Что такое мемс в телевизоре
990x.top
Простой компьютерный блог для души)
MEMC в телевизоре — что это такое?
Приветствую. Производители современных телевизоров создают разные функции, улучшающие изображение. Например технология Micro Dimming в телевизорах Samsung позволяет улучшить качество за счет локального затемнения определенных участков. Или например Precision Black — интеллектуальное управление яркостью определенных участков, когда яркость зависит от оттенка.
MEMC в телевизоре — что это значит?
Технология улучшения изображения путем добавления промежуточных кадров, показывая их в промежутке между настоящими, увеличивая плотность, как результат — изображение становится более плавным и четким.
MEMC расшифровывается как Motion Estimation and Motion Compensation. Другими словами — динамическая технология компенсации качества картинки, при которой процессор автоматически оценивает качество, добавляя кадры.
Данная технология например присутствует в телевизорах Xiaomi линейки Mi TV 5 (аналогичная используется и в Honor Smart Screen Pro).
Благодаря MEMC можно повысить частоту до 200 Гц. Такая частота требует производительного процессора и матрицы с низким откликом (менее 5 мс). Данный алгоритм используют например производители Samsung, Sony (обе фирмы производят матрицы на одном предприятии). Кстати Sony использует технологию в телевизорах класса премиум, Samsung — также и в средней ценовой категории.
Принцип получения 200 Гц.
Другие компании, например Toshiba, Philips и LG — используют MEMC вместе с функцией сканирующей подсветки Scanning Backlight. Результат — MEMC обеспечивает частоту 100 кадров/с, но подсветка при этом — включается и отключается с частотой 200 Гц. Результат — получаем почти такой результат, как при использовании настоящей 200-герцовой разверткой. Минус — нарушение качества яркости, двоение, мерцание картинки.
MEMC + Scanning Backlight = похоже на 200 Гц. 
Реальные 200 Гц разумеется позволяют получить картинку лучшего качества, однако такие модели телевизоров могут стоить дороже. Многие производители при использовании сканирующей подсветки — указывают об этом в инструкции (часто упоминая об коэффициентом заполнения).
200 Гц — есть ли смысл?
Заключение
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Что такое МЭМС технологии и МЭМС компоненты
Что такое МЭМС?
МЭМС (MEMS) или микроэлектромеханические системы – это концепция создания электронных компонентов, которая стала популярной в последнее время благодаря повышающейся степени миниатюризации.
МЭМС представляет собой технологию, которая позволяет миниатюризировать механические структуры и полностью интегрировать их с электрическими схемами, что приводит к одному физическому устройству, которое на самом деле больше похоже на систему, где «система» определяет, что механические компоненты и электрические компоненты работают вместе для реализации желаемой функциональности. Таким образом, это микро (т. е. очень маленькая) электрическая и механическая система.
Микромеханика и электрические цепи
Механические компоненты и системы обычно считаются менее технологически продвинутыми, чем сопоставимые решения, основанные главным образом на электрических явлениях, но это не означает, что механический подход повсеместно уступает. Механическое реле, например, намного старше, чем устройства на основе транзисторов, которые обеспечивают аналогичную функциональность, но механические реле все еще широко используются.
Тем не менее, типичные механические устройства всегда будут иметь недостаток в том, что они безнадежно громоздки по сравнению с электронными компонентами, имеющимися в интегральных схемах. Ограничения пространства данного приложения могут привести к тому, что электрические компоненты будут предпочтительными или требуемыми, даже если механическая реализация привела бы к более простой структуре или более высокой производительности.
Технология MEMS представляет собой концептуально прямое решение этой дилеммы: если мы модифицируем механические устройства таким образом, чтобы они были не только очень маленькими, но и полностью совместимы с технологическими процессами с интегральной схемой, мы можем в определенной степени получить лучшее из обоих миров.
Ниже показано изображение физической шестерни и цепи. Этот механизм движется и функционирует так, как вы ожидаете, от обычного механизма с цепью. Однако звенья в цепи имеют длину около 50 мкм, т. е. это меньше диаметра человеческого волоса.
Как делают МЭМС компоненты?
Выше было написано, что технология МЭМС представляет собой концептуально прямое решение. Как и следовало ожидать, идея создания микроскопического механического устройства намного проще, чем его создание.
Крошечные механические структуры в устройстве МЭМС изготовлены на основе физически модифицированного кремния (или другого материала подложки) с использованием специализированных методов, о которых точнее известно компаниям-производителям. Эти кремниевые механические структуры затем объединяются с кремниевыми интегральными схемами, и полученная электромеханическая система корпусируется и продается как единое устройство.
