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Dispositivos optoelectrónicos

Tema 5: Dispostivos sensores de luz

DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS

Tema 5: SENSORES DE LUZ Y DE IMAGEN

Lluís Prat Viñas

Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Telecomunicació de Barcelona (ETSETB)

Universitat Politècnica de Catalunya



5.- SENSORES DE LUZ Y DE IMAGEN

5.1.- Fotoresistencias

5.2.- Fotodiodos PIN y Fotodiodos de avalancha

5.3.- Fototransistores

5.4.- Optoacopladores

5.5.- Sensores de imagen CCD

5.6.- Sensores de imagen CMOS



En el capítulo 1 se vio que si se suponía una generación gL uniforme en todo el volumen, la ecuación de continuidad establecía que en un semiconductor N los portadores minoritarios seguían la siguiente evolución: Por tanto, en régimen permanente (después de unos 3τp) la concentración de minoritarios es p0+gLτp. El valor de la resistencia será: Se suele suponer ∆n = ∆p. Para que R sea sensible con gL el dopado ND debe ser tan pequeño como sea posible.

5.1.- FOTOCONDUCTORES

Un fotoconductor, también denominado fotoresistencia o resistencia dependiente de la luz (LDR por Light-Dependent-Resistor) es una simple muestra de semiconductor que varia su resistencia por el efecto fotoconductivo. En el circuito de la figura I = V/R con R = [1/q(µnn+µpp)](L/Wd). Al iluminar el semiconductor los fotones absorbidos hacen aumentar n y p, con lo que disminuye R.

]1[)( /0

ptpL egptp ττ −−+=

d

V Iph

L

W

llum

WdL

pnNqR

pDn ])([1

∆+∆+=

µµ



Ganancia de un fotoconductor Es el cociente entre el número de portadores que constituyen la fotocorriente y el número de pares fotogenerados por segundo en el fotoconductor: en donde td = L2/V(µn+µp) se denomina tiempo de tránsito y es aproximadamente el tiempo que tarda un portador en recorrer L (td = L/vn = L/µnEel = L/µn(V/L) = L2/µnV). Para tener una ganancia elevada hace falta un tiempo de vida τp largo y un tiempo de tránsito td corto. Este último se consigue hacer corto produciendo una L corta, a través de un contacto interdigitado, y aplicando una V alta. En los fotoconductores reales la ganancia G suele ser del orden de 1000, lo que significa que circulan unos 1000 portadores por cada portador fotogenerado.

d

pppn

L

pLpn

L

pn

LLL

L

tLV

LggV

dWLgnWdV

WLdgLWdqV

WLdgqRV

WLdgqIG

ττµµτµµµµσ=

+=

+=

∆+===≡ 222

)()()()/()/()/(/

Para entender el significado físico de esta ganancia, supongamos que un tipo de portador fotogenerado, por ejemplo los huecos, tienen una movilidad muy reducida comparada con los electrones. Entonces cuando un electrón fotogenerado abandona el semiconductor por el contacto, el otro contacto debe inyectar un nuevo electrón para mantener la neutralidad de carga, ya que el hueco aún permanece en el semiconductor.



El análisis realizado anteriormente es fundamentalmente cualitativo, ya que se ha supuesto una generación uniforme dentro del semiconductor. En realidad la generación sigue una ley exponencial: Para absorber completamente una radiación de coeficiente de absorción α se requeriría un grosor del semiconductor d >> 1/α. En la práctica, por consideraciones sobre el ruido, se suele tomar d = 1,25/α.

)1()( 00

00

dd

xd

t edxedxxgG αα ηηα −− −Φ=Φ== ∫∫

La resistencia que ofrece un fotoconductor suele variar unos tres órdenes de magnitud en función de la intensidad luminosa. Es un dispositivo lento. Notar que hay que buscar una solución de compromiso entre la sensibilidad (gLτ) y la rapidez de respuesta (τ). Los materiales más usados para los fotoconductores son: Espectro visible: Sulfuro de Cadmio (CdS) y seleniuro de Cadmio (CdSe) Infrarrojos: Silicio (Si), Sulfuro de plomo (PbS), Seleniuro de plomo (PbSe), InSb, HgCdTe.



