Beliebig hohe Dynamik am Chip

[FrankF]

Hallo Kollegens!

Am Wochenende hatte ich so ein paar Ideen, wie man die Chipdynamik nach oben hin fast beliebig erweitern kann und zwar

a) mit einem Zähler, der die Dauer bis zum Überlauf pro Pixel misst und den tatsächlichen Messwert extrapoliert, falls kein Single-Pixel-Reset möglich ist

b) einem Resetcounter, falls ein Single-Pixel-Reset möglich ist

Zum Spaß hab ich mal eine kleine Patentrecherche gestartet und das hier gefunden: http://www.freepatentsonline.com/6069377.html

Dachte, das könnte Euch begeistern!

Herzlich

Frank

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[maikm]

Hattest Du die Idee auf dem Klo oder unter der Dusche?

Maik

 

[Retina]

Hei Frank,

coole Idee! :up: Problem ist wohl die Implementierung. Da eine echte xy-Parallelauslese wohl mit einem 2D-Chipdesign nicht realisierbar ist, müssten die Überlaufzähler in die Pixel, und zwar in jeden einzelnen. Für CMOS kein prinzipielles Problem (na gut, es geht potentiell sensitive Fläche verloren, aber vielleicht helfen da die Mikrolinsen und schaffen Bereiche, die sowieso blind sind), aber dann hat man HF wo man sie eigentlich nicht haben will. Dazu könnte volkerm vermutlich einiges beitragen. Der Zähler müsste dann umgekehrt proportional zur Belichtungszeit getaktet werden und so eine handvoll Bits würden schon für eine schöne Zeichnung der hellen Bereiche sorgen können, wie in "alten Zeiten" (bzw. bei der S5).

Wir können ja noch ein paar Ideen sammeln und dann eine Petition bei Nikon Einreichen. Vielleicht gibt´s ja dann eine spezielle NFF-D3...

Viele Grüße,
Burkhard

 

[kristallio]

Starke Idee, wo ist der Haken?
Gruß, Dirk

 

[maikm]

wo ist der Haken?

Da bräuchte man schon so einiges an Logik am Pixel.

Die Logik müßte ja auch bei kurzen Verschlusszeiten in der Lage sein, die Überbelichtung rechtzeitig zu bemerken. Wenn 1/8000 die kürzeste Zeit ist, müßte sie z.B. innerhalb 1/32000 bemerken, dass das passieren wird, wenn bis zu 2 Blenden abgefangen werden können sollen.

Dann müßte der Pixel sich resetten, und hinterher bräuchte man beim Auslesen noch eine Möglichkeit, mit auszulesen, wie oft ein Pixel resettet wurde, damit man nicht in den normal belichteten Pixeln Dynamik verschenkt.

Sprich, man müßte erstmal sehr schnell den Ladungsstand des Pixels auslesen können, ohne ihn faktisch zu verändern, dann entscheiden und einen Zähler dazu haben. Das ist eine Menge Holz an Logik, die letztlich vermutlich Platz kosten wird, die für den Pixel selbst dann verloren geht. Was wiederum dem Design-Ziel widerspräche.

Eine Alternative wäre ein ADC direkt an jedem Pixel. Der könnte dann einfach 4mal während der Belichtungszeit auslesen und die Werte aufaddieren. Dürfte aber dasselbe Platzproblem bedeuten.

Maik

 

[FrankF]

Da bräuchte man schon so einiges an Logik am Pixel.

Die Logik müßte ja auch bei kurzen Verschlusszeiten in der Lage sein, die Überbelichtung rechtzeitig zu bemerken. Wenn 1/8000 die kürzeste Zeit ist, müßte sie z.B. innerhalb 1/32000 bemerken, dass das passieren wird, wenn bis zu 2 Blenden abgefangen werden können sollen.

Dann müßte der Pixel sich resetten, und hinterher bräuchte man beim Auslesen noch eine Möglichkeit, mit auszulesen, wie oft ein Pixel resettet wurde, damit man nicht in den normal belichteten Pixeln Dynamik verschenkt.

Sprich, man müßte erstmal sehr schnell den Ladungsstand des Pixels auslesen können, ohne ihn faktisch zu verändern, dann entscheiden und einen Zähler dazu haben. Das ist eine Menge Holz an Logik, die letztlich vermutlich Platz kosten wird, die für den Pixel selbst dann verloren geht. Was wiederum dem Design-Ziel widerspräche.

Eine Alternative wäre ein ADC direkt an jedem Pixel. Der könnte dann einfach 4mal während der Belichtungszeit auslesen und die Werte aufaddieren. Dürfte aber dasselbe Platzproblem bedeuten.

Maik

Hi Maik!

Sehe ich genauso, was die Menge an Logik oder ggf. Analogvorverarbeitung pro Pixel angeht, allerdings beobachte ich seit einiger Zeit die rasanten Fortschritte in der Chipfertigung und habe mich schon vor bald 10 Jahren mit 8-Schichten-CMOS-Chips beschäftigt und dann 2004 mit 45nm-Fertigungslinien.

In der Diskussion mit meinem Vater heute (der hat einen Haufen Patente in Sachen Rauschen, weil er die Verstärkerelektronik seines Gasreibungsvakuummeters im kritischen Bereich selbstkalibrierend betreiben musste), kam uns dann noch eine abgefahrenere Idee.

Da hab ich aber noch nicht recherchiert, daher schweige ich darüber noch, außerdem fehlt mir noch eine Idee, wie man das implementieren könnte.

Herzlich

Frank

PS: Die Idee kam mir, wenn ich mich recht entsinne, in den frühen Morgenstunden, als ich wachlag und mich nicht entscheiden konnte, ob ich jetzt pissen gehe oder lieber noch was liegen bleibe und die Blase ignoriere.

 

[Micha 007]

Verpassen wir also den Microlinsen eine Sonnenbrille mit autotonig Gläsern.

Gruß Michael

 

[Retina]

Ich hatte wohl die Idee etwas falsch verstanden mit dem Reset. Eigentlich braucht man doch nur die Zeit bis zum Überlauf. Wie oft es zum Reset kommt ist damit ja (im statistischen Rahmen, also besser als 1%) festgelegt. D.h. für die hellen Pixel lese ich den Zähler für die Überlaufszeit aus, und für die "normalen" wie gehabt den ADC-Wert. Die Auflösung für die hellen Pixel ist dann natürlich nicht so gut, für eine "Abrundung" des jetzigen Sättigungsknicks müsste das wohl allemal taugen.

Verpassen wir also den Microlinsen eine Sonnenbrille mit autotonig Gläsern.

Die müssen dann aber verdammt schnell in Abhängigkeit vom Lichteinfall während der Belichtung schalten...

Gruß,
Burkhard

 

[FrankF]

Die Auflösung für die hellen Pixel ist dann natürlich nicht so gut, für eine "Abrundung" des jetzigen Sättigungsknicks müsste das wohl allemal taugen.

Genau, "falls kein Single Pixel Reset möglich ist", sonst bekommt man ja einen exakten Messwert, nämlich:

#Überläufe * Pixel-Fassungsvermögen + letzter Zählwert (mit entsprechenden Korrekturwerten wie bisher auch)

Herzlich

Frank

 

[CALYPTRA]

Deine Idee finde ich gut. Schade, dass dafür schon ein Patent angemeldet ist, sonst hätte man eines einrichten können

Problematisch ist eben wie du bereits sagtest, dass ein Ausleseverstärker mit Beschaltung für Timer und Zähler wahrscheinlich für jedes Pixel nötig wird.

Sehe ich genauso, was die Menge an Logik oder ggf. Analogvorverarbeitung pro Pixel angeht, allerdings beobachte ich seit einiger Zeit die rasanten Fortschritte in der Chipfertigung und habe mich schon vor bald 10 Jahren mit 8-Schichten-CMOS-Chips beschäftigt und dann 2004 mit 45nm-Fertigungslinien.

Kleinere Fertigungtechnologien helfen zwar Platz zu sparen, allerdings geht damit auch die Problematik einher, dass eine gute analoge Signalverarbeitung immer schwieriger wird. Deshalb vermute ich mal, dass das Patent in den nächsten Jahren vorerst nur auf dem Papier existieren wird.

 

[smashIt]

ich will euch ja nicht euer patent versaun ABER ich hab da auch ne idee zu dem thema :hallo:

man dreht den spies mit der messung einfach um
man misst nicht die zeit bis der pixel voll war sondern die zeit danach bis zum ende der belichtung

sollte sich realisiern lassen indem der pixel sobald voll abschaltet und man hinterher den ladungsverlust misst der sich bis zum ende der belichtung einstellt
das sollt auch die notwendige logik am chip in grenzen halten und hf hat man auch keins

 

[FrankF]

Kleinere Fertigungtechnologien helfen zwar Platz zu sparen, allerdings geht damit auch die Problematik einher, dass eine gute analoge Signalverarbeitung immer schwieriger wird. Deshalb vermute ich mal, dass das Patent in den nächsten Jahren vorerst nur auf dem Papier existieren wird.

Das müsste man im Detail mal nachrecherchieren. Wenn wir es in modernen Chips ohnehin mit Analog- und Digitalschaltungen auf dem gleiche Die zu tun haben, könnte ich mir vorstellen, dass sich auch unterschiedliche Strukturbreiten realisieren lassen. Jedenfalls habe ich die Fertigungstechnik bisher so verstanden, dass man in einem feineren Prozess die minimale Strukturbreite zur Benennung nutzt, aber damit durchaus auch gröbere Strukturen realisieren kann.

Also können wir unseren oo-Dynamiker schon so bauen, dass die Strukturen an den kritischen Stellen nicht zu dünn werden.

Herzlich

Frank

 

[CALYPTRA]

Das müsste man im Detail mal nachrecherchieren. Wenn wir es in modernen Chips ohnehin mit Analog- und Digitalschaltungen auf dem gleiche Die zu tun haben, könnte ich mir vorstellen, dass sich auch unterschiedliche Strukturbreiten realisieren lassen. Jedenfalls habe ich die Fertigungstechnik bisher so verstanden, dass man in einem feineren Prozess die minimale Strukturbreite zur Benennung nutzt, aber damit durchaus auch gröbere Strukturen realisieren kann.

Das ist richtig. Und zwar bezieht sich Fertigungstechnologie immer auf die kleinste mögliche Länge der Transistorgates. Das ist eine von vielen Beschränkungen, die beim späteren Design eines Chips gelten. Die Breite und Länge der Transistoren kann man dann aber unter Beachtung von einigen Randbedingungen frei wählen, wie man es eben gerade braucht.
Die kleinste Strukturgröße bringt aber nunmal nichts, wenn für eine saubere analoge Verstärkung größere Strukturen benötigt werden. Letztendlich muss ja doch alles auf den Sensor drauf.