天天熱頭條丨CMOS是什么_CMOS傳感器的分類簡介

2023-03-03 10:21:52來源：互聯網

【CMOS是什么】

　　CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文學名為互補金屬氧化物半導體，它本是計算機系統內一種重要的芯片，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。

(資料圖)

　　CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，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芯片紀錄和解讀成影像。

【CMOS傳感器是什么】

　　后來發現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，由于電流變化過于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電容并聯。當開關管開啟時，光敏二極管與垂直的列線(Column bus)連通。位于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沖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，這可以通過降低殘余水平的固定圖形噪聲較好地實現。由于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。

　　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于像素表面的大小。量子效率(Quantun efficiency)是指一個像素被光子撞擊后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?？蛇_到70%，因此量子效率高。但光電二極管積累的電荷通常很小，很易受到雜波干擾。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)而影響整個圖像的質量。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干擾的能力。但由于放大器占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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