En la figura superior se presentan respuestas espectrales de varios fotoconductores. En la figura inferior se presentan circuitos típicos que utilizan fotoresistencias. Las principales ventajas de los fotoconductores: Alta sensibilidad Bajo coste Fácil empleo Alta relación luz-oscuridad Los principales inconvenientes: Respuesta lenta Falta de linealidad con la iluminación Efectos de histéresis Se utilizan para la medida económica (y no muy precisa) de la iluminación, como en cámaras fotográficas, circuitos de control de iluminación,…



5.2.- FOTODIODOS

a) b)

IL

I Rs

D

V

+

_ V0

VR

RL IL

c)

Es una unión PN polaritzada inversamente. Como la ecuación de la unión PN iluminada es:

si se la polariza inversamente (VD negativa) resulta que

En el circuito sensor, como que V0 = IL·RL para una tensió de salida elevada interesa RL alta, però como la constante de tiempo es τ = RL·Cj, para respuesta ràpida interesa RL pequeña (y Cj pequeña). Hay que buscar una solución de compromiso.

( )dpnLLLVtV

sD wLLqAgIIeII D ++=−−= ]1[ /

LLsD IIII −≅−−≅

Hay dos tipos principales de fotodiodos: Fotodiodo PIN Fotodiodo de avalancha



x

x

ρ

E

P

N

I

wi

wp wn

I

P

N

E

a) b)

inpzcej www

Aw

AC++

==εε

FOTODIODO PIN

Este fotodiodo se realiza con una capa intrínseca o poco dopada entre las regiones P y N. En polarización inversa toda la zona intrínseca está vacía de portadores, por lo que la densidad de carga es la representada en la figura de la derecha. Integrando esta densidad de carga resulta el campo eléctrico E de la figura.

El campo eléctrico presente en la región intrínseca en polarización inversa separa los pares electrón hueco generados en esta región e impide su recombinación. Esto asegura un alto valor de la fotocorriente IL. La capacidad dominante en polarizavión inversa es Cj. Como toda la zona I está vacía de portadores la anchura efectiva de la ZCE será (wdP+wdN+wI), con lo que Cj será mucho menor dando lugar a un dispositivo mucho más rápido que el fotodiodo de unión PN.



Parámetros característicos de un fotodiodo PIN Respuesta espectral Corriente en oscuridad en función de T Corriente IL en función de la iluminación Baja capacidad (típica 2 pF)

Materiales para fotodiodos Silicio λ 0,19 – 1,19 µm; Germanio λ 0,4 – 1,7 µm; AsGaIn: λ 0,8 – 2,6 µm;



Ventajas Alta linealidad con la intensidad de luz Bajo coste Bajo ruido Rápido Largo tiempo de vida Desventajas Baja sensibilidad No presenta ganancia Área pequeña

Aplicaciones Son utilizados como fotodetectores de respuesta rápida. Se usan en lectores de discos compactos, detectores de humo, comunicaciones ópticas, dispositivos de control remoto, … No se usan para medir intensidades luminosas extremadamente bajas.



El fotodiodo de avalancha es una unión PN que trabaja con una polarización inversa tal que se produce el fenómeno de avalancha (ionización por impacto) en su ZCE. Esto provoca que la fotocorriente se multiplique por un factor M muy superior a la unidad, que actúa como una ganancia de fotocorriente.

FOTODIODOS DE AVALANCHA (APD de Avalanche Photo Diode)

( ) nB

LLs VVMIMIIMI

)/(11

−=×≈+×=

siendo VB = tensión de ruptura



La ganancia de fotocorriente (el factor de ionización por impacto) puede ser ser tan elevada como 1000.

La capacidad del APD suele ser superior a la del diodo PIN, por lo que no es tan rápido. En la figura se muestra la capacidad terminal de diferentes dispositivos. Notar que al aumentar la polarización inversa Cj disminuye ya que la ZCE se ensancha.

Ventajas e inconvenientes

Los fotodiodos de avalancha tienen una sensibilidad (A/WL) mayor que los PIN (debido a la ganancia M), pero suelen ser mas ruidosos, más sensibles a la temperatura y más caros ya que son más difíciles de fabricar. Requieren una tensión de polarización inversa alta, de decenas o centenas de voltios.



5.3.- FOTOTRANSISTORES.

A.- INTRODUCCIÓN AL TRANSISTOR BIPOLAR El transistor bipolar (también denominado BJT) es un dispositivo de 3 terminales: Emisor (E), Base (B) y Colector (C).

Hay dos tipos de BJT: el PNP i el NPN. La estructura y los símbolos se muestran en la figura. Notar que en el emisor hay una flecha que siempre va de P a N.

MODOS DE FUNCIONAMIENTO

UNIÓN EMISORA

Directa Inversa

UNIÓN COLECTORA

Directa Saturación Inverso

Inversa Activo Corte

El BJT tiene dos uniones PN: la unión emisora entre emisor y base, y la unión colectora entre colector y base. Según sea la polarización de estos dos díodos hay cuatro modos de funcionamiento:

Mode activo: utilizado para amplificar

Modos de saturación y corte: utilizados como los dos estados de un interruptor

Modo inverso: no se utiliza



PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO EN MODO ACTIVO

11

;

>>−

=

=⇒=−=−=

<=−==+=

F

FF

BFCF

CC

F

CCEB

EEFrEnCnCEpEnE

IIIIIIII

IIIIIIIII

ααβ

ββα

α

La figura muestra el funcionamiento en el modo activo de un transistor NPN. La polarización directa del díodo de emisor provoca la inyección de electrones desde el emisor a la base, IEn, y de huecos desde la base al emisor, IEp. Notar que la corriente eléctrica inducida por los electrones va en sentido contrario a su flujo. Con NDE >> NAB se consigue que IEn >> IEp.

La polarización inversa del díodo de colector impide que los portadores mayoritarois de base y colector atraviesen esta unión. Pero los electrones que lleguen a la ZCE del colector procedentes del emisor (minoritarios en la base) son trasladados inmediatamente al colector por el campo eléctrico, originando la corriente ICn. Notar que ICp es cero, ya que en el colector no hay huecos.

Algunos electrones inyectados per el emisor se recombinan con huecos al atravesar la base. Es la corriente Ir.

E

B

C

+ _

IE

IB

IC

_ + VBE VBC

αFIE



CURVAS CARACTERÍSTICAS EN EMISOR COMÚN

MODO APROXIMACIONES CONDICIONES

Activo VBE = VBEon IC = βFIB

IB > 0 VCE > VCEsat

Corte IB = 0 IC = 0

VBE < VBEon VCE > VCEsat

Saturación VBE = VBEon VCE = VCEsat

IB > 0 IC < βFIB

Para una polarización arbitraria, el transistor bipolar se modela por el circuito de la figura (modelo de Ebers-Moll). En modo activo IR = 0 y el circuito se reduce al caso anterior, en el que IC = βFIB. En modo de corte los dos diodos estan en inversa: IB = IC = 0. En modo de saturación los dos diodos estan en directa. La corriente IR crece exponencialmente con VBC y va en sentido contrario al de la fuente dependiente. Por esto IC sigue una línea descendiente casi vertical representada por VCE = VCEsat. Las curvas características se aproximan por las expresiones de la seguiente tabla:



B.- FUNCIONAMIENTO FÍSICO DEL FOTOTRANSISTOR

+ −

fotón

Eel IL

Un transistor bipolar en modo activo amplifica la corriente de base: IC = βFIF con βF típicamente mayor que 100.

En régimen permanente la corriente de base está formada por los huecos que entran en la región de base por el terminal de esta región para alimentar la recombinación Ir y para proporcionar la corriente IEp. Si no entraran estos huecos se “agotarian” los huecos de la región P.

En un fototransistor estas corrientes de huecos proceden de la generación de pares electrón-hueco por la absorción de fotones en la ZCE del colector. El campo eléctrico allí presente “barre” los huecos generados hacia la base.

El fototransistor no suele tener terminal de base. Pero en este caso, por tanto, IB = IL y la corriente de colector será IC = βFIL.



Ventaja de un fototransistor: su efecto amplificador de la fotocorriente IL por el factor βF que suele ser superior a 100.

Inconvenientes:

Por una parte βF varia con el nivel de IL y con la tensión aplicada al transistor, lo que provoca que la linealidad de la fotocorriente con el nivel de iluminación sea mucho peor que en los fotodiodos (unos 3 órdenes de magnitud frente a 7).

Por otra parte, es un dispositivo lento debido a la gran capacidad de la unión base-colector por su gran área (tiempos de transición del orden de microsegundos en lugar de nanosegundos)

Símbolo

Utilización como interruptor activado por luz

E C



5.4.- OPTOACOPLADORES

Un optoacoplador u optoaislador es un dispositivo electrónico que permite la transferencia de señales eléctricas mediante ondas luminosas, manteniendo un aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida del dispositivo. Está constituido por un emisor que transforma la señal eléctrica en señal luminosa y en un sensor de luz que hace la transformación inversa.

Como emisor de luz suele utilizarse un LED (Diodo Emisor de Luz) de Arseniuro de Galio (infrarrojo) y como sensor de la señal luminosa puede usarse un fototransistor, un fotodiodo o un fotoconductor. Los basados en fotoconductores fueron los primeros que aparecieron, son muy lentos pero conservan interés en algunas aplicaciones muy específicas. Los basados en fotodiodos son los más rápidos pero tienen una baja transferencia de señal, y los basados en fototransistores son los usados más habitualmente, presentan una buena transferencia de señal y tiene una velocidad de respuesta intermedia. Otra aplicación de estos dispositivos es la presentada en el encapsulado inferior que permite cortar la señal luminosa entre el emisor y el sensor mediante un objeto físico que pase por la ranura.



5.5.- SENSOR DE IMAGEN CCD

Los CCD (iniciales de Charge Coupled Device, dispositivo de carga acoplada) es un dispositivo utilizado para captar imágenes. Fué inventado en 1969 por Willard Boyle y George Smith en los Bell Labs, por lo que han sido premiados con el premio Nobel en 2006.

El CCD es un circuito integrado formado por una matriz de condensadores MOS acoplados entre si. El elemento básico es un condensador MOS formado por un semiconductor poco dopado (por ejemplo de tipo P), una capa aislante de SiO2 crecida sobre el semiconductor y un metal transparente depositado sobre el aislante (ITO). Cada condensador captura la luz de un píxel.

Al aplicar una tensión positiva al metal, éste se carga positivamente creando un campo eléctrico perpendicular a la superficie del semiconductor. Este campo expulsa a los huecos generando una carga negativa en el semiconductor formada por las impurezas aceptoras sin neutralizar por huecos, similar a la que aparece en la unión PN.



Si en la zona de carga espacial se genera un par electrón hueco, el electrón es arrastrado por el campo eléctrico a la superficie y el hueco es expulsado de dicha zona. Si el metal es transparente y permite que los fotones entren en el semiconductor, generarán una carga de electrones en la superficie del semiconductor proporcional al número de fotones incidentes.

Tambien se crearán pares electrón hueco por generación térmica. Estos electrones se sumarán a los generados ópticamente. Debe “leerse” la carga de los electrones fotogenerados antes que la carga de los electrones térmicos sea significativa para que la carga sea proporcional a la intensidad luminosa.

Para leer la carga de cada condensador despues de la toma de imagen, se usa un sistema de electrodos y tensiones aplicadas que van transferiendo por filas la carga de un condensador a otro (a → b → c → d) hasta que la carga finalmente se transfiere a una unión PN en inversa que genera un corriente y una tensión de salida.

Notar que la profundidad de la ZCE es proporcional al campo eléctrico presente en la superficie.



Arquitectura del CCD: Una vez expuesta la imagen sobre el CCD se lee la carga de cada píxel transferiendola por columnas como si fuera un registro de desplazamiento. Finalmente la carga se inyecta en una unión PN polarizada en inversa generando una tensión proporcional a la carga. Esta tensión se amplifica, se digitaliza y se guarda en memoria.

Para tomar fotografias en color las cámaras CCD contienen un filtro (filtro de Bayer) que permite registrar los tres colores básicos: un azul, un rojo y dos verdes, para cada conjunto de cuatro píxeles.



El transistor MOS, también denominado MOSFET (iniciales de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) es un dispositivo de 3 terminales: Surtidor (S), Puerta (G) y Drenador (D). De hecho también hay un cuarto terminal (B) que suele estar conectado al surtidor.

Hay dos tipos básicos de transistores MOS: los de canal N i los de canal P. En la figura se muestra la estructura (planta y sección), el símbolo y la característica ID(VGS) del MOS de canal N de enriquecimiento.

En un sustrato tipo P hay dos regiones N que corresponden al surtidor y al drenador. Entre estas dos regiones hay la puerta G, constituida por un òxido (aislante) sobre el semiconductor y sobre el cual hay el metal o conductor de puerta. Esta región de puerta se comporta como un condensador: si la puerta es positiva crea un campo eléctrico perpendicular a la superfície del semiconductor que expulsa huecos y atrae electrones, los cuales formen un canal que conecta el surtidor y el drenador.

5.6.- SENSOR DE IMAGEN CMOS

A.- INTRODUCCIÓN AL TRANSISTOR MOS



Si no hay canal no puede circular corriente entre drenador y surtidor, ya que se polarizan inversamente las uniones PN de surtidor y drenador con el sustrato. Se requiere una tensión positiva superior a VT (tensió umbral del MOS) para que se forme canal y circule corriente.

El MOS de canal P de enriquecimiento es dual al MOS de canal N, intercambiando N i P, electrons y huecos y cambiando los signos de la tensión y de la corriente. La tensión umbral VΤ es negativa (se forma canal cuando VGS es negativa y de valor absoluto mayor que VT).



PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Consideremos un condensador formado por una placa conductora, un aislante y el semiconductor como segunda placa. Al aplicar una tensión positiva a VG se carga la placa conductora con carga positiva, que crea un campo eléctrico a través del aislante, perpendicular a la superfície. El primer efecto de este campo eléctrico es expulsar los huecos mayoritarios de la superfície, lo cual crea una región de carga debida a las impurezas NA

- sin neutralizar por los huecos expulsados por el campo eléctrico, similar a la que se genera en la ZCE de la unión PN.

NA canal

D G

P -

S

N N

L

W

Si se aumenta el valor de la tensión VG por encima de cierto valor (denominado tensión umbral del MOS, VT) aparece en la superfície del semiconductor una “capa de inversión” formada por electrones. Se dice que estos electrones forman un canal superficial.

En el transistor MOS, además del condensador acabado de describir hay las regiones N de drenador y surtidor. El canal formado por la capa de inversión conecta las regiones N de drenador y sortidor y presenta una determinada resistencia. Si VGS es inferior a VT la resistencia es infinita (no hay canal). A medida que VGS aumenta, la resistencia del canal va disminuyendo ya que hay más electrones.

capa d'inversió

P

NA -

P

NA -

G G + + _ _

aïllant

VGS=VT+1

IDS

VDS

VGS≤ VT

VGS=VT+2



CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL TRANSISTOR MOS

Cuando VDS sea igual o superior a VGS-VT no habrá capa de inversión. Se dice que el canal se ha estrangulado. La corriente IDS se mantiene casi constante. Esta corriente està formada por electrones que el canal envia hacia el drenador que circulan por la superfície del semiconductor. Cuando el canal está estrangulado se dice que el MOS trabaja en modo de saturación. Mientras el canal no estaba estrangulado se dice que trabajaba en modo òhmico.

El condensador de puerta lo podemos imaginar dividido en pequeños condensadores elementales, conectados en paralelo, y cada un polarizado con la tensión [VGS-Vc(y)] donde Vc(y) es la tensión en la superficie que se controla por VDS. Si VDS fuese cero, todos los condensadores tendrian la misma polarización y el canal tendría la misma carga de electrones. Si VDS aumenta, la polarización de los condensadores del lado de drenador serà menor, y el canal tendrá menos carga. Esto hará aumentar la resistencia del canal entre surtidor y drenador, lo que hace disminuir la pendiente de IDS versus VDS.

N

NA

canal canal estrangulat

S D G

P

N

-

y



MODELO DEL TRANSISTOR MOS

En modo òhmico la curvaa del MOS se modela por la siguiente ecuación: donde L = longitud del canal, W = anchura del canal y K’ = paràmetro tecnològico. Notar que es la ecuación de una paràbola que tiene el máximo en VDS = VGS-VT. La rama de la paràbola más allá del máximo no tiene sentido físico. En modo saturación se considera que ID es constante y del mismo valor que el máximo de la paràbola anterior: Notar que esta ecuación vuelve a ser una parábola con el mínimo en VGS = VT. El tramo de parábola para VGS<VT no tiene sentido físico: ID=0 si VGS<VT.

TGSDSTGSDS

DSTGSD VVViVVsiVVVVL

WKI −<>

−−=

2)('

2

[ ] TGSDSTGSTGSD VVViVVsiVVL

WKI −>>−= 2

2'

Característica ID(VGS) en modo saturación (llamada curva de transferencia)



Si Vi = “1” (VDD), el NMOS tiene canal ya que VGSN > VTN y equivale a un cortocircuito, mientras que el PMOS tiene VGSP =VDD-VDD = 0 V y equivale a un circuito abierto, por lo que V0=0V = “0”. Por tanto es un inversor, ja que V0 invierte Vi (convierte un “0” en un “1” y viceversa). Notar que cuando Vi = “0” y cuando Vi = “1” no circula corriente entre VDD y tierra, ya que en los dos casos hay un circuito abierto. Este bajo consumo es la ventaja de la tecnologia CMOS.

El segundo circuito realiza la función lógica “NAND”: Esto quiere decir que V0 es cero si A·B es “1”, y A·B = 1 si A y B son los dos 1. En efecto, para que V0 sea “0” se requiere que los dos NMOS que estan en serie tengan canal, lo que exige que A = “1” y que B = “1”. Notar que en este caso, los dos PMOS no tendran canal y equivaldran a circuitos abiertos, ya que VGSP = 0 V.

INVERSOR Y PUERTAS LÓGICAS CMOS CMOS proviene de “Complementary MOS” y significa que son circuitos que usan transistores de canal N (NMOS) y de canal P (PMOS). El circuito CMOS más simple es el inversor que se representa en la figura. Si Vi = “0”, el NMOS equivale a un circuito abierto, ya que VGSN < VTN. En cambio el PMOS equivale a un cortocircuito, ya que VGSP = Vi - VDD = -VDD más negativo que VTP. Por tanto la salida será V0 = VDD = “1”.

BAV ·0 =



FUNCIONAMIENTO FÍSICO DEL SENSOR DE IMAGEN CMOS

Un APS (Active Pixel Sensor) – CMOS es un circuito integrado que contiene una matriz de sensores de pixel, cada uno conteniendo un fotodetector y un amplificador activo. Está realizado con tecnología CMOS. Suele contener el conversor digital en el mismo chip.

Debido a que el sensor de cada pixel contiene mucha electrónica que no es sensible a la luz, el dispositivo tiene poca área fotosensible, por lo que no pudo competir con los CCD hasta la decada de los 90 cuando la densidad de integración y la realización de microlentes en cada chip permitió resolver el problema.

Cada sensor de píxel contiene el circuito de la figura: un fotodiodo, que es el elemento que captura los fotones, un transistor de reset Mrst, que “resetea” al fotodiodo cada cierto tiempo, un transistor amplificador Msf que “lee” la tensión de su puerta, y un transistor de selección Msel que selecciona el píxel para ser leido. (Hay algunas arquitecturas que contienen algun transistor adicional)



El elemento fotosensible está formado por el fotodiodo y el transistor de reset Mrst. El proceso se inicia activando el transistor Mrst que conecta la alimentación Vrst al diodo, polarizándolo inversamente. Esta tensión carga la capacidad Cj del diodo a la tensión Vrst. A continuación se desactiva Mrst y el fotodiodo queda en situación flotante, desconectado de Vrst.

IL Cj

+

− V6

Los fotones que alcanzan al fotodiodo generan una corriente IL. Al estar el diodo en situación flotante, esta corriente descarga a Cj haciendo que disminuya su tensión. Después de un tiempo de integración ti, la tensión ha pasado de Vrst a Vo y esta diferencia de tensión es proporcional al número de fotones absorbidos por el fotodiodo. Por tanto, la iluminación que ha recibido el píxel es proporcional a (Vrst – Vo).

La tensión V6 está aplicada a la puerta del transistor Msf. Al ser un transistor MOS la puerta está aislada y no descarga Cj. El transistor actua como un amplificador seguidor por surtidor, por lo que V6 estará en el surtidor del transistor.

Cuando se activa el transistor Msel mediante la tensión aplicada a “ROW” la tensión V6 pasa al conductor de salida “COL” que proporciona al sistema una tensión proporcional a la iluminación de este píxel.

V6

Vrst -

ti t

Vo



Arquitectura del APS-CMOS: En la figura de la derecha se muestra una matriz de 3 x 3 píxeles.Cuando se activa “Row1” aparecen las tensiones de todos los píxeles de esta fila, cada uno en su columna correspondiente.

Estas tensiones se convierten en valores digitales y se graban en memoria.

El circuito integrado del sensor de imagen CMOS, además de la matriz de píxeles contiene la circuiteria necesaria para la gestión de la información adquirida.



Comparación CCD y APS-CMOS

Rango dinámico: cociente entre nivel de saturación y umbral de detección de la luz. Superioridad del CCD respecto del CMOS.

Ruido. Superiosidad del CCD respecto del CMOS ya que en el CCD el procesado de la señal se realiza en un chip distinto al sensor que se optimiza para esta función.

Velocidad: Superioridad del CMOS sobre el CCD debido a que el procesado de la señal se realiza dentro del propio sensor.

Consumo de energía: Superioridad del CMOS respecto del CCD. Permite mayor duración de las baterias.

Coste: Los CMOS son más baratos porque todo la electrónica se fabrica en el mismo chip. Los CCD requieren un chip adicional para el procesado de la señal.

Hasta hoy, los CCD presentan mayor calidad y son más caros. Los CMOS se utilizan en cámaras de gama baja como en teléfonos móviles. Pero la tecnología avanza y las prestaciones pueden cambiar.

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