CMOS传感器有何优点?CMOS、sCMOS如何抉择?

CMOS，老生常谈的器件。在网上，有很多CMOS相关的学习资源。上篇文章中，小编对CMOS传感器与CCD的区别有所阐述。为增进大家对CMOS的认识，本文将对CMOS传感器的优点以及如何在CMOS、sCMOS之间抉择予以介绍。如果你对CMOS具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、CMOS传感器优点

最新(2020)CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。随着像素尺寸的变小，提高填充因子所来越困难，目前最流行的技术是从传统的前感光式(FSI，Front Side Illumination)变为背部感光式(BSI，Back Side Illumination)，放大器等晶体管以及互联电路置于背部，前部全部留给光电二极管，这样就实现了100%的填充因子。

另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。

具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步;它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。

此外，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。

二、选择CMOS，还是sCMOS?

选择CMOS还是sCMOS传感器取决于一系列因素。如果你在两者之间犹豫不决，你很可能使用的是外显照明，因为白光足够亮，不需要sCMOS传感器。另外，有时可能只是简单的光照到相机的程度，或者是特定应用中特有的性能参数的组合，都会影响选择。

但不管是CMOS还是sCMOS，您都应该选择单色传感器，而不是彩色传感器，因为单色传感器具有固有的量子效率优势。

sCMOS传感器的特点是背面照明和大像素，有助于降低整体噪声(如CCD技术)。此外，sCMOS相机通常包括Peltier冷却系统，以减少长时间曝光后由热产生的噪声。使用sCMOS传感器的相机还需要一个高带宽接口，例如带有帧捕捉板的CameraLink或CoaXpress，从而使这种视觉系统更加复杂，因此价格更高。

为了解决这个问题，CMOS制造商继续在量子效率(收集入射光子的能力)，降低读取噪声(确保即使在这种噪声中不会损失低水平的入射光子)方面做出重大改进，并实施了背面照明。虽然Peltier冷却也是某些CMOS传感器的一种选择，但由于量子效率的提高和噪声的降低，使得某些生物医学成像应用无需进行冷却。

降低成本的另一种方法是接口。多年来，CMOS传感器已与诸如USB3，GigE和10 GigE的消费类接口配对。这些接口不需要帧捕获器，从而降低了系统的复杂性(和成本)。即将推出的接口(例如25/100GigE，USB4和CXPX)将通过提供明显更高的带宽来完全消除此问题。

以上便是此次小编带来的“CMOS”相关内容，通过本文，希望大家对CMOS优点、CMOS和sCMOS的抉择具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!