什么是 CMOS 传感器？CMOS传感器的应用

2023-10-12 12:30:53 admin

什么是 CMOS 传感器？

CMOS 传感器是用于数码相机等摄影设备的图像传感器。传感器表面排列有大量的光接收元件，每个光接收元件接收到的光被转换成电荷。电荷通过放大器被转换成取决于光强度的电压由CMOS制成的电路，或者可以作为电流取出。

过去，CCD传感器被用作主流图像传感器。CCD传感器的特点是电荷由CCD传输并通过浮动扩散放大器(FDA)转换成电压的结构。

CCD传感器在灵敏度、信噪比、低暗电流等方面比CMOS传感器具有优势，但需要更复杂的电源配置，不可避免的拖尾，并且需要特殊的制造工艺，缺点包括无法使用CMOS LSI生产设备。最近，在减少 CMOS 传感器中暗电流影响和提高信噪比的方法方面取得了进展，使 CMOS 传感器成为图像传感器的支柱。

过去，CMOS 传感器用于安装在智能手机和平板电脑中的摄像头，因为它们的制造成本低廉。另一方面，低噪声的CCD传感器主要用于要求高图像质量的单反相机和摄像机。

然而，随着 CCD 传感器的噪声消除方法的发展，CCD 传感器逐渐被 CMOS 传感器取代，因为它们不再导致 CCD 传感器存在的拖影和光晕问题，并且现在已用于所有成像设备。被用作元素。

图像传感器的基本功能是通过其表面排列的大量受光元件接收光线时产生的电荷进行累积和转移，将其转换为电压或电流并输出。CCD 和 CMOS 传感器都有这一点。

两者之间的主要区别在于电荷转移机制。CCD传感器具有作为形成为网格图案的光接收元件的光电二极管，并且电荷可以暂时存储在光电二极管的N型区域中。

垂直CCD安装在该光电二极管附近，每个光电二极管在一定时间内积累的所有电荷同时传输到垂直CCD。电荷依次传输并传送至水平 CCD。

水平CCD依次将从垂直CCD转移的电荷转移到FDA。FDA根据电荷量输出电压，因此电压输出对应于照射到光电二极管的光强度。如上所述，CCD传感器顺序输出所有光电二极管的电荷量。

另一方面，CMOS传感器配备有作为每个光接收元件的光电二极管、放大其输出的放大器以及将放大器输出连接到信号线的开关元件。对每个光电二极管执行。Masu。

利用这种配置，CMOS传感器可以通过组合水平扫描信号和垂直扫描信号来指定各个光电二极管，并根据电荷量提取电压或电流。因此，您可以选择任何光电二极管并读出信号。

由于这些结构差异，CMOS 传感器的优点是能够通过将信号限制在必要的区域来高速读出信号，并且不会产生 CCD 传输噪声。此外，CCD传感器无法避免由于噪声成分流入CCD而导致的拖尾现象，而CMOS传感器则不能。

CMOS传感器将作为光接收元件的光电二极管与放大器和开关元件组合，并且进一步集成大量这些元件。光电二极管的制造工艺特殊，与晶体管不同，但其他部件与CMOS LSI完全相同，因此与CCD相比，其优势在于可以使用CMOS制造设备。

关于光电二极管的放置也有新的进展。这是一种背照式结构，其中光电二极管放置在形成放大器和开关元件等电路的前表面的背面。光电二极管和电路通过内部接线连接。虽然制造工艺较为复杂，但光电二极管可以无间隙排列，这尤其提高了集光效率。

另外，CMOS传感器内部的电路采用单电源供电，所以基本上只需要一个3.3V左右的电源，但CCD传感器向CCD提供多个电压，这是传输路径，这增加了复杂性电源配置。CMOS传感器在功耗方面也具有优势。

在CCD传感器鼎盛时期，索尼占据着垄断的市场份额，但现在CMOS传感器已经占据中心地位，并且主要用途转向智能手机，索尼的市场份额正在逐渐下降。研究结果显示，2021年图像传感器市场份额为价值领先者索尼为45%，三星为26%，豪威科技为11%，位居第三。

CMOS 图像传感器有多种尺寸可供选择，从大到小。
以佳能的CMOS图像传感器为例，图像传感器有六种不同尺寸的类型：

一般来说，在像素数量相同的情况下，传感器尺寸越大，图像质量越好。另外，光圈越大，灵敏度越好。