CMOS ve CCD arasındaki farklar

Görüntüleme, bilgisayar görüşü ve fotonik uygulamaları için herhangi bir tasarımın düzgün çalışması için bir tür optik düzeneğe ve sensöre ihtiyacı olacaktır. Bir sonraki optik sisteminiz çok çeşitli optik bileşenleri içerecektir ve görüntüleme sensörleri, optik ve elektronik dünyalar arasındaki köprüdür.

 

Mantıklı sensör seçimi, bir dizi faktörün dikkate alınmasını gerektirir. Bu faktörlerden bazıları yanıt süresi, form faktörü, çözünürlük ve uygulama ile ilgilidir. CCD ve CMOS sensörü arasındaki seçim zor olabilir, ancak bu, sisteminizin doygunluktan kaçınırken görüntüleri ne kadar hızlı çözebileceğini belirleyecektir. Görünür aralığın dışında çalışmanız gerekiyorsa etkili görüntüleme için Si'ye alternatif malzemeler düşünmeniz gerekir. Bazı uygulamalarda fotodiyot dizisi ile çalışmak daha mantıklı olabilir. İşte bu farklı sensör türleri ve uygulamanız için doğru bileşeni nasıl seçeceğiniz hakkında bilmeniz gerekenler.

 

 

Sensörünüzde kullanılan aktif malzeme, hassas dalga boyu aralığını, bant-kuyruk kayıplarını ve sıcaklık hassasiyetini belirleyecektir. Uygulamanıza bağlı olarak kızılötesi, görünür veya UV aralıklarında çalışıyor olabilirsiniz. Bir termal görüntüleme sistemi üzerinde çalışmadığınız sürece, kamera sistemleri için görünür aralık boyunca hassasiyet isteyeceksiniz. Floresan görüntüleme gibi özel görüntüleme uygulamaları için, IR'den UV aralığına kadar herhangi bir yerde çalışıyor olabilirsiniz.

 

Bazı aktif maddeler hala araştırma aşamasındayken, bazıları ticari bileşenler olarak kolaylıkla temin edilebilir. CCD ile CMOS sensör bileşenlerini karşılaştırıyorsanız, aday sensörleri seçerken aktif malzeme başlamak için iyi bir yerdir.

• Si:Bu, görüntüleme sensörlerinde kullanılan en yaygın malzemedir. 1,1 eV'lik dolaylı bant aralığı (~1100 nm absorpsiyon kenarı), onu görünür ve NIR dalga boyları için en uygun hale getirir.
• InGaAs:Bu III-V malzemesi, ~2600 nm'ye kadar IR tespiti sağlar. Düşük bağlantı kapasitansı<1 nF makes InGaAs sensors ideal for applications at SMF wavelengths (1310 and 1550 nm). Tuning is achieved by altering the stoichiometry of In(1-x)GaxAs. InGaAs CCD sensors are available on the market from photonics suppliers, and companies like IBM have demonstrated InGaAs compatibility with CMOS processes.
• Ge:Bu malzeme, Si'den daha yüksek maliyeti nedeniyle CCD kameralarda ve sensörlerde daha az yaygındır ve all-Ge ve SiGe CMOS sensörleri hala sıcak bir araştırma konusudur.

Bir zamanlar yapay görme performansı için altın standart olarak kabul edilen CCD sensörleri (Charge Coupled Device), birçok uygulamada modern CMOS görüntüleme sensörleri (Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken) lehine kullanımdan kaldırılıyor. Bunun nedeni nedir ve projeniz için hangi sensör tipinin doğru olduğunu nasıl anlarsınız?

 

İşte teknolojilerin nasıl çalıştığına dair basitleştirilmiş bir açıklama:

 

Hem CCD hem de CMOS görüntü sensörleri, fotosit adı verilen binlerce veya milyonlarca ışık yakalama kuyusu ile ışık fotonlarını yakalayarak ışığı elektronlara dönüştürür. Bir görüntü çekilirken, fotonları toplamak ve bunları elektrik sinyali olarak depolamak için fotositeler açılır.

 

Bir sonraki adım, görüntüdeki her bir fotositenin birikmiş yükünü ölçmektir. İşte burada teknolojiler farklılaşmaya başlar: CCD cihazında yük, çip boyunca taşınır ve dizinin bir köşesinde okunur ve bir analogdan dijitale dönüştürücü, her fotositenin yükünü dijital bir değere dönüştürür.

 

 

Öte yandan, çoğu CMOS cihazında, her fotositede, daha geleneksel kablolar kullanarak yükü yükselten ve hareket ettiren birkaç transistör vardır. Bu, sensörü farklı uygulamalar için daha esnek hale getirir çünkü her bir fotosite ayrı ayrı okunabilir.

 

Özel bir üretim süreci, CCD cihazlarına, yükleri bozulma olmadan çip boyunca taşıma yeteneği vererek yüksek kaliteli, son derece hassas sensörlere yol açar. CMOS yongaları daha geleneksel (ve daha ucuz) üretim süreçleri kullanır.

 

Tüm bunlar, CMOS ve CCD sensörleri arasındaki birkaç ana farkı ekler:

• CCD sensörleri, yüksek kaliteli, düşük gürültülü görüntüler oluşturur. CMOS sensörleri genellikle gürültüye karşı daha hassastır.
• Bir CMOS sensöründeki her fotositenin yanında birkaç transistör bulunduğundan, fotonların çoğu fotosite yerine transistörlere çarptığı için CMOS çipinin ışık hassasiyeti daha düşük olma eğilimindedir.
• CCD sensörleri, eşdeğer bir CMOS sensöründen 100 kat daha fazla güç tüketir.
• CMOS sensörleri çoğu standart silikon üretim hattında üretilebilir, dolayısıyla CCD sensörlerine kıyasla üretimi ucuzdur.

Genel olarak, CMOS sensörlerinin üretimi CCD sensörlerinden çok daha ucuzdur ve performansı hızla gelişmektedir, ancak bazı zorlu uygulamalar için CCD sensörleri hala gerekli olabilir.