МЭМС-устройства используют микромашинные структуры, датчики и исполнительные механизмы. Датчики позволяют МЭМС обнаруживать тепловые, механические, магнитные, электромагнитные или химические изменения, которые могут быть преобразованы электронными схемами в пригодные для использования данные, а исполнительные механизмы создают физические изменения, а не просто измеряют их.
Пример МЭМС устройства
Давайте рассмотрим пример функциональности и внутренней структуры устройства МЭМС.
Приведенный выше рисунок представляет физическую структуру микромашинных ключей (коммутаторов, переключателей). Здесь мы видим четыре пучка переключателей, каждый из которых имеет пять контактов (использование нескольких контактов – это метод снижения сопротивления на входе). Пучки переключателей приводятся в действие приложенным напряжением.
А здесь мы увидели переключатель МЭМС (справа) и связанную схему драйвера (слева), взаимосвязанные и размещенные в корпусе QFN. Схема драйвера позволяет стандартному цифровому устройству, например микроконтроллеру, эффективно управлять коммутатором, потому что он обеспечивает все необходимое для генерации фазового сигнала высокого напряжения, который способствует эффективной и надежной работе переключателя.
Приложения МЭМС: где используются МЭМС-устройства
Технология МЭМС может быть включена в широкий спектр электронных компонентов. Компании, которые делают эти компоненты, предположительно утверждают, что реализация МЭМС превосходит все, что использовалось до того, как версия МЭМС стала доступной. Было бы трудно проверить достаточное количество этих претензий, чтобы оправдать обобщенное утверждение в соответствии с тем, что «устройства МЭМС предлагают значительно лучшую производительность, чем устройства, отличные от МЭМС». Однако общее впечатление инженеров заключается в том, что во многих ситуациях МЭМС действительно является значительным шагом вперед и если производительность или простота внедрения являются приоритетом в вашем проекте, то стоит сначала посмотреть на МЭМС-устройства.
В контексте электротехники технология МЭМС, как правило, используется в четырех категории продуктов: аудио, датчики, переключатели, осцилляторы (генераторы тактовых сигналов). Конечно, могут быть некоторые менее распространенные продукты, которые не вписываются в одну из этих категорий, но они встречаются довольно редко.
МЭМС в аудио
В сфере звукового оборудования мы можем найти МЭМС-микрофоны и колонки на основе МЭМС.
МЭМС-датчики
Датчики являются доминирующим применением методов МЭМС; существуют сделанные на основе МЭМС гироскопы, инклинометры, акселерометры, датчики расхода, датчики газа, датчики давления и датчики магнитного поля.
МЭМС-ключи
Электрически управляемые переключатели представляют собой довольно интересное применение технологии МЭМС. Например ADGM1004 производства компании Analog Devices легко контролировать, он работает с частотами от 0 Гц до более 10 ГГц, имеет ток утечки менее 1 нА в выключенном состоянии и обеспечивает очень быстрое время срабатывания.
МЭМС-осцилляторы
Объединение микромощного резонатора с возбуждающей схемой и поддерживающей схемой приводит к созданию МЭМС-генератора тактовых импульсов. Вот, например, осциллятор SiT2024B компании SiTime.
Такие устройства могут быть отличным выбором для требовательных приложений. Основываясь на информации SiTime, такой МЭМС-генератор может серьезно опередить кварцевые генераторы в плане производительности.
4 функции, которые должны быть в современном телевизоре
Мы подготовили небольшой список основных функций, без которых современный телевизор не выдержит конкуренции. Предлагаем рассмотреть их на примере модели Р725 из новой линейки TCL, презентация которой состоялась 28 апреля на официальном YouTube-канале бренда, так как она обладает всеми эталонными достоинствами.
1. МЕМС
Если твой телевизор не воспроизводит видео в 4К, то его уже нельзя назвать современным. UHD-формат должен поддерживаться априори, иначе самый качественный контент пройдет мимо тебя. Но одного высокого разрешения недостаточно, поэтому производители заботятся о плавности картинки. МЕМС — это технология, которая компенсирует размытость происходящего на экране, оценивая все движения вне зависимости от их скорости.
Благодаря разработанному TCL программному обеспечению, которое усиливает эффект МЕМС, ты не упустишь ни одной детали при просмотре. Система вставляет искусственные кадры между настоящими, увеличивая их количество для достижения большей четкости изображения. Так на экране всегда будет плавная картинка с частотой до 60 кадров в секунду. Именно МЕМС делает передачу быстрого движения комфортным для просмотра.
2. Оптимизация звука Dolby Atmos
Детализированное и плавное изображение — это важно, но нельзя забывать про звук. Раньше встроенных динамиков телевизорам не хватало, чтобы погрузить человека в атмосферу кино или спортивного события, поэтому приходилось дополнительно покупать стереосистему. Благодаря технологии Dolby Atmos получится сэкономить на аудиотехнике.
В современных моделях звук не сдерживается ограничениями канала передачи, находясь вокруг зрителя. Аудио автоматически оптимизируется и становится объемным. Иммерсивное звучание позволяет услышать каждый отдельный эффект, использованный при создании фильма, сериала или любого видео. Реалистичность воспроизведения заставит каждого почувствовать себя в центре происходящего.
Dolby Atmos задействует все аудиоресурсы телевизора и улучшает их. В модели Р725 от TCL также установлена система цифрового кинотеатра (DTS), которая воссоздает настоящий студийный звук. Это то, чего сегодня хотят люди от ТВ-устройства.
3. Высокоскоростное подключение к Wi-Fi
Вряд ли в современных реалиях кто-то включает телевизор и ищет фильм или какую-нибудь передачу на разных каналах. Мы все пользуемся подписками и стриминговыми сервисами, поэтому важно, чтобы устройство обеспечивало стабильность и дальность передачи сигнала Wi-Fi. Новые модели TCL объединяют преимущества 2.4G и 5G, гарантируя стабильность и бесперебойность соединения.
Любой контент всегда доступен в высоком качестве и на большом экране. Включай трансляцию Wylsacom, которая прошла 28 апреля, и узнавай больше о новых моделях TCL. Но помимо того, что ты будешь смотреть фильмы, сериалы и ролики в 4К, у тебя также будет возможность общаться с друзьями или коллегами по работе (например, в предустановленном Google Duo). Работа и учеба становятся удобнее с использованием телевизора, поэтому высокоскоростной Wi-Fi-модуль просто обязан в нём быть.
4. Искусственный интеллект
Телевизор может не бессмысленно висеть на стене, а быть интерактивным устройством и личным ассистентом. С возможностями голосового управления получится не только ставить на паузу, регулировать звук и переключать серии, но и управлять другими «умными» девайсами в доме благодаря технологии TCL TV AI Voice Interaction. Это очень удобно, когда руки заняты или ты просто хочешь быть мобильнее.
К тому же голосовой помощник всегда подскажет ответ на интересующие вопросы и найдет для тебя соответствующее видео. Телевизор можно будет использовать для планирования своего дня и настройки напоминаний. Искать интересующую информация прямо за просмотром кино или сериала становится проще. Теперь для этого даже не нужен пульт.
Современные ТВ-устройства — это не только красивая картинка и хороший звук, но и удобный девайс для развлечений, общения, работы и учебы. Со всеми необходимыми функциями девайс точно сделает твою жизнь комфортнее.
МЭМСы. Как устроены современные датчики?
Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. Сейчас довольно трудно встретить системы в которых не используются датчики, выполненные по данной технологии. Но как устроены современные датчики и какие преобразователи используются для работы с ними? Постараемся детально разобраться в этом вопросе, основываясь на работе современных МЭМС-акселерометров.
Простейший акселерометр, как он работает?
Акселерометр — прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения (разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением). Принцип работы можно объяснить с помощью простой модели.
Модель устройства механического акселерометра (оригинал)
При увеличении ускорения, масса будет растягивать пружину. По закону Гука из школьной программы физики можно с легкостью найти ускорение системы:
Используя три перпендикулярно расположенных датчика, можно узнать ускорение предмета по 3-м осям, и зная начальные условия определить положение тела в пространстве.
Эта незамысловатая модель представляет собой основу работы большинства акселерометров, которые можно поделить на 3 основные подгруппы:
Пьезоэлектрический акселерометр
Основывается данный тип датчиков на пьезорезистивном эффекте, который был открыт в 1954 году Смитом в таких полупроводниках как германий и кремний. В отличие от пьезоэлектрического эффекта, пьезорезистивный эффект вызывает изменение только электрического сопротивления, но не электрического потенциала.
При увеличении ускорения, инертная масса увеличивает/уменьшает давление на пьезоэлемент. Благодаря пьезоэффекту происходит генерация сигнала, который зависит от внешнего ускорения.
Устройство пьезоэлектрического акселерометра (оригинал)
Датчики такого типа требуют дополнительного усилителя, который увеличивает амплитуду сигнала, и создает низкоимпедансный выход для работы с внешними устройствами. Для калибровки нулевого значения ускорения используется Preload Bolt, масса которого рассчитана так, чтобы соответствовать нулевой точки ускорения в системе.
Датчики такого типа до сих пор сильно распространены, и в основном применяются в системах, требующих высокую надежность — automotive. Для коммерческой электроники зачастую используют электронные акселерометры, которые имеют меньший размер и цену.
Электронные акселерометры
Принцип работы электронных датчиков основан на изменении емкости конденсаторов при изменении ускорения. Простейшая модель работы представлена на картинке.
Устройство 2-х осевого электро-механического акселерометра
При изменении ускорения, масса изменяет расстояние между обкладками конденсатора. Из простейшей формулы емкости конденасатора 
следует, что при изменении d расстояния между обкладками емкость конденсатора будет также изменяться. Широкое применение данный метод получил, благодаря развитию МЭМС (MEMS)– микроэлектромеханических систем.
МЭМС технологии позволяют создавать конденсаторы с подвижными обкладками на кремниевой подложке, что существенно уменьшает размер устройства, и что не маловажно – его стоимость.
Устройство 2-х осевого электро-механического акселерометра (оригинал из книги «Introductory MEMS». Дальнейшие иллюстрации тоже взяты из этой книги)
У читателя наверняка возник вопрос: “как именно детектировать изменение емкости конденсатора?” Постараюсь дать на этот вопрос исчерпывающий ответ.
Устройство МЭМС акселерометра. Как превратить изменение емкости в сигнал?
Емкостной полумост
Итак прежде, чем описывать работу самого датчика, обратимся к довольно популярной схеме в схемотехнике – емкостному полумосту (Capacitive half-bridge).
Емкостной полумост — основа МЭМС-датчиков
Напряжения 
и 
являются входными, а 
– выходной сигнал для последующего преобразования. Емкости обоих конденсаторов зависят от внешнего ускорения, и изменяются на величину x(t). При x = 0, заряды на емкостях являются идентичными, и при этом 
. При условии, что x Вывод формулы для изменения емкости
Запишем через формулу емкости:
Упростив данные формулы, получаем следующее:
Учитывая условие, что x Вывод формулы зависимости выходного тока от изменения емкости
Учитывая тот факт, что ток является производной заряда dq/dt, а заряд q=CU, преобразуем данное уравнение в следующий вид:
Пусть потенциалы 
, тогда исходя из формулы (1.1):
Результат получился довольно странный: выходной ток никак не зависит от изменения емкости. Для того, чтобы детектировать изменение емкости, необходимо задавать на обкладках напряжения разной полярности, то есть: 
, а 
. Тогда переделаем уравнение с учетом данной модификации.
Учитывая уравнение 1.2 для изменения емкости, получаем:
, где 
– частота переменного сигнала (определяется на этапе разработки, в зависимости от полосы пропускания системы и нормальной работы механических емкостей).
Итак, мы получили уравнение (1.4), которое показывает, как изменение емкости конденсатора влияет на выходной сигнал системы. Однако такой сигнал будет довольно малый по амплитуде, к тому же если подключим к нему нагрузку для общения с внешним миром — вся система рухнет. Тут нужен усилитель…
Просто добавь усилитель
Добавим в нашу систему усилитель (будем считать, что коэффициент усиления — 
— сл-но работает принцип виртуальной земли).
Емкостной полумост + интегратор
Итак теперь найдем зависимость выходного напряжения усилителя от изменения емкости.
Ток через конденсатор 
можно записать через изменение заряда dq/dt, поэтому исходя из полученного уравнения (1.4) получаем:
Данное уравнение показывает, что выходной сигнал зависит не только от положения обкладки x, но и от ее скорости движения (что не желательно). Для того чтобы компонента, вносимая скоростью, была незначительной, необходимо использовать высокочастотный входной сигнал (обычно такую частоту выбирают в районе 1 ГГц). Запишем компоненты уравнения как гармонические сигналы:
Выбираем частоту достаточно высокую, чтобы 
:
Учитывая, что сигналы 
и 
имеют одинаковую частоту переходим к отношению их амплитуд:
В итоге мы получили зависимость выходного сигнала усилителя от изменения положения обкладки конденсатора. Внимательный читатель должен сразу обратить внимание – это же амплитудная модуляция! Действительно, в данной системе мы имеем сигнал x(t), который перемножается с сигналом 
и усиливается на величину 
. Следующий шаг – убрать несущую частоту , и мы получим усиленный сигнал x(t) – который пропорционален ускорению. Долгий путь вычислений привел нас к пониманию архитектуры МЭМС-акселерометра.
Архитектура МЭМС акселерометра
Рассмотрим сначала функциональную схему датчика:
Функциональная схема МЭМС-акселерометра
Изначально у нас есть сигнал x(t) – который отражает изменение ускорения. Далее мы перемножаем его с несущим сигналом и усиливаем с помощью операционного усилителя (в режиме интегратора). Далее происходит демодуляция – простейшая схема – диод и RC фильтр (в реальности используют усложненную схему, синхронизируя процесс модуляции и демодуляции одной несущей частотой ). После чего остатки шума фильтруются с помощью фильтра низких частот.
В качестве примера приведу один из первых МЭМС акселерометров компании Analog Devices – ADXL50:
Структурная схема ADXL50
Наверное, приведя структурную схему датчика в начале статьи многим читателям не было бы понятно назначения некоторых блоков. Теперь завеса приоткрыта, и можем обсудить каждый из них:
Какой преобразователь выбрать для работы с датчиками?
Выбор преобразователя для работы с датчиками зависит от точности, которую вы хотите получить. Для работы с датчиками подойдут АЦП с архитектурой SAR или Delta-Sigma с высокой разрядностью. Однако современные датчики обладают встроенными преобразователями. Лидерами этого направления являются STMicroelectronics, Analog Devices и NXP. В качестве примера, можно привести новую микросхему с 3-х осевым акселерометром и встроенным АЦП – ADXL362.
Структурная схема ADXL362
Для работы с АЦП в схему добавлены антиэлайзинговые фильтры, чтобы исключить попадания в спектр дополнительных гармоник.
Где достать такие технологии?
Сейчас для fabless компаний доступно множество фабрик, которые предлагают технологии МЭМС. Однако для создания современных микросхем требуется интегрировать емкости с подвижными пластинами в стандартный маршрут проектирования, ведь помимо такой емкости необходимо спроектировать дополнительные блоки (генератор, демодулятор, ОУ и тд) на одном чипе. В качестве примера можно привести фабрики TSMC и XFab, которые предлагают технологию для реализации МЭМС датчика вместе со всей обвязкой. На картинке представлены емкости, которые позволяют создать трехосевой акселерометр:
Трехосевой емкостной полумост от TSMC
В России также существует фабрика по выпуску МЭМС датчиков – “Совтест”, однако предприятие не обладает технологией интегрирования дополнительных схемотехнических блоков, которые необходимы для создания конечного устройства и единственный выход — применять технологию микросборки.
Какие наработки есть у нашей компании в этом направлении?
У нас есть несколько преобразователей, которые предназначены для работы с датчиками. Из новых продуктов это:
Преобразователь напряжение-частота
Для преобразования данных с датчика обычно используются SAR или delta-sigma АЦП, однако существует еще один тип преобразователей — интегрирующие ПНЧ, которые имеют существенные преимущества:
ПНЧ под микроскопом
Каждый из трех основных каналов преобразует входное напряжение в диапазоне ± 4В в частоту до 1250кГц на 3-х выходах, соответствующих положительному и отрицательному входным напряжениям. Также микросхема имеет в каждом канале 16 битный реверсивный счетчик, для подсчета частотных импульсов. SPI интерфейс служит для управления режимами преобразования и выборки содержимого счетчиков импульсов каналов. Основными требованиями к параметрам ПНЧ являлись:
Есть только одно “но” – биполярное питание. Для обеспечения хорошей стабильности нуля (напряжение, которое соответствует ускорению 0g) необходимо использовать биполярное питание. Такое решение довольно эффективное – ведь когда 0g соответсвует “земля”, система априори будет стабильной. Также это улучшает проектирование системы. В современных датчиках в качестве нуля используют половину питания Vdd/2, однако если значение напряжения на преобразователе будет отличаться от напряжения на датчике – мы автоматически получаем смещение, которое нужно дополнительно калибровать.
Наверное, для многих потребителей биполярное напряжение немного отпугивает, и мы как разработчики это понимаем. Возможно, в дальнейшем сделаем коммерческий вариант для МЭМСов (или интегрируем датчик в ПНЧ). Пока, конечно, это всего лишь планы, но уверен они увидят свет.