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51 • FEBBRAIO • 2014
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HARDWARE
CMOS
Albert Einstein ricevette il premio Nobel nel 1921 per la
fisica.
In un sensore CMOS di immagine ci sono tre modi diver-
si di separazione e raccolta delle coppie elettrone-lacuna
fotogenerate: utilizzando un array di fotodiodi, photoga-
tes o fototransistor.
Nella fase iniziale, i sensori CMOS sono stati utilizzati
per scopi di imaging ma la qualità dell’immagine era scar-
sa a causa della loro sensibilità alla luce. Sviluppi futuri
hanno migliorato la tecnologia dei sensori utilizzando
una tecnologia più specializzata con qualità e sensibilità
alla luce molto più efficiente.
Sensori CMOS (Fig. 3) hanno diversi vantaggi.
A differenza del sensore CCD, il circuito integrato CMOS
incorpora amplificatori e convertitori A / D, che abbassa
il costo per telecamere poiché contiene tutte le logiche
necessarie per produrre un immagine. Ogni pixel CMOS
contiene elettronica di conversione. Rispetto ai sensori
CCD, i sensori CMOS hanno migliori possibilità di inte-
grazione con altre funzioni. Tuttavia, questa aggiunta di
circuiteria all’interno del chip può portare a un rischio
di disturbi più strutturati. I sensori
CMOS, inoltre, sono molto più veloci
con basso consumo energetico, alta
immunità al rumore e una dimensio-
ne di sistema più piccolo.
Componenti di un CMOS
Le principali parti di un sensore
C-MOS sono: il filtro di colori, la
matrice di pixel, il controllore digi-
tale e il convertitore analogico digi-
tale (Fig. 4). Sopra la matrice di pixel
normalmente viene posta una matrice
di filtri di colori primari per catturare
l’informazione sui colori che compon-
gono la luce incidente.
Ciascun filtro della matrice corrispon-
de a un singolo pixel e permette solo
ad alcune lunghezze d’onda (colori)
della luce di passare verso il pixel;
quelle non desiderate invece vengono
bloccate.
La matrice di pixel consiste in milioni
di pixel sensibili alla rivelazione della
luce, disposti secondo la figura 5 (a
scacchiera). Il segnale analogico del
pixel generato per mezzo dell’effetto
fotoelettrico sarà inviato a un ADC.
Il convertitore analogico-digitale
(ADC) ha il compito di trasformare il
segnale in uscita al pixel in un segna-
le digitale inviato successivamente a un elaboratore di
immagini esterno che renderà il segnale visualizzabile.
Il controllo digitale, infine, ha il compito della gestio-
ne della matrice di pixel. I componenti principali sono
costituiti dal generatore di clock e dall’oscillatore, che
permettono di sincronizzare gli eventi, quali per esempio
la rivelazione della luce.
Schema circuitale del pixel attivo
Le parti principali che costituiscono un pixel sono rap-
presentate da un fotodiodo, che ha il compito della rive-
lazione del fotone luminoso e l’amplificatore. In figura 6
si vede un esempio di circuito costituito da un fotodiodo,
un condensatore C (capacità risultante tra quella della
giunzione del diodo e quella di ingresso al gate) e un
transistore p-MOS M 1 e due transistori n-MOS M 2 e
M 3 . Ciascun gate dei transistore M 1 e M 3 è pilotato dai
segnali digitali RESET negato e ROWSEL (selezione
riga), Vdd è la tensione di alimentazione.
Il fotodiodo è polarizzato inversamente per consentire
il passaggio di elettroni quando è investito da un fascio
Fig. 3 – Sensori CMOS
Fig. 4 – Schema di un CMOS
