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
Dolby Vision, HDMI 2.1 и технология МЕМС: Xiaomi выпустила доступные телевизоры Mi TV P1
В линейку входят версии с диагональю 32, 43, 50 и 55 дюймов.
Под брендом Xiaomi вышло сразу несколько телевизоров Mi TV P1. Устройства оснащены ЖК-экранами. Представлено 4 варианта: с диагональю 32, 43, 50 и 55 дюймов. Модель на 32 дюйма поддерживает разрешение изображения 1366 х 768 пикселей, а 3 другие – 3840 х 2160 пикселей.
Все версии, кроме 32-дюймовой, используют четырехъядерную платформу MediaTek MT9611 с графической системой ARM Mali G52 MP2. Частота чипсета достигает 1,5 ГГц. Объем ОЗУ достигает 2 Гб, а флэш-накопителя – 16 Гб.
Вся линейка обладает идентичным функционалом. Кадровая частота равна 60 Гц, а угол обзора картинки – 178°. В телевизоры установлена ОС Android TV 10, поэтому можно загружать различные сервисы из Google Play. Поддерживается голосовое управление с помощью Google Assistant и трансляция контента со смартфона через Chromecast.
Mi TV P1 получили Dolby Vision, HDR10+, HLG и компенсацию динамичного изображения МЕМС, благодаря чему картинка качественная и плавная. Охватывается 88 % палитры NTSC и 94 % DCI-P3. 4К-телевизоры имеют 2 динамика по 10 Вт каждый. За студийный звук отвечают Dolby Audio и DTS-HD. Присутствует двухдиапазонный Wi-Fi и Bluetooth 5.0. Интерфейс включает разъемы HDMI 2.0, HDMI 2.1 (eARC, VRR), HDMI (CEC), USB 2.0 (2 шт.), AV, Ethernet, оптический порт и вход для гарнитуры 3,5 мм.
Чтобы управлять устройствами, предусмотрен пульт с быстрым доступом к Netflix, Prime Video и другим приложениям. Предварительная стоимость новых телевизоров от Xiaomi:
MEMS-дисплеи готовы к массовому производству
Sharp и Pixtronix планируют начать производство дисплеев с использованием технологии MEMS. Сообщается, что это может произойти уже во второй половине 2014 года на производственной площадке Yonago, префектуры Тоттори.
Дисплеи с использованием MEMS (Micro Electro Mechanical System) — одно из основных направлений разработки Sharp на данный момент. В них вместо люминофоров, возбуждаемых ультрафиолетовыми лучами в газовой смеси, превращаемой в плазму (как в плазменных панелях), модуляция трех компонентов цвета RGB реализована с помощью смещающихся жалюзи микроскопических размеров.
МЭМС-дисплеи характеризуются сниженной стоимостью производства по сравнению с традиционными жидкокристаллическими. Кроме этого, по заявлениям представителей компании, контрастность подобных экранов стремится к бесконечности, так как жалюзи могут быть закрыты полностью. За счет высокой скорости переключения возможно повышение разрядность кодирования цвета.
Новая технология позволит увеличить время автономной работы и яркость панелей. Один из наиболее интересных вариантов применения новых экранов — замена традиционного зеркала заднего вида в автомобилях на систему MEMS-экрана и видеокамеры. Это станет возможно за счет повышенной надежности устройства и качества изображения — предполагается, что они смогут потягаться с зеркалами и бумажными фотографиями. Кроме этого, можно ожидать появление новых типов домашних телевизоров высшего класса. Подобная технология позволила бы Sharp конкурировать с новыми последними разработками корейских компаний, которые прочно обосновались в лидер ах телевизионного рынка.
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.
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.