Image Sensors 3 of 6 - CCD and CMOS Overview 1

Blake Jacquot

25 Mar 201211:16

Summary

TLDREl guion del video presenta una explicación detallada sobre las arquitecturas de imágenes visibles, enfocándose en los tipos monolíticas y híbridas. Se describe el concepto de sensor de imagen CCD (Dispositivo Acoplado de Carga) y CMOS (Transistores Oxído de Metal Complementarios), destacando sus diferencias y usos. El CCD es conocido por su bajo ruido y utilidad en aplicaciones espaciales, pero con desventajas como alto consumo de energía, lentitud y procesos de fabricación no estándar. Por otro lado, los CMOS son más comunes en dispositivos electrónicos de consumo debido a su facilidad de fabricación y compatibilidad con procesos CMOS. El video también ilustra cómo se mueve la carga electrónica en un CCD y cómo se convierte en una señal digital para su procesamiento.

Takeaways

🌟 La visión del video se centra en los tipos básicos de arquitecturas de imágenes visibles, es decir, en los tipos de longitudes de onda que el ojo humano puede ver, como azul, verde y rojo.
📐 Existen dos tipos generales de arquitecturas de sensores de imagen: monolíticas y híbridas. La monolítica se fabrica en un solo pedazo de silicio, mientras que la híbrida utiliza dos materiales y se unen mediante un proceso llamado 'unión por bumbo'.
🔍 La estructura general de fotodiodos para la imagen visible es la estructura PIN, que permite una gran región depauperada para detectar longitudes de onda largas, como las que alcanzan los 1000 a 1100 nanómetros.
🏭 Se enfoca en la arquitectura monolítica, ya que es la más común en aplicaciones de consumidor, espaciales y de alto rendimiento.
🔵 Dentro de las arquitecturas monolíticas, se mencionan dos tipos principales: CCD (Dispositivo Acoplado de Carga) y CMOS (Complementario de Oxido de Metal y Semiconductor).
🔋 El CCD fue el primer tipo de sensor de imagen desarrollado, con una baja pérdida de carga y una baja ruido, aunque consume más energía y es más lento debido a su proceso de lectura serial.
🔌 La arquitectura CCD implica mover electrones de píxel en píxel hasta un registro de desplazamiento serial, donde luego se convierten en una señal analógica que se amplifica y se convierte en digital para su procesamiento.
💻 Los CMOS son una evolución más reciente y se utilizan en la mayoría de las cámaras de teléfonos móviles y dispositivos electrónicos de consumo, marcando la tendencia del mercado actual.
🛠️ Una ventaja del CCD es su bajo ruido, lo que lo hace ideal para aplicaciones espaciales como la TDI (Integración con Retardo de Tiempo), donde se puede 'mirar' un punto fijo por más tiempo mientras un satélite pasa por encima.
🔋 Una desventaja del CCD es su alto consumo de energía, ya que requiere cargar y descargar muchas líneas de reloj en un área grande para mover la carga.
🔗 Otra desventaja del CCD es su lentitud debido al proceso serial de lectura de toda la matriz a través de un solo canal, comparado con la arquitectura CMOS que es más rápida y eficiente.
🛠️ La fabricación de CCDs no es estándar en comparación con la arquitectura CMOS, que es la tendencia en la industria semiconductor debido a su facilidad de integración con procesos de lógica digital.

Q & A

¿Qué significa 'visible imaging' en el contexto del video?
-El 'visible imaging' se refiere a la captura de imágenes en el espectro de longitudes de onda que el ojo humano puede ver, es decir, azul, verde y rojo aproximadamente.
¿Cuáles son las dos arquitecturas básicas de sensores de imagen mencionadas en el video?
-Las dos arquitecturas básicas de sensores de imagen mencionadas son 'monolithic' y 'hybridized'.
¿Qué implica la fabricación 'monolithic' de un sensor de imagen?
-La fabricación 'monolithic' significa que el sensor de imagen se ha manufacturado en una sola pieza de silicio.
¿Qué es la técnica de 'bump bonding' y cómo se relaciona con la arquitectura 'hybridized'?
-La técnica de 'bump bonding' es un método utilizado en la arquitectura 'hybridized' para unir dos tipos de materiales, generalmente un material para el fotodiodo y otro para la electrónica de lectura, fusionándolos juntos.
¿Qué estructura de fotodiodo se utiliza comúnmente para la imagen visible?
-La estructura de fotodiodo comúnmente utilizada para la imagen visible es la estructura P-I-N, donde hay un tipo P y un tipo N con un tipo intrínseco en el medio.
¿Qué es un CCD y cómo se relaciona con la arquitectura de sensores de imagen?
-Un CCD, o 'Charge Coupled Device', es un tipo de dispositivo de sensor de imagen que se desarrolló temprano y se caracteriza por su baja ruido y su uso en aplicaciones especializadas como la captura de imágenes desde satélites.
¿Qué es un CMOS y cómo se diferencia de un CCD?
-Un CMOS, o 'Complementary Metal-Oxide-Semiconductor', es un tipo de sensor de imagen que se desarrolló más tarde que el CCD y se ha vuelto predominante en dispositivos de consumo debido a su bajo costo y bajo consumo de energía.
¿Cómo se describe el proceso de lectura de una imagen en un CCD?
-En un CCD, la lectura de una imagen implica mover electrones de pixel en pixel hasta un registro de desplazamiento serial, luego a un capacitor y finalmente a un amplificador antes de ser convertido en un voltaje digital que el ordenador puede leer.
¿Por qué se usaría un CCD en lugar de un CMOS?
-Se usaría un CCD en lugar de un CMOS por su baja ruido, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren alta sensibilidad y calidad de imagen, como las aplicaciones espaciales.
¿Cuáles son algunas de las desventajas de los CCDs mencionadas en el video?
-Algunas desventajas de los CCDs incluyen un alto consumo de energía debido al movimiento de carga a lo largo de líneas de reloj extensas y su lentitud en comparación con los CMOS debido a su proceso de lectura serial.
¿Cómo se relaciona la fabricación de CCDs con la industria semiconductor actual?
-La fabricación de CCDs no se alinea con los procesos de fabricación CMOS que dominan la industria semiconductor actual, lo que hace que los CCDs sean menos estándar y más difíciles de fabricar en comparación con los CMOS.