|
Оригинал: CCD vs. CMOS © DALSA Corporation © CОПЫРИГХТ: пересказал и положил на свою страницу http://www.dsioffe.narod.ru/ Дмитрий Иоффе, инженер. |
Это сравнение подобно сравнению яблок с апельсинами: и те, и другие могут Вам понравиться. DALSA предлагает оба варианта.
ПЗС (прибор с переносом заряда, CCD - charge coupled device) и КМОП (комплементарный металл - окисел - полупроводник, CMOS - complementary metal oxide semiconductor) - это две разных технологии производства датчиков для получения цифровых изображений. Они часто рассматриваются как конкурирующие. Но как ПЗС, так и КМОП датчики имеют уникальные достоинства и слабые стороны, что делает их пригодными для разных применений. Нельзя сказать, что одни из них категорически лучше других, хотя производители и продавцы датчиков только одной технологии часто утверждают обратное. Выбор зависит в большей степени от области применения и... от продавца.
Датчики обоих типов преобразуют свет в электрический заряд и переводят его в электрический сигнал. В ПЗС датчике заряд каждого пикселя проходит через очень малое количество выходных узлов (часто один), где он преобразуется в напряжение, буферизуется и поступает на выход микросхемы как аналоговый сигнал. Все пиксели могут заниматься захватом изображения, и однородность выходов (output's uniformity, ключевой фактор качества изображения) у таких датчиков очень хорошее.
В КМОП датчиках каждый пиксель имеет свой преобразователь заряда в напряжение, и датчик часто содержит схемы для оцифровки, благодаря чему на выход микросхемы поступает цифровой сигнал. Эти дополнительные функциональные узлы отнимают площадь кристалла, доступную для сбора падающего света. Кроме того, однородность выходов у этих датчиков хуже, так как каждый пиксель имеет свой преобразователь. Но, с другой стороны, КМОП датчик требует меньше внешних схем для выполнения основных операций. (Подробнее см. "CCD vs. CMOS: Facts and Fiction" (385k PDF).)
ПЗС датчики доминировали среди твердотельных датчиков изображения, начиная с 1970х годов. В первую очередь, потому, что при существующих технологиях изготовления они давали намного лучшее качество изображения. КМОП датчики требовали гораздо большей однородности и меньших размеров элементов, чем могла предложить в то время кремниевая промышленность. Основатель и руководитель DALSA доктор Savvas Chamberlain был пионером в разработке обеих технологий с 1960х годов, и под его руководством технология продвинулась далеко вперёд. И только недавно полупроводниковое производство достигло такого уровня, что КМОП-датчики стали пригодны по цене и качеству для систем получения изображения среднего уровня.
ПЗС дают наилучшее качество изображения (по квантовой эффективности и шумам) и обеспечивают гибкость с точки зрения затрат при разработке системы. Они продолжают господствовать там, где требуется наилучшее качество изображения, например, в большинстве промышленных, научных и медицинских применений.
КМОП датчики обеспечивают большую интеграцию (больше функций на кристалле), меньшую рассеиваемую мощность (на уровне кристалла) и меньший размер системы за счёт качества изображения и гибкости. Они хорошо подходят для малогабаритных изделий, в которых качество изображения не является первостепенным, как, например, камеры для видеонаблюдения, периферийные устройства для компьютеров, игрушки, факсы и некоторые автомобильные применения.
Стоимость кристаллов для обоих типов датчиков примерно одинакова. Раньше сторонники датчиков КМОП утверждали, что они намного дешевле, так как их можно изготавливать на тех же технологических линиях, что и большинство микросхем логики и памяти высокой плотности. Это оказалось не так. Чтобы получить хорошее качество изображения, для производства КМОП датчиков требуются специальные технологические процессы, характерные для устройств обработки смешанных сигналов низкой плотности. КМОП-датчики также требуют больше кремния на пиксель. КМОП-камера может содержать меньше компонентов и потреблять меньшую мощность, но она может также потребовать применения схем обработки сигнала для компенсации потерь качества изображения.
Деньги и внимание, сконцентрированные на КМОП датчиках, означают, что их качество продолжает улучшаться, размывая со временем границу между качеством изображения ПЗС и КМОП. Но в обозримом будущем ПЗС и КМОП будут дополнять друг друга. Каждый из них имеет преимущества перед другим. DALSA "технологически нейтральна": мы можем предложить реальные решения и на ПЗС, и на КМОП.
| Свойство | ПЗС | КМОП |
|---|---|---|
| Выходной сигнал пикселя | Пакет электронов | Напряжение |
| Выходной сигнал устройства | Напряжение (аналоговый) | Биты (цифровой) |
| Коэффициент заполнения | Высокий | Умеренный |
| Несогласованность усилителей | Неприменимо | Умеренная |
| Системный шум | Низкий | От умеренного до высокого |
| Сложность системы | Высокая | Низкая |
| Сложность датчика | Низкая | Высокая |
| Компоненты камеры | Печатная плата + несколько микросхем + объектив | Микросхема + объектив |
| Относительная стоимость разработки | Зависит от приложения | Зависит от приложения |
| Относительная стоимость системы | Зависит от приложения | Зависит от приложения |
| Параметр | ПЗС | КМОП |
| Чувствительность | Умеренная | Немного лучше |
| Динамический диапазон | Высокий | Умеренный |
| Однородность | Высокая | От низкой до умеренной |
| Скорость | От умеренной до высокой | Наибольшая |
| Получение неполного изображения (Windowing) | Ограниченное | Неограниченное |
| Антиблюминг | От хорошего до отсутствующего | Хороший |
| Питание и управление | Сложное, высокие напряжения | Простое, низкое напряжение |