הבדלים בין CMOS ל-CCD

כל עיצוב עבור יישומי הדמיה, ראייה ממוחשבת ופוטוניקה יצטרך סוג כלשהו של מכלול אופטי וחיישן כדי לעבוד כראוי. המערכת האופטית הבאה שלכם תשלב מגוון רחב של רכיבים אופטיים, וחיישני הדמיה הם הגשר בין העולם האופטי והאלקטרוני.

 

בחירת חיישנים נבונה מצריכה התחשבות במספר גורמים. חלק מהגורמים הללו מתייחסים לזמן תגובה, גורם צורה, רזולוציה ויישום. הבחירה בין חיישן CCD לעומת חיישן CMOS יכולה להיות קשה, אבל היא תקבע כמה מהר המערכת שלך יכולה לפתור תמונות תוך הימנעות מרוויה. אם אתה צריך לעבוד מחוץ לטווח הנראה, תצטרך לשקול חומרים חלופיים ל-Si לצורך הדמיה יעילה. ביישומים מסוימים, עשוי להיות הגיוני יותר לעבוד עם מערך פוטודיודות. הנה מה שאתה צריך לדעת על סוגי חיישנים שונים וכיצד לבחור את הרכיב המתאים ליישום שלך.

 

 

החומר הפעיל המשמש בחיישן שלך יקבע את טווח אורכי הגל הרגיש, הפסדי פס-זנב ורגישות הטמפרטורה. ייתכן שאתה עובד בתחום האינפרא אדום, גלוי או UV, בהתאם ליישום שלך. עבור מערכות מצלמה, תרצה רגישות בכל הטווח הנראה, אלא אם כן אתה עובד על מערכת הדמיה תרמית. עבור יישומי הדמיה מיוחדים, כגון הדמיית פלואורסצנציה, ייתכן שאתה עובד בכל מקום מתחום ה-IR ועד ה-UV.

 

חלק מהחומרים הפעילים עדיין נמצאים בשלב המחקר, בעוד שחלקם זמינים כרכיבים ממוסחרים. אם אתה משווה רכיבי CCD לעומת רכיבי חיישני CMOS, החומר הפעיל הוא מקום טוב להתחיל בו בעת בחירת חיישנים מועמדים.

• סִי:זהו החומר הנפוץ ביותר בשימוש בחיישני הדמיה. מרווח הפס העקיף שלו של 1.1 eV (קצה ספיגה של ~1100 ננומטר) הופך אותו למתאים ביותר עבור אורכי גל גלויים ו-NIR.
• InGaAs:חומר III-V זה מספק זיהוי IR עד ~2600 ננומטר. קיבול הצומת הנמוך שלו של<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:חומר זה פחות נפוץ במצלמות ובחיישנים CCD בשל עלותו הגבוהה יותר מ-Si, וחיישני All-Ge ו-SiGe CMOS הם עדיין נושא מחקר חם.

פעם שנחשבו לסטנדרט הזהב לביצועים בראיית מכונה, חיישני CCD (Charge Coupled Device) מופסקים לטובת חיישני הדמיה מודרניים CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) ביישומים רבים. למה זה, ואיך אתה יודע איזה סוג חיישן מתאים לפרויקט שלך?

 

להלן הסבר פשוט על אופן פעולת הטכנולוגיות:

 

גם חיישני תמונה של CCD וגם CMOS ממירים אור לאלקטרונים על ידי לכידת פוטוני אור עם אלפי - או מיליוני - בארות לוכדות אור הנקראות פוטוסיטים. בעת צילום תמונה, אתרי הצילום נחשפים כדי לאסוף פוטונים ולאחסן אותם כאות חשמלי.

 

השלב הבא הוא לכמת את המטען המצטבר של כל פוטוסייט בתמונה. כאן הטכנולוגיות מתחילות להיות שונות: במכשיר CCD, המטען מועבר על פני השבב ונקרא באחת הפינות של המערך, וממיר אנלוגי לדיגיטלי הופך את המטען של כל אתר פוטו לערך דיגיטלי.

 

 

במרבית מכשירי ה-CMOS, לעומת זאת, ישנם מספר טרנזיסטורים בכל פוטוסייט שמגבירים ומזיזים את המטען באמצעות חוטים מסורתיים יותר. זה הופך את החיישן לגמיש יותר עבור יישומים שונים, מכיוון שניתן לקרוא כל אתר פוטו בנפרד.

 

תהליך ייצור מיוחד מעניק למכשירי CCD את היכולת להעביר מטענים על פני השבב ללא עיוות, מה שמוביל לחיישנים איכותיים ורגישים במיוחד. שבבי CMOS משתמשים בתהליכי ייצור קונבנציונליים יותר (וזולים יותר).

 

כל זה מוסיף למספר הבדלים עיקריים בין חיישני CMOS ו-CCD:

• חיישני CCD יוצרים תמונות באיכות גבוהה עם רעש נמוך. חיישני CMOS בדרך כלל רגישים יותר לרעש.
• מכיוון שלכל פוטוסייט בחיישן CMOS יש כמה טרנזיסטורים הממוקמים לידו, רגישות האור של שבב CMOS נוטה להיות נמוכה יותר, שכן רבים מהפוטונים פוגעים בטרנזיסטורים במקום בפוטוסייט.
• חיישני CCD צורכים עד פי 100 יותר חשמל מאשר חיישן CMOS שווה ערך.
• חיישני CMOS יכולים להיות מיוצרים ברוב קווי הייצור הסטנדרטיים של סיליקון, ולכן הם זולים לייצור בהשוואה לחיישני CCD.

בסך הכל, חיישני CMOS יקרים הרבה יותר לייצור מחיישני CCD ומשתפרים במהירות בביצועים, אך עדיין ייתכן שיידרשו חיישני CCD עבור יישומים תובעניים מסוימים.