К 1990 году
с повышением степени интеграции микросхем
встала проблема рассеивания энергии
на элементах. В результате технология
КМОП оказалась в выигрышном положении.
Со временем были достигнуты скорость
переключения и плотность монтажа недостижимые
в технологиях, основанных на биполярных транзисторах.
Ранние
КМОП-схемы были очень уязвимы
к электростатическим
разрядам. Сейчас
эта проблема в основном решена, но при
монтаже КМОП-микросхем рекомендуется
принимать меры по снятию электрических
зарядов.
Для изготовления
затворов в КМОП-ячейках на ранних
этапах применялся алюминий.
Позже, в связи с появлением так называемой
самосовмещённой технологии, которая
предусматривала использование затвора
не только как конструктивного элемента,
но одновременно как маски при получении
сток-истоковых областей, в качестве затвора
стали применять поликристаллический
кремний.
7.Преимущества
КМОП
- Основное
преимущество КМОП технологии — низкое
энергопотребление в статическом состоянии.
Это позволяет применять такие матрицы
в составе энергонезависимых устройств,
например, в датчиках движения и системах
наблюдения, находящихся большую часть
времени в режиме «сна» или «ожидания
события».
- Важным преимуществом
КМОП матрицы является единство технологии
с остальными, цифровыми элементами аппаратуры.
Это приводит к возможности объединения
на одном кристалле аналоговой, цифровой
и обрабатывающей части (КМОП-технология,
являясь в первую очередь процессорной
технологией, подразумевает не только
«захват» света, но и процесс преобразования,
обработки, очистки сигналов не только
собственно-захваченных, но и сторонних
компонентов РЭА), что послужило основой
для миниатюризации камер для самого разного
оборудования и снижения их стоимости
ввиду отказа от дополнительных процессорных
микросхем.
- С помощью
механизма произвольного доступа можно
выполнять считывание выбранных групп
пикселов. Данная операция получила название
кадрированного считывания (англ. windowing
readout). Кадрирование позволяет уменьшить
размер захваченного изображения и потенциально
увеличить скорость считывания по сравнению
с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних
для дальнейшей обработки необходимо
выгрузить всю информацию. Появляется
возможность применять одну и ту же матрицу
в принципиально различных режимах. В
частности, быстро считывая только малую
часть пикселей, можно обеспечить качественный
режим живого просмотра изображения на
встроенном в аппарат экране с относительно
малым числом пикселей. Можно отсканировать
только часть кадра и применить её для
отображения на весь экран. Тем самым получить
возможность качественной ручной фокусировки.
Есть возможность вести репортажную скоростную
съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.
- В дополнение
к усилителю внутри пиксела, усилительные
схемы могут быть размещены в любом месте
по цепи прохождения сигнала. Это позволяет
создавать усилительные каскады и повышать
чувствительность в условиях плохого
освещения. Возможность изменения коэффициента
усиления для каждого цвета улучшает,
в частности, балансировку белого.
- Дешевизна
производства в сравнении с ПЗС-матрицами,
особенно при больших размерах матриц.
8.Недостатки
КМОП
- Фотодиод
ячейки занимает существенно меньшую
площадь элемента матрицы, по сравнению
с ПЗС
матрицей с полнокадровым переносом. Поэтому ранние матрицы
КМОП имели существенно более низкую светочувствительность,
чем ПЗС. Но в 2007 году компания Sony
выпустила на рынок новую линейку видео-
и фотокамер с КМОП-матрицами нового поколения
с технологией EXMOR, которая ранее применялась
только для КМОП-матриц в специфических
оптических устройствах таких как электронные телескопы.
В этих матрицах электронная «обвязка»
пиксела препятствующая продвижению фотонов
на светочуствительный элемент была перемещена
из верхнего в нижний слой матрицы, что
позволило увеличить как физический размер
пиксела при тех же геометрических размерах
матрицы, так и доступность элементов
свету, что, соответственно, увеличило
светочувствительность каждого пиксела
и матрицы в целом. Матрицы КМОП впервые
сравнились с ПЗС-матрицами по светочувствительности,
но оказались более энергосберегающими
и лишенными главного недостатка ПЗС-технологии —
«боязни» точечного света. В 2009 году компания
Sony улучшила КМОП-матрицы с технологией
EXMOR применив к ним технологию «Backlight illumination»
(«освещение с задней стороны»). Идея технологии
проста и полностью соответствует названию.
- Фотодиод
ячейки матрицы имеет сравнительно малый
размер, величина же получаемого выходного
напряжения зависит не только от параметров
самого фотодиода, но и от свойств каждого
элемента пикселя. Таким образом, у каждого
пикселя матрицы оказывается своя собственная характеристическая
кривая, и возникает
проблема разброса светочувствительности и коэффициента контраста пикселей матрицы. В
результате чего первые произведённые
КМОП-матрицы имели сравнительно низкое
разрешение и высокий уровень так называемого
«структурного шума» (англ. pattern
noise).
- Наличие на
матрице большого по сравнению с фотодиодом
объёма электронных элементов создаёт
дополнительный нагрев устройства в процессе
считывания и приводит к возрастанию теплового
шума.
9.
10.Схема
охраняемого объекта,
находящегося под
видеонаблюдением, выполненная
в среде VideoCAD.
Заключение.
На первый
взгляд казалось, что будущее у
первого цифрового любительского
формата самое радужное. Некоторые
аналитики полагали, что формат станет
настоящим стандартом всей цифровой
техники. Впрочем, денежная сторона
оказалась сильнее. Некоторые компании
решили, что делить прибыль и славу
с остальными ниже их достоинства. Так,
например Sony первое время активно поддерживала
Mini-DV, а к 1999 году к всеобщему удивлению
вдруг анонсировала свой собственный
формат - Digital 8. Этот момент стал переломным
и спровоцировал серьезную войну стандартов,
которая стала причиной торможения развития
рынка цифрового видеооборудования. Масла
в огонь подлили маркетологи и специалисты
по связям с общественностью. Вполне очевидно,
что их основной целью является продвижения
продукта таким образом, чтобы максимально
охватить аудиторию потенциальных покупателей.
Добиться этого можно было довольно простым
способом: привлечь внимание к тем качествам
видеокамеры, которые пригодятся и профессионалам,
и домашним пользователям. В итоге рекламные
компании активно продвигали дорогущую
оптику, различные видоискатели и ЖК-дисплеи,
возможности многократно приближать объекты.
Целевая аудитория сложила в корне неверное
представление о цифровом видеооборудовании,
где главными качествами стали размер
матрицы и цифры после пометки «Optical zoom».
Покупатели перестали обращать внимание
на самый важный фактор: качество съемки.
Ведь изначально цифровые технологии
разрабатывались для повышения качества
изображения, а также решения проблем
с монтажом. Вместе с тем, видеокамеры
нового поколения в ряде случаев снимали
гораздо хуже, чем их аналоговые братья.
И это при том, что стоимость видеокамер
и не думала снижаться! При этом во многих
других сегментах рынка дела обстояли
совершенно иначе. Для сравнения : история
с цифровыми фотоаппаратами в корне другая:
качество повышается, технологии двигаются
вперед, а цены только падают
1) Корниенко
В.Т. Руководство к лабораторно-практическим
занятиям «Физические принципы построения
извещателей систем охраны» по курсам
«иженерно-техническая защита информации»,
«физико-математические основы системотехники».
Таганрог, 2007
5) Виноградова
Н.А., Листратов Я.И., Свиридов Е.В.
1. ^ Тенденции в цифровой фотографии.
Часть 3 (ПЗС-матрицы) | Цифровое фото
и видео — 3DNews — Daily Digital Digest
3. ^ Johnstone, B., We Were Burning : Japanese Entrepreneurs and the
Forging of the Electronic Age, 1999, Basic Books
* Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож
Николич Цифровые интегральные схемы.
Методология проектирования = Digital Integrated
Circuits. — 2-е изд.. — М.: «Вильямс», 2007. — С.
912. — ISBN 0-13-090996-3
* Точчи, Рональд, Дж., Уидмер, Нил,
С. Цифровые системы. Теория и
практика = Digital Systems: Principles and Applications. —
8-е изд.. — М.: «Вильямс», 2004. — С. 1024. — ISBN
5-8459-0586-9