КМОП видеокамера космической квалификации для применения в приборах спектроскопии КА ДЗЗ

Компания 3D PLUS в рамках НИОКР разработала новую КМОП-камеру для космических применений. Работа была выполнена по заказу Национального центра космических исследований Франции (CNES). Для обеспечения максимальной компактности конструкции камера была разработана с использованием объёмных технологий компании 3D PLUS. Также при разработке камеры особое внимание было уделено обеспечению её высокой стойкости к воздействию радиации для широкого спектра научных применений, таких как обзор земной поверхности, мониторинг состояния КА и носителя, звездные датчики.
Камера 3DCM681 была разработана с использованием 3D технологий и представляет из себя куб объёмом 35x35x25 мм3, в котором на 4 уровнях размещены её компоненты. Верхний уровень содержит КМОП датчик изображения, который является основным элементом камеры. Датчик состоит из 2048 x 2048 пикселей размером 5,5 микрон. Каждый пиксель основан на архитектуре pin-фотодиода с несколькими транзисторами. Этот датчик полностью цифровой, он содержит микроконтроллер, регистры, 2048 АЦП и может передавать информацию, используя 16 выходов LVDS. Частота кадров зависит от количества битов АЦП и составляет 12 кадров/сек (12 битов) или 16 кадров/сек (10 битов). Стойкость цифровой части датчика в отношении одиночных эффектов (SEE) была оценена CNES и была признана удовлетворительной в части SEU и требующей дополнительной защиты для снижения SEL. Красный, зеленый и синий цветовые фильтры размещены в оптической системе над каждым пикселем с использованием распределения массива Байера. Микролинзы нанесены в верхней части каждого пикселя. Эти оптические элементы фокусируют падающий на пиксель свет для того, чтобы улучшить квантовую эффективность пикселя.
На втором уровне компонентов размещена ПЛИС на 3 млн. вентилей с низкой потребляемой мощностью, стойкостью к накопленной дозе 30 крад и невосприимчивостью к одиночным эффектам. ПЛИС выполняет функцию интерфейса камеры с другими системами. ПЛИС может хранить изображения в ОЗУ, расположенном на том же уровне и выполняет предварительную обработку изображений. Также имеется ПЗУ для обеспечения загрузки регистров состояния датчика изображения и хранения каталога звезд в случае применения камеры в составе звездных датчиков. Для управления камерой используется последовательный интерфейс, для передачи изображения с выхода камеры используется интерфейс LVDS.
Следующий уровень компонентов камеры содержит PGA, который поддерживает любые типы интерфейсов передачи данных от LVDS до SpaceWire в зависимости от программирования ПЛИС.
Входное напряжение питания камеры от 4.5 до 9 В. В составе камеры имеются четыре стабилизатора напряжения (3.3 В, 2.5 В, 2.1 В и 1.5 В) для питания датчика, генератора, ПЛИС и памяти.
Камера выпускается в космическом исполнении.