CMOS چیست؟

CMOS چیست؟ سنسور سیموس – CMOS (مکمل اکسید فلز نیمه رسانا) یک تراشه الکترونیکی است که فوتون های نوری را به برای پردازش دیجیتالی به پالس های الکتریکی تبدیل می کند. از سنسور های سیموس برای ایجاد تصویر در دوربین های دیجیتال عکاسی، گوشی های تلفن همراه، دوربین های ویدئویی دیجیتال و دوربین های مداربسته استفاده می شود.

CMOS همچنین در تلسکوپ های فضایی، اسکنرها و بارکدخوان ها نیز وجود دارد. از این تکنولوژی نوری همچنین برای دید بصری ربات ها و پردازش عکس های ماهواره ای و رادارهای پیشرفته نیز استفاده می شود.

تفاوت CMOS با CCD

مهم‌ترین رقیب CMOS در تکنولوژی ثبت تصویر دیجیتالی، تراشه CCD است. سنسور CCD (دستگاه جفت شده شارژی) درست مانند CMOS انرژی نور (فوتون های نوری) را به سیگنال های الکترونیکی تبدیل می کند. اما بر خلاف CMOS، CCD یک دستگاه آنالوگ است. CCD یک تراشه سیلیکونی است که حاوی بخش هایی از آرایه های حساس به نور است.

از آنجایی که CCD یک دستگاه آنالوگ محسوب می شود، خروجی آن بلافاصله توسط یک تبدیلگر آنالوگ، به سیگنال های دیجیتال تبدیل می شود. ولتاژ خروجی توسط هر بخش این تراشه خوانش شده و یک تصویر دیجیتالی را بازسازی می کند. تفاوت بین CCD و CMOS در روش انتقال اطلاعات تصویری است.

در CMOSها یک خازن به صورت موازی در کنار هرکدام از دیودهای جداگانه تصویری قرار گرفته است که توسط جریان تصویری (photocurrent) شارژ می شود. ولتاژ ایجاد شده متناسب با روشنایی و زمان نوردهی خواهد بود. برخلاف CCDها، الکترون های جمع شده در طول زمان نوردهی به یک آمپیلیفایر بازخوانی منتقل نمی شوند، بلکه هرکدام از عناصر تصویری به یک آمپلیفایر مجزا متصل هستند؛ که مستقیما ولتاژ خازن را به پردازشگر سیگنال آنالوگ منتقل می کنند.

در سنسورهای CMOS چندین ترانزیستور که به دیودهای حساس به نور متصل هستند که بارهای انباشته شده را به ولتاژهای قابل اندازه‌گیری تبدیل می کنند. برای مدتی طولانی تکنولوژی سنسورهای CCD رایج‌ترین تکنولوژی برای ثبت تصاویر دیجیتالی با کیفیت بالا و نویز پایین بودند. اما سنسورهای CCD هزینه تولید زیادی دارند و به همین خاطر قیمتشان هم بالاتر است.

همچنین مصرف برق آن‌ها نسبت به سنسورهای CMOS، گاهی حتی تا 100 برابر هم بیشتر است! خوشبختانه تکنولوژی سنسورهای CMOS آنقدر پیشرفت کرده است که می‌تواند به کیفیت و ظرفیت های تکنولوژی CCD برسد، در عین حال از قیمت پایین تر، اندازه کوچکتر و مصرف برق کمتری برخوردار باشد.

مزایای CMOS

سنسورهای ثبت تصویر CMOS مزیت های زیادی به نسبت CCDها دارند که در زیر به آن‌ها اشاره می کنیم:

1. حساسیت بالاتر به نور به واسطه تکنولوژی ساختار پیکسلی که در شرایطی که نور محیط کم است بسیار مفید خواهد بود.
2. برخورداری از نویز تاریک کمتر که به شکل گیری تصویر واقعگرایانه تر کمک می کند.
3. عمق تصویری (ظرفیت ثبت نگ) بهتر و دامنه ثبت نور بالاتر.
4. مصرف برق کمتر. که باعث می شود این سنسور حرارت کمتری داشته باشد و در نتیجه نویز دوربین کمتر شود.
5. هزینه پایین تر
6. استفاده از پیکسل های کوچکتر که باعث می شود اندازه سنسور کوچکتر شود و قابلیت استفاده از لنزهای مختلف بالاتر برود.

معایب CMOS

نقطه ضعف سنسورهای CMOS در این است که به واسطه بهرهمندی از ترازیستورهای اضافی، نورهای اضافه را هم به سادگی جذب می کند. این اتفاق از نظر تئوری باعث می شود تا در شرایطی که نور محیط کم است، اطلاعات تصویری کمتری ثبت شود.

فناوری ساخت سیموس

مانند سایر فناوری های نیمه هادی، تراشه های CMOS توسط متد فوتولیتوگرافی تولید می شوند. این تراشه ‌ها دارای مجموعه‌ ای از سلول ‌های جاذب نور هستند که فوتون‌ها را در طول موج‌ های مختلف آن‌ها که توسط یک عدسی متمرکز شده ‌اند، به خود جذب می کنند و آن‌ها را به الکترون تبدیل می ‌کنند.

این عملکرد دقیقاً شبیه یک سلول خورشیدی کوچک است. سلول های سنسور CMOS توسط ترانزیستورهای مختلفی احاطه شده ‌اند که بار الکترون‌ های جمع ‌شده توسط این سلول ها را تقویت می ‌کنند. سپس آن‌ها را با سیم‌ های کوچک تعبیه شده در مدار تراشه به سراسر سنسور می‌ فرستند. یک مبدل دیجیتال به آنالوگ هم در گوشه ‌ای از دستگاه قرار گرفته، که الکترون ‌ها را می‌ خواند و بارهای متفاوت سلول ‌ها را به پیکسل‌ هایی با رنگ‌ های مختلف تبدیل می ‌کند.

مقاله آموزشی مرتبط: چیپست چیست؟