CCD VS CMOS
Welches ist besser? Es ist kompliziert......
Über die relativen Vorteile von CMOS gegenüber CCD-Bildgebern ist viel geschrieben worden. Es scheint, dass die Debatte so lange andauert, wie sich die meisten Menschen erinnern können, ohne dass ein endgültiges Ergebnis in Sicht ist. Es ist nicht verwunderlich, dass eine endgültige Antwort schwer zu fassen ist, da das Thema nicht statisch ist. Technologien und Märkte entwickeln sich weiter und beeinflussen nicht nur das technisch Machbare, sondern auch das wirtschaftlich Machbare. Imager-Anwendungen sind vielfältig, mit unterschiedlichen und wechselnden Anforderungen. Einige Anwendungen werden am besten von CMOS-Imagern bedient, andere von CCDs. In diesem Artikel werden wir versuchen, der Diskussion etwas Klarheit zu verleihen, indem wir die verschiedenen Situationen untersuchen, einige der weniger bekannten technischen Kompromisse erläutern und Kostenüberlegungen in das Bild einbringen.
Am Anfang
CCD-Bildsensoren (Charge Coupled Device) und CMOS-Bildsensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sind zwei unterschiedliche Technologien zum digitalen Erfassen von Bildern. Jeder hat einzigartige Stärken und Schwächen, die Vorteile in verschiedenen Anwendungen bieten.
Beide Arten von Imagern wandeln Licht in elektrische Ladung um und verarbeiten diese in elektronische Signale. In einem CCD-Sensor wird die Ladung jedes Pixels durch eine sehr begrenzte Anzahl von Ausgangsknoten (oft nur einen) übertragen, um in Spannung umgewandelt, gepuffert und als analoges Signal außerhalb des Chips gesendet zu werden. Alle Pixel können der Lichterfassung gewidmet werden, und die Gleichmäßigkeit der Ausgabe (ein Schlüsselfaktor für die Bildqualität) ist hoch. In einem CMOS-Sensor hat jedes Pixel seine eigene Ladungs-Spannungs-Umwandlung, und der Sensor enthält oft auch Verstärker, Rauschkorrektur- und Digitalisierungsschaltungen, so dass der Chip digitale Bits ausgibt. Diese anderen Funktionen erhöhen die Designkomplexität und reduzieren den für die Lichterfassung verfügbaren Bereich. Da jedes Pixel seine eigene Konvertierung durchführt, ist die Einheitlichkeit geringer, aber auch massiv parallel,
CCDs und CMOS-Imager wurden beide in den späten 1960er und 1970er Jahren erfunden (DALSA-Gründer Dr. Savvas Chamberlain war ein Pionier bei der Entwicklung beider Technologien). CCD wurde vor allem deshalb dominant, weil sie mit der verfügbaren Fertigungstechnologie weitaus bessere Bilder lieferten. CMOS-Bildsensoren erforderten mehr Gleichmäßigkeit und kleinere Merkmale, als die Siliziumwafer-Founds zu dieser Zeit liefern konnten. Erst in den 1990er Jahren entwickelte sich die Lithographie so weit, dass Designer wieder für CMOS-Imager plädieren konnten. Das erneute Interesse an CMOS basierte auf den Erwartungen eines geringeren Stromverbrauchs, einer Kamera-on-a-Chip-Integration und niedrigeren Herstellungskosten durch die Wiederverwendung von Mainstream-Logik- und Speicherbauelementen. Diese Vorteile in der Praxis zu erreichen und gleichzeitig eine hohe Bildqualität zu liefern, hat viel mehr Zeit, Geld,
