CMOS傳感器是什麼?CMOS是什麼

【CMOS是什麼】

  CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),中文學名為互補金屬氧化物半導體,它本是電腦系統內一種重要的晶片,保存了系統引導最基本的資料,和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。

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  CMOS的製造技術和一般電腦晶片沒什麼差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶-電) 和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。

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【CMOS傳感器是什麼】

  後來發現CMOS經過加工也可以作為數碼攝影中的圖像傳感器,CMOS傳感器也可細分為被動式像素傳感器(Passive Pixel Sensor CMOS)與主動式像素傳感器(Active Pixel Sensor CMOS)。然而,CMOS的缺點就是太容易出現雜點,這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時,由於電流變化過於頻繁而產生過熱現象。

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【CMOS傳感器的分類】

  CMOS傳感器按為像素結構分被動式與主動式兩種。

  被動式像素結構(Passive Pixel Sensor.簡稱PPS),又叫無源式。它由一個反向偏置的光敏二極管和一個開關管構成。光敏二極管本質上是一個由P型半導體和N型半導體組成的PN結,它可等效為一個反向偏置的二極管和一個MOS電容並聯。當開關管開啟時,光敏二極管與垂直的列線(Column bus)連通。位於列線末端的電荷積分放大器讀出電路(Charge integrating amplifier)保持列線電壓為一常數,當光敏二極管存貯的信號電荷被讀出時,其電壓被復位到列線電壓水平,與此同時,與光信號成正比的電荷由電荷積分放大器轉換為電荷輸出。

  主動式像素結構(Active Pixel Sensor.簡稱APS),又叫有源式,如圖2所示. 幾乎在CMOS PPS像素結構發明的同時,人們很快認識到在像素內引入緩衝器或放大器可以改善像素的性能,在CMOS APS中每一像素內都有自己的放大器。集成在表面的放大晶體管減少了像素元件的有效表面積,降低了“封裝密度”,使40%∼50%的入射光被反射。這種傳感器的另一個問題是,如何使傳感器的多通道放大器之間有較好的匹配,這可以透過降低殘餘水平的固定圖形噪聲較好地實現。由於CMOS APS像素內的每個放大器僅在此讀出期間被激發,所以CMOS APS的功耗比CCD圖像傳感器的還小。

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  這填充因數(Fill Factor),又叫充滿因數,它指像素上的光電二極管相對於像素表面的大小。量子效率(Quantun efficiency)是指一個像素被光子撞擊後實際和理論最大值電子數的歸一化值.被動式像素結構的電荷填充因數通常可達到70%,因此量子效率高。但光電二極管積累的電荷通常很小,很易受到雜波幹擾。再說像素內部又沒有信號放大器,只依賴垂直總線終端放大器,因而讀出的信號雜波很大,其S/N比低,更因不同位置的像素雜波大小不一樣(固定圖形噪波FPN)而影響整個圖像的品質。而主動性像素結構與被動式相比,它在每個像素處增加了一個放大器,可以將光電二極管積累的電荷轉換成電壓進行放大,大大提高了S/N比,從而提高了傳輸過程中抗幹擾的能力。但由於放大器佔據了過多的像素面積,因而它的填充因數相對較低,一般在25%-35%之間。

 

 

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