Was ist ein MOS-Sensor?
MOS-Sensoren (Metall-Oxid-Halbleiter-Sensoren) sind Bildsensoren, die zur Erkennung von Licht und anderen physikalischen Größen eingesetzt werden.
MOS-Sensoren haben eine Metalloxid-Halbleiter-Struktur (MOS) und werden hauptsächlich in CMOS-Bildsensoren und barometrischen Sensoren verwendet. Bildsensoren, auch Bildsensoren genannt, sind Komponenten in Digitalkameras, die das durch das Objektiv einfallende Licht in elektrische Signale umwandeln.
Zu den Arten von Bildsensoren gehören MOS-Sensoren, CMOS-Sensoren (Complementary MOS) und CCD-Sensoren (Charged Coupled Device). Derzeit sind hochleistungsfähige CCD-Sensoren und stromsparende und kostengünstige CMOS-Sensoren am weitesten verbreitet.
Die MOS-Sensoren, die als erste Bildsensoren entwickelt und in Massenproduktion hergestellt wurden, verschwanden vorübergehend zugunsten der CCD- und CMOS-Sensoren, aber in den letzten Jahren sind neue MOS-Sensoren aufgetaucht, die wieder Aufmerksamkeit erregen.
Anwendungen von MOS-Sensoren
Bildsensoren werden in Digitalkameras, digitalen Videokameras, Smartphones, Automobilen, medizinischen Geräten, Industrieanlagen und anderen Bereichen eingesetzt, in denen digitale Geräte Bilder aufnehmen können. Derzeit werden in diesen Bereichen jedoch hauptsächlich CCD- und CMOS-Sensoren eingesetzt.
Die heutigen MOS-Sensoren bieten die hohe Empfindlichkeit und das geringe Rauschen von CCD-Sensoren und verbrauchen gleichzeitig so wenig Strom wie CMOS-Sensoren. Daher werden sie in Bereichen wie Digitalkameras und digitalen Videokameras eingesetzt.
Funktionsweise von MOS-Sensoren
MOS-Sensoren bestehen aus einer Fotodiode und einem MOS-Transistorschalter für jedes Pixel. Um jede Fotodiode in einem Raster auszuwählen, wird eine vertikale oder horizontale Abtastschaltung verwendet, die im Wesentlichen aus einer vertikalen oder horizontalen Abtastschaltung besteht.
Wenn Licht in die Fotodiode eintritt, fließt ein zur einfallenden Lichtintensität proportionaler Fotostrom durch die Fotodiode, und eine Ladung, ausgedrückt als das Produkt aus Fotostrom und Akkumulationszeit, wird akkumuliert. Die Signalladung wird aus der vertikalen Signalleitung ausgelesen, wenn der vertikale MOS-Schalttransistor durch das Zeilenauswahlsignal von der vertikalen Abtastschaltung eingeschaltet wird, und wenn der horizontale MOS-Schalttransistor durch das Spaltenauswahlsignal von der horizontalen Abtastschaltung eingeschaltet wird, fließt außerdem ein Strom zwischen der horizontalen Signalleitung und der Stromversorgung.
Zwischen dem Horizontalsignal und der Stromversorgung ist ein Ausgangswiderstand eingefügt, und der Spannungsabfall über diesem Ausgangswiderstand wird vom Vorverstärker erfasst und wird zur Ausgangsspannung eines Pixels. Auf diese Weise wird der Schalter, der die Fotodiode jedes Pixels ausliest, nacheinander geschaltet, und die Daten werden für jedes Pixel ausgelesen.
Das Potenzial der vertikalen Signalleitung ist auf die Versorgungsspannung eingestellt, aber in Wirklichkeit entspricht es nicht der Versorgungsspannung, und es treten Schwankungen auf, die Rauschen verursachen. Bei MOS-Sensoren ist eine große Anzahl von Fotodioden in einem Array angeordnet, aber die Empfindlichkeit jeder Diode ist unterschiedlich, was zu einer ungleichmäßigen Empfindlichkeit über den gesamten MOS-Sensor führt.
Auswahl eines MOS-Sensors
1. Anwendungsbereich
MOS-Sensoren unterscheiden sich je nach Anwendungsbereich, in dem sie eingesetzt werden. Zu den spezifischen Typen gehören Lichtsensoren, Luftdrucksensoren, Temperatursensoren und Beschleunigungssensoren. Es ist wichtig, den geeigneten Sensor entsprechend dem Verwendungszweck und der zu messenden physikalischen Größe auszuwählen.
2. Messbereich
Der Messbereich eines Sensors gibt den Bereich der physikalischen Größen an, die der Sensor erfassen kann. Die Wahl des richtigen Messbereichs stellt sicher, dass die Messung genau und für den Zweck geeignet ist. Es ist wichtig, das Datenblatt oder die Spezifikation des Sensors zu prüfen und den erforderlichen Messbereich auszuwählen.
3. Empfindlichkeit
Die Empfindlichkeit eines Sensors gibt an, wie stark oder wie geringfügig sich das erfasste Signal verändert. Sensoren mit höherer Empfindlichkeit sind in der Lage, geringere Signalpegel und kleinste Änderungen zu erfassen. Es ist wichtig, dass Sie einen MOS-Sensor mit der für Ihren Zweck geeigneten Empfindlichkeit auswählen.
4. Rauