryad aloqali fotosezgir asbob (ZAFA) hosil boMadi. Yoritilganda mos zatvor ostida yoritilganlik F ga proporsional zaryad hosil bo‘ladi. Natijada zatvorlar ostidagi zaryadlar majmui tasvirni xarakterlaydi. Elektrodlar chiziq (satr) yoki matrisa shaklida joylashadi. Elektrodlarga xos oMchamlar: uzunligi 5 mkm, kengligi 40 mkm.
Elektrodlar orasidagi masofa 1ч-2 mkm. Matrisa ko‘rinishidagi ZAFAda elektrodlar soni Ю* dan katta bo‘lishi mumkin. Shuning uchun ZAA katta integral sxemadek qaralishi mumkin. Uch fazali boshqarish amalga oshirilganda ZAFAning elem entar yacheykasi (piksel) bitta satrning uchta qo‘shni elektrodiga 1,2,3 (4,5,6 va h.k.) ega bolishi shart. Bunda yacheykaning har bir elektrodi uchta boshqa-boshqa takt shinalari (fazalari) Fr F2, Z7, ga (13.17- rasm dagidek) ulanadi. Birinchi takt davom ida 2 (5,8,11 sh .o ‘.) elektrodga musbat saqlash kuchlanishi USAQ > U0 (10-^20 V) beriladi. Natijada ushbu elektrod ostida kambag‘allashgan soha hosil bo‘ladi. Bu soha elektronlar uchun potensial chuqurni hosil qiladi. Sirt yoritilganda elektron-kovak juftliklar soni lokal yoritilganlik va yoritish vaqti bilan belgilanadi. Bunda elektronlar potensial chuqurlikda yig‘ilib, zaryadli paketni hosil qiladi. Paket yetarli vaqt (1-h 100 ms) saqlanishi mumkin. Ikkinchi takt davomida 3 elektrodga o ‘qish kuchlanishi U0.Q beriladi. 0 ‘qish kuchlanishi qiym ati saqlash kuchlanishidan katta b o ‘ladi. Natijada elektronlar 3 elektrod ostidagi chuqurroq potensial chuqurlikka dreyf siljiydi. Uchinchi takt davomida 3 elektroddagi kuchlanish qiymati saqlash kuchlanishi qiymatigacha kamayadi, 2 elektroddan esa potensial olinadi. Saqlash yoki o ‘qish kuchlanishi berilmagan elektrodlarga ham m a vaqt katta boMmagan siljituvchi kuchlanish berib qo‘yiladi. Shu bilan zaryadli paketlar harakatining bir tom onlam a bo'lishiga erishiladi. Har bir satr oxirida 3.17-rasmdagidek chiquvchi elem ent mavjud. n+— p o ‘tish orqali chiquvchi zaryad paketlar R yuklama rezistorida videoimpulslar ketma-ketligini ta'minlaydi. Videoimpulslar amplitudasi turli sohalar yoritilganligiga proporsional boMadi. Matritsa sifat ZAFAda butun kadr bir vaqtning o ‘zida hosil bo‘ladi, chiziqlida esa — ketmaket ikkinchi koordinata bo‘yicha qo‘shimcha yoyish bilan hosil qilinadi. Bunday tasvir signallarni hosil qiluvchilardan foydalanish kichik o‘lchamli, kam energiya sarflovchi yarimo'tkazgich uzatuvchi televizion kameralar, jum ladan, rangli televideniye uchun ham yaratish imkonini beradi. Piksellarning maksimal formati pikselning minimal o ‘lchami 3-^5 mkmni tashkil etganda 4080x4080 mkmni tashkil etadi. Chastota 30 kadr/sek bo‘lganda iste’mol etilayotgan quw at 0,03-^0,1 m Vt/ pikselni tashkil etadi.
ZAFA faqat tasvirni qabul qiluvchi funksiyasini bajarishini aytib o ‘tish kerak. Televizion signal hosil qilish uchun boshqaruvchi sxemalar, har bir ustun chiqishida o'quvchi analog kuchaytirgichlar, analog — raqamli o ‘zgartgich va qator boshqa bloklar bo'lishi zarur. Hozirgi zamonda ZAFAlarni takomillashtirishdan tashqari kristall hajmida joylashgan boshqaruvchi sxemalarga va tasvirga ishlov beruvchi bir kristali ZAFAlar ishlab chiqilayapti. Bir kristali fotoqabulqiluvchi qurilmalarning element bazasi sifatida FD va komplementar M DY — tranzistorlar asosida hosil qilingan aktiv fotosezgir elem entlar (aktiv piksellar) matrisasi xizmat qiladi. Shuning uchun O lKIS deb ataladi. KM DY — fotodiodli qurilmaning asosiy afzalligi iste’mol quw atining kichikligi, foydalanuvchilarni qiziqtirgan “oynalarni” dasturlash imkoniyati va o ‘qish tezligining kattaligi bilan aniqlanadi. Asosiy kamchiliklari — shovqinlarning yuqoriligi, fotosezgirligining kichikligi, aktiv elem ent o ‘lcham larining kattaligi, ZA FA larga qaraganda kichikroq ajratish xususiyatiga egaligi bilan belgilanadi. KM DY — fotodiodli 0 ‘K ISlar yordam ida bir kristali xonadonbop foto va videokameralar, avtomobillarni qo‘riqlash tizimlari, videotelefonlar hosil qilinadi. Shunday qilib, ZAAlar universal tuzilm alar bo'lib xizmat qiladi. ZAAlar asosida sig‘imi katta xotira qurilm alar, boshqariluvchi kechiktirish liniyalari, moslashtirilgan va polosali filtrlar, ham da yuqorida aytib o ‘tilgan raqamli kameralar ishlab chiqilgan.