© vladimir majkic dreamstime.com
Technologie | 01 grudnia 2015
Ewolucja technologii CMOS
Jak wynika z raportu ISSCC, o ile wymagania związane z wydajnością CMOS pozostają takie same, wciąż maleje rozmiar pikseli.
Czujniki obrazu wykorzystujące technologię CMOS są jedną z najszybciej rozwijających się gałęzi przemysłu półprzewodnikowego. Do ich kluczowych zastosowań należą kamery w telefonach komórkowych, cyfrowe kamery i aparaty fotograficzne, kamery wideo, kamery stosowane do monitoringu, umieszczane w samochodach oraz elektronika ubieralna czy gry interaktywne.
Wyścig postępującej miniaturyzacji i coraz lepszej rozdzielczości trwa od lat, jednak w ostatnim czasie wydaje się nieco zwalniać. O ile wymagania związane z wydajnością pozostają takie same, wciąż maleje rozmiar pikseli (Rysunek 1). Na rynku komercyjnym dostępne stały się matryce o rozdzielczości 40 megapikseli, pojawiły się też pierwsze sensory dla dużych formatów TV (8K).
Rysunek 1: Zmiany rozmiarów pikseli w technologiach CMOS, IT-CCD i FT-CCD na przestrzeni lat.
Metoda równoległego odczytu kolumn, bazująca na przetwarzaniu potokowym i wielokrotnym próbkowaniu, stała się standardem dla niskoenergetycznych, ultraszybkich, niskoszumowych kamer i aparatów. Iluminacja tylna z kolei jest dziś wiodącą technologią w obrazowaniu w urządzeniach mobilnych, a warstwowe ułożenie matrycy światłoczułej na procesorze CMOS staje się coraz bardziej popularne.
Wciąż wzrasta też znaczenie technologii samego przetwarzania sygnału cyfrowego, stwarzając możliwość zminimalizowania niedoskonałości i zakłóceń czujnika oraz skompensowania ograniczeń optycznych. Poziom obliczeniowy sensorów wzrasta do tysięcy operacji na jeden piksel, wymagając wysoko wydajnych i niskoenergetycznych metod przetwarzania.
Technologia HDR (High Dynamic Range) cieszy się obecnie silną pozycją pośród niskokosztowych metod obrazowania, stosowanych w elektronice konsumenckiej. Technologia ta bazuje na łączeniu odrębnych obrazów, jednak nowe prace rozwijają się w kierunku wyspecjalizowanych architektur rozszerzających zakres dynamiczny pojedynczych ekspozycji, co może pozwolić na wyeliminowanie artefaktów ruchowych. Innym rozwiązaniem, wprowadzonym w celu usunięcia zakłóceń związanych z ruchem obiektów, jest migawka globalna.
W precyzyjnych, naukowych lub medycznych rozwiązaniach, ale także w produktach konsumenckich, stosowane są obecnie matryce fotodetektorów SPAD (Single-Photon Avalanche Diode). Głęboko submikronowa technologia CMOS SPADs spełnia wymagania takie jak wysoka rozdzielczość i duża dokładność konwerterów TDC (Time-to Digital Converter) oraz małe rozmiary układów kształtowania sygnału wizyjnego o lepszym współczynniku wypełnienia. Tu również wykształciła się tendencja umiejscawiania matrycy SPAD na procesorze CMOS.
Udział matryc CCD na rynku zmniejsza się i są one obecnie przypisane mniej popularnym zastosowaniom. Emisja obrazu wysokiej jakości wraz z cyfrowymi kamerami z wyższej półki ewoluowała z technologii CCD do CMOS (Rysunek 2).
Rysunek 2: Tendencje zmian parametrów czujników obrazu; na pionowych osiach kolejno : czułość, pojemność studni potencjału, wzmocnienie konwersji, w zależności od rozmiaru pojedynczego piksela (oś pozioma).
© ISSCC
Autor: Makoto Ikeda, University of Tokyo, Tokyo, Japan
Wyścig postępującej miniaturyzacji i coraz lepszej rozdzielczości trwa od lat, jednak w ostatnim czasie wydaje się nieco zwalniać. O ile wymagania związane z wydajnością pozostają takie same, wciąż maleje rozmiar pikseli (Rysunek 1). Na rynku komercyjnym dostępne stały się matryce o rozdzielczości 40 megapikseli, pojawiły się też pierwsze sensory dla dużych formatów TV (8K).

Rysunek 1: Zmiany rozmiarów pikseli w technologiach CMOS, IT-CCD i FT-CCD na przestrzeni lat.
Metoda równoległego odczytu kolumn, bazująca na przetwarzaniu potokowym i wielokrotnym próbkowaniu, stała się standardem dla niskoenergetycznych, ultraszybkich, niskoszumowych kamer i aparatów. Iluminacja tylna z kolei jest dziś wiodącą technologią w obrazowaniu w urządzeniach mobilnych, a warstwowe ułożenie matrycy światłoczułej na procesorze CMOS staje się coraz bardziej popularne.
Wciąż wzrasta też znaczenie technologii samego przetwarzania sygnału cyfrowego, stwarzając możliwość zminimalizowania niedoskonałości i zakłóceń czujnika oraz skompensowania ograniczeń optycznych. Poziom obliczeniowy sensorów wzrasta do tysięcy operacji na jeden piksel, wymagając wysoko wydajnych i niskoenergetycznych metod przetwarzania.
Technologia HDR (High Dynamic Range) cieszy się obecnie silną pozycją pośród niskokosztowych metod obrazowania, stosowanych w elektronice konsumenckiej. Technologia ta bazuje na łączeniu odrębnych obrazów, jednak nowe prace rozwijają się w kierunku wyspecjalizowanych architektur rozszerzających zakres dynamiczny pojedynczych ekspozycji, co może pozwolić na wyeliminowanie artefaktów ruchowych. Innym rozwiązaniem, wprowadzonym w celu usunięcia zakłóceń związanych z ruchem obiektów, jest migawka globalna.
W precyzyjnych, naukowych lub medycznych rozwiązaniach, ale także w produktach konsumenckich, stosowane są obecnie matryce fotodetektorów SPAD (Single-Photon Avalanche Diode). Głęboko submikronowa technologia CMOS SPADs spełnia wymagania takie jak wysoka rozdzielczość i duża dokładność konwerterów TDC (Time-to Digital Converter) oraz małe rozmiary układów kształtowania sygnału wizyjnego o lepszym współczynniku wypełnienia. Tu również wykształciła się tendencja umiejscawiania matrycy SPAD na procesorze CMOS.
Udział matryc CCD na rynku zmniejsza się i są one obecnie przypisane mniej popularnym zastosowaniom. Emisja obrazu wysokiej jakości wraz z cyfrowymi kamerami z wyższej półki ewoluowała z technologii CCD do CMOS (Rysunek 2).

Rysunek 2: Tendencje zmian parametrów czujników obrazu; na pionowych osiach kolejno : czułość, pojemność studni potencjału, wzmocnienie konwersji, w zależności od rozmiaru pojedynczego piksela (oś pozioma).
© ISSCC
Autor: Makoto Ikeda, University of Tokyo, Tokyo, Japan
Panele OLED cienkie jak kartka papieru
OTI Lumionics zaprezentowało swoje najnowsze, niezwykłe panele OLED. Zostały...
Dwa światy w jednym module
Nowy moduł bezprzewodowy od Murata, powstał przy współpracy z STMicro oraz...
Premiera AMD Ryzen 2. generacji
AMD spełnił obietnicę, dostarczając na premierę najnowsze procesory Ryzen...
Bardzo czułe fotodiody dla LiDARów
Szybka praca i szeroki zakres dynamiczny, w połączeniu ze świetnym wzmacniaczem oraz...
Sponsored content by Ledatel
ELEKTRONICZNY PAPIER JAKO PRODUKT PRZYJAZNY ŚRODOWISKU
Elektroniczny papier staje się coraz bardziej wszechobecny w naszym życiu. Z większą lub mniejszą świadomością stykamy się z tą technologią na co dzień poprzez czytniki e-book, elektroniczne etykiety cenowe, systemy rezerwacji...
Wysoce stabilny wzmacniacz dla zasilaczy
Nowy wzmacniacz od Analog Devices oferuje świetną stabilność i odpowiedź czasową...
Jeszcze szybsze DSP od Cadence
Nowe procesory DSP od Cadence, w stosunku do poprzedników, zostały...
Nanoczujniki od Insplorion do monitorowania stanu akumulatorów
Ochrona klimatu i zrównoważona polityka energetyczna to obecnie najwyższe priorytety dla każdego kraju, dlatego przejście na odnawialne źródła energii jest dzisiaj koniecznością. Akumulatory są jednym z ważniejszych...
PSA – framework do budowy bezpiecznych aplikacji IoT
Bezpieczeństwo w IoT jest ważnym zagadnieniem, z którym zmaga się wielu...
Superkondensatory o grubości zaledwie 0.9 mm
Nowe, bardzo cienkie superkondensatory zaprezentowała firma Cap-XX...
Wytrzymałe wyświetlacze 7-segmentowe SMD
Nowe wyświetlacz 7-segmentowe LED przeznaczone do montażu SMD...
MPU RZ/G1C dla aplikacji HMI
Nowe MPU od Renesas, stworzone z myślą o aplikacjach HMI, posiadać mają wszystko co...
Liderzy w branży półprzewodników zwiększają swoje udziały w...
W ciągu ostatniej dekady zmiany te zdecydowanie przyspieszyły, a w ubiegłym roku TOP 25 firm...
Super mocne impulsy świetle z diod LED IR od Osram
Nowe diody LED od Osram są w stanie obsłużyć impulsy prądowe o natężeniu nawet 5 A...
Mouser dystrybutorem Altitude
Mouser Electronics podpisał globalną umowę dystrybucyjną z firmą Altitude Technology...
Implant, który zmierzy jak wiele wypiłeś
Naukowcy z San Diego opracowali ciekawy sensor, który może samodzielnie...
Małe oraz okrągłe wyświetlacze OLED dla urządzeń noszonych
Nowe wyświetlacze OLED od Midas Displays oferować mają świetną czytelność, nawet w...
Super dokładność i zasięg – nowa technologia LiDAR od Toshiby
Toshiba bierze czynny udział w tworzeniu niezawodnych i bezpiecznych systemów autonomicznego sterowania pojazdami. Ich nowa technologia LiDAR ma sprawić, że ‘oczy samochodów’ będą lepiej dostrzegać małe obiekty i będą...
Samozasilający sensor obrazu
Naukowcy z Uniwersytetu Michigan opracowali niezwykły sensor. Jest to układ, który jest...
Energooszczędny wzmacniacz zero-drift
Nowy wzmacniacz klasy zero-drift od Linear Technology świetnie nada się do wielu...
EBS z umową dystrybucyjną w Brazylii
Polska firma z branży systemów zabezpieczeń podpisała umowę z brazylijskim partnerem...
Artykuły, które mogą Cię zainteresować
Most Read
Załaduj więcej newsów
Komentarze