CMOS，老生常談的器件。在網(wǎng)上，有很多CMOS相關(guān)的學(xué)習(xí)資源。上篇文章中，小編對(duì)CMOS傳感器與CCD的區(qū)別有所闡述。為增進(jìn)大家對(duì)CMOS的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)CMOS傳感器的優(yōu)點(diǎn)以及如何在CMOS、sCMOS之間抉擇予以介紹。如果你對(duì)CMOS具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、CMOS傳感器優(yōu)點(diǎn)

最新(2020)CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個(gè)衡量尺度是填充因子(感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量)的乘積。CCD傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個(gè)很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS)，并且導(dǎo)致填充因子降低，原因是像素表面相當(dāng)大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給光電二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS傳感器的一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)目標(biāo)就是擴(kuò)大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過(guò)其獲得專(zhuān)利授權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標(biāo)準(zhǔn)CMOS硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。隨著像素尺寸的變小，提高填充因子所來(lái)越困難，目前最流行的技術(shù)是從傳統(tǒng)的前感光式(FSI，F(xiàn)ront Side Illumination)變?yōu)楸巢扛泄馐?BSI，Back Side Illumination)，放大器等晶體管以及互聯(lián)電路置于背部，前部全部留給光電二極管，這樣就實(shí)現(xiàn)了100%的填充因子。

另外，對(duì)于一個(gè)典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場(chǎng)景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進(jìn)行的，因此擁有較大的動(dòng)態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過(guò)多斜率操作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)：轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)由傾度不同的直線(xiàn)部分所組成，它們共同形成了一個(gè)非線(xiàn)性特征曲線(xiàn)。因此，一幅場(chǎng)景的黑暗部分有可能占據(jù)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分：轉(zhuǎn)換特征曲線(xiàn)在這里最為陡峭，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和對(duì)比度。特征曲線(xiàn)上半部分的平整化將在圖像的明亮部分捕獲幾個(gè)數(shù)量級(jí)的過(guò)度曝光，并以一個(gè)更加細(xì)致的標(biāo)度來(lái)表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來(lái)運(yùn)作LUPA-4000將使高達(dá)90dB的光動(dòng)態(tài)范圍與一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換范圍相匹配。

具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步;它們是專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其像素由光電二極管組成，可提供高達(dá)120dB的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍。面向汽車(chē)應(yīng)用的ACM 100相機(jī)模塊就采用了這些傳感器，這種相機(jī)模塊據(jù)稱(chēng)是同類(lèi)產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機(jī)解決方案：該視覺(jué)解決方案被看作是面向駕駛者保護(hù)、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導(dǎo)向的未來(lái)汽車(chē)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。

此外，對(duì)于獨(dú)立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱(chēng)的CMOS技術(shù)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：CMOS圖像傳感器是針對(duì)5V和3.3V電源電壓而設(shè)計(jì)的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，從而導(dǎo)致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集成到CMOS傳感器中將帶來(lái)另一個(gè)好處：它去除了與其他半導(dǎo)體元件的所有外部連接線(xiàn)。其高功耗的驅(qū)動(dòng)器如今已遭棄用，這是因?yàn)樵谛酒瑑?nèi)部進(jìn)行通信所消耗的能量要比通過(guò)PCB或襯底的外部實(shí)現(xiàn)方式低得多。

二、選擇CMOS，還是sCMOS?

選擇CMOS還是sCMOS傳感器取決于一系列因素。如果你在兩者之間猶豫不決，你很可能使用的是外顯照明，因?yàn)榘坠庾銐蛄?，不需要sCMOS傳感器。另外，有時(shí)可能只是簡(jiǎn)單的光照到相機(jī)的程度，或者是特定應(yīng)用中特有的性能參數(shù)的組合，都會(huì)影響選擇。

但不管是CMOS還是sCMOS，您都應(yīng)該選擇單色傳感器，而不是彩色傳感器，因?yàn)閱紊珎鞲衅骶哂泄逃械牧孔有蕛?yōu)勢(shì)。

sCMOS傳感器的特點(diǎn)是背面照明和大像素，有助于降低整體噪聲(如CCD技術(shù))。此外，sCMOS相機(jī)通常包括Peltier冷卻系統(tǒng)，以減少長(zhǎng)時(shí)間曝光后由熱產(chǎn)生的噪聲。使用sCMOS傳感器的相機(jī)還需要一個(gè)高帶寬接口，例如帶有幀捕捉板的CameraLink或CoaXpress，從而使這種視覺(jué)系統(tǒng)更加復(fù)雜，因此價(jià)格更高。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，CMOS制造商繼續(xù)在量子效率(收集入射光子的能力)，降低讀取噪聲(確保即使在這種噪聲中不會(huì)損失低水平的入射光子)方面做出重大改進(jìn)，并實(shí)施了背面照明。雖然Peltier冷卻也是某些CMOS傳感器的一種選擇，但由于量子效率的提高和噪聲的降低，使得某些生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用無(wú)需進(jìn)行冷卻。

降低成本的另一種方法是接口。多年來(lái)，CMOS傳感器已與諸如USB3，GigE和10 GigE的消費(fèi)類(lèi)接口配對(duì)。這些接口不需要幀捕獲器，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性(和成本)。即將推出的接口(例如25/100GigE，USB4和CXPX)將通過(guò)提供明顯更高的帶寬來(lái)完全消除此問(wèn)題。

以上便是此次小編帶來(lái)的“CMOS”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)CMOS優(yōu)點(diǎn)、CMOS和sCMOS的抉擇具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!