Image Sensors 4 of 6 - CCD and CMOS Overview 2

Summary

En este video, el presentador explora la arquitectura de CMOS, contrastándola con la de CCDs. Expone cómo en la CMOS cada píxel cuenta con su propio capacitor y amplificador, lo que permite una integración de carga y conversión a voltaje en el píxel mismo. Esta arquitectura es más rápida y de bajo consumo, ya que permite la lectura paralela de píxeles y es fácil de fabricar debido a su similitud con procesos de memoria SRAM y DRAM. Sin embargo, presenta el inconveniente de un alto ruido debido a la presencia de múltiples amplificadores. El video también menciona la tendencia emergente de incluir ADCs en cada píxel y la aplicación de esta tecnología en sensores de imágenes de infrarrojos.

Takeaways

• 📷 La arquitectura CMOS es una alternativa a la CCD, donde cada píxel tiene su propio condensador y amplificador integrado en lugar de un registro de desplazamiento serial.
• 🔌 El proceso de integración de carga en un condensador dentro del píxel es una característica distintiva de la arquitectura CMOS, lo que permite una mayor eficiencia en el manejo de señales.
• 🔌 Amplificadores en cada píxel en la arquitectura CMOS permiten una lectura de voltaje más directa y rápida en comparación con la arquitectura CCD.
• 🔢 Los valores de voltaje se convierten a señales digitales a través de un ADC (convertidor analógico a digital) por columna, lo que puede ser más rápido que la secuenciación de salida en CCDs.
• 🔋 Los sensores de imagen CMOS tienen una baja demanda de energía, ya que la integración de carga y la amplificación en cada píxel son más eficientes que el transporte de carga en CCDs.
• 🚀 Los sensores CMOS son rápidos debido a su capacidad para leer simultáneamente múltiples píxeles, aprovechando su naturaleza paralela.
• 🛠️ La fabricación de sensores CMOS es más sencilla que la de CCDs, ya que comparte procesos similares con la memoria SRAM o DRAM y otros chips integrados.
• 🔝 Una de las virtudes de los sensores CMOS es su capacidad para ser fácilmente fabricados, lo que reduce los costos y mejora la accesibilidad.
• 👎 Un inconveniente principal de los sensores CMOS es el alto nivel de ruido, que proviene de tener múltiples amplificadores en cada píxel.
• 🔭 Los sensores de infrarrojos (IR) utilizan una arquitectura de lectura CMOS, donde los fotodiodos se fabrican en materiales como HgCdTe o InGaAs y luego se unen a un circuito de lectura de silicona CMOS.
• 🔮 Una tendencia emergente en la tecnología de sensores CMOS es la integración de ADCs en cada píxel, lo que podría simplificar aún más el proceso de lectura de imágenes.

Q & A

¿Qué significa CMOS y cómo se relaciona con CCD en la arquitectura de cámaras?

CMOS significa Circuito Integrado de Complemento a Metal y es una alternativa a la tecnología CCD (Circuito Integrado de Dispositivo de Captura de Imágenes por Carga). La arquitectura CMOS utiliza un capacitor en cada píxel para integrar carga y un amplificador para enviar la señal a un conversor analógico a digital (ADC), mientras que la CCD utiliza un registro de desplazamiento serial para mover la carga hacia un amplificador común.

¿Cuál es la principal ventaja de la arquitectura CMOS en comparación con la CCD?

Una de las principales ventajas de la arquitectura CMOS es su bajo consumo de energía, ya que los amplificadores en los píxeles consumen menos energía que mover la carga a través de líneas de reloj en una CCD.

¿Por qué son los CMOS imagers rápidos?

Los CMOS imagers son rápidos porque su diseño es paralelo, lo que permite la lectura simultánea de múltiples píxeles a través de ADCs por columna, a diferencia de la CCD que requiere de un proceso de desplazamiento secuencial.

¿Qué es un 'source follower' y cómo se relaciona con la arquitectura CMOS?

Un 'source follower' es un tipo de amplificador utilizado en la arquitectura CMOS, donde el voltaje de salida sigue el voltaje de entrada, usualmente implementado con un transistor conectado en paralelo a un diodo.

¿Cuál es una de las desventajas mencionadas del diseño de sensor CMOS?

Una de las desventajas del diseño de sensor CMOS es el alto ruido, que proviene de tener múltiples amplificadores en cada píxel, lo que puede dificultar la caracterización y aumentar el ruido en comparación con una CCD.

¿Cómo se relaciona la fabricación de sensores CMOS con otros procesos de fabricación de circuitos integrados?

La fabricación de sensores CMOS es similar a la de memorias SRAM o DRAM y otros circuitos integrados, lo que significa que no es necesario ajustar significativamente el proceso de fabricación para producir sensores CMOS.

¿Qué es un ADC y cómo se utiliza en la arquitectura CMOS?

Un ADC, o conversor analógico a digital, es un dispositivo que convierte una señal analógica en una señal digital. En la arquitectura CMOS, cada columna tiene un ADC que convierte la señal de voltaje de los píxeles en una señal digital que luego se puede leer por una computadora.

¿Por qué podría ser la integración de ADC en cada píxel una tendencia futura en la tecnología CMOS?

La integración de ADC en cada píxel podría ser una tendencia futura porque permitiría una lectura más directa y eficiente de los valores digitales de cada píxel, eliminando la necesidad de un amplificador adicional y mejorando el rendimiento del sensor.

¿Cómo se relaciona la arquitectura de sensores CMOS con los sensores de infrarrojos (IR)?

Los sensores de infrarrojos (IR) utilizan una arquitectura de lectura CMOS, donde los fotodiodos se fabrican en materiales como el telurio de cadmio y mercurio (HgCdTe) o el arseniuro de indio y galio, y luego se unen a una lectura de salida en silicio con una arquitectura CMOS.

¿Cuál es la resolución típica de los ADCs utilizados en aplicaciones de consumidores para sensores CMOS?

Los ADCs utilizados en aplicaciones de consumidores para sensores CMOS suelen tener una resolución de 8 bits, lo que significa que codifican valores desde 0 hasta 255.