Peratron писал(а) 27.01.2011 :: 18:08:08:... именно и только крутизна фронтов лимитирует верхнюю рабочую частоту логического элемента.
Цитата:...это проблема ПЗСки, а не внешнего логического элемента.
Именно про то я и говорю...
Ну вот и разобрались.
Говорим-то, как оказалось, про разные вещи.
Логический элемент действительно характеризуется способностью генерировать нарастающий и спадающие фронты импульса. При том - в любой точке прохождения сигнала
внутри самого элемента. Но в первую очередь, как правило, этой самой способностью при наличии нагрузки. Думаю, с этим спорить никто не будет?
Таким образом максимальная частота переключения (Fmax) может быть расчитана как: Fmax=1/(T1+T2), где Т1,2 - скорость нарастания/спада фронтов импульса
на конкретной нагрузке. Есс-но, в таком случае, именно скорость фронтов определяет/ограничивает Fmax. И с этим тоже никто не спорит.
Но совсем по другому обстоят дела в ПЗС. Прежде всего - это
НЕ логический элемент, как бы некоторые того не хотели. Это - дискретно-аналоговый прибор. А это, как говорится, две большие разницы.
Максимальная скорость работы ПЗС (тактовая Fmax) ограничивается прежде всего не фронтами клока (хотя ими тоже, и это я сейчас покажу), а скоростью перетекания заряда из ямы в яму. Яма 1 отдаст/выльет свое содержимое яме 2 при наличии достаточной разности потенциалов. Про этом скорость нарастания этой разницы (фронты клока) играет двенадцатую роль, типа, "кушать подано", и не более того.
Чем больше разность потенциалов, тем быстрее скорость перетекания зарядов из ямы в яму. Казалось бы - увеличивай эту самую разность, и повысишь быстродействие. Ан нет, так, да не так. Вступают в силу конструкционные и технологические ограничения, которые связаны с пробоем между слоями полупроводов в теле ПЗС. Так называемое - Uмах. Или - Vcc(max). Кому как больше нравится.
И при чем тут фронты клока? А вот при чем.
При условии, что Т1=Т2 << Т3 (Т3 - длительность импульса клока), длительность полупериода Fклока можно считать равной Т3. Такое условие наблюдается на низких тактовых частотах. При росте Fклока Т1 и Т2 будут оставаться неизменными (при достаточном согласовании генератора клока с тактовыми входами ПЗС), а Т3 будет уменьшаться.
Вернемся к времени "перелива", и обозначим его как Т4.
Положим, что ПЗС гарантировано перельет полный заряд из ямы в яму за время не менее Т4 (при прочих равных).
Тогда ухудшение работы ПЗС начнет проявляться, как только сумма Т1+Т2+Т3 станет меньше Т4. Именно это время (и вытекающая их него частота тактирования), и определяют максимальную скорость работы ПЗС. И только при приближении к выполнению этого неравенства можно утверждать, что время фронтов импульсов клока начнет оказывать влияние на общую скорость работы ПЗС.
Думаю, не нужно объяснять, что Т3 при нормальном (штатном) режиме работы ПЗС должно быть гораздее Т1+Т2. Иначе это будет уже не прямоугольный импульс, а трапециидальный.
Но мы же не выбираем легких путей, и всегда пытаемся сделать из дрэка сладости. И загоняем бедную ПЗС в запредельные частоты, для работы на которых она не расчитана. Вдобавок к этому, пытаемся обмануть себя, используя в качестве источника клок-сигнала всякие-разные копеечные "буферизаторы" на обычных спараллеленных КМОП-элементах.
При этом выигрывая крохи по нагрузочной способности (относительно 3101/3102), но проигрывая в сдвиге клоковых фаз, который автоматически обеспечивают "родные" драйвера, и теряя внутренний источник 14/15 Vcc.
Итак, продолжаю.
Рассмотрим работу полумостового драйвера (выходной каскад КМОП и MN310х) на емкостную нагрузку. Любой подобный драйвер по определению не может быть симметричным, т.к. в верхнем и нижнем ключах применяются MOSFET'ы разных типов. Следовательно, такой каскад имеет различный выходной импеданс для втекающего и вытекающего токов. Это - первая причина скоростных ограничений. Нет, скорее - причина рассогласования каскада на высоких частотах переключения.
Вторая причина - различная величина R нулевого (сопротивление насыщения) для верхнего/нижнего ключей.
Положим, что для втекающего тока каскад имеет импеданс Z1, а для вытекающего - Z2. При условии работы на емкостную нагрузку (активная состовляющая Zвхода ПЗС может не учитываться за малостью), с учетом того, что оба ключа драйвера являются источником напряжения, а не тока, процесс заряда/разряда емкости нагрузки происходит экспоненциально. Это значит, что никакой
драйвер в принципе не может обеспечить прямоугольной формы фронтов клока. При этом нормирование скорости нарастания/спада импульса обычно проводится по уровням 10% и 90% от уровня Vcc. Т.е. - что происходит с формой "прямоугольного" сигнала в начале и в конце цикла заряда/разряда
как бы не берется во внимание.
А зря... Для нарастающего фронта последние 10% уровня заряда могут длиться столько же (а иногда и больше), сколько продолжается процесс "накачки" первых 90%. Для спадающего фронта то же самое можно сказать о "нижних" 10%. Попросту говоря, "в конце" каждого фронта время его нарастания увеличивается по экспоненте. Скажем так: времена Т1 и Т2 как бы разделяются на два участка каждый, и наклон участка Т1а (нижние 90% уровня) будет гораздо круче, чем участок Т1b (верхние 10% уровня). А это как раз тот участок, который в наибольшей степени сказывается на быстродействии перелива заряда из ямы в яму (см. выше). Тоже самое, но зеркально, относится к участку Т2.
С учетом неравенства Z1 и Z2 картина еще больше усугубляется.
Если при этом Т3 остается больше Т4, то ничего страшного не происходит - ямы успеют перелить свои заряды, а вот если Т3 переходит критическую отметку Т3<=Т4, то даже казалось бы незначительное относительное увеличение Т1а и Т2b весьма и весьма "притормозит" работу ПЗС, а точнее - просто не даст "ямочным" зарядом перебежать из одной ямы в другую в полном объеме.
И хотя в данном случае тормозом являются именно фронты клока, говорить о том, что это - проблема ПЗСки мягко говоря не корректно.
Это проблема исключительно драйвера. Для ПЗС время нарастания/спада фронтов сугубо "по барабану", если только оно заведомо меньше времени перетекания (Т4) и длительности импульса (Т3).
Так что, уважаемый коллега, Вы не правы в своем утверждении:
Цитата:Но это проблема ПЗСки, а не внешнего логического элемента.
Я пробовал использовать в качестве драйвера не 10-15 мА КМОП-ключи, даже с параллельной буферизацией, а специальные быстродействующие сильноточные драйверы, способные выдать в нагрузку 1,5 А. И результат превзошел все ожидания - MN3005 (с емкостью клок-входа почти 3 нанофарады) уверенно молотила на 2,5МГц!
Выше просто не пробовал - незачем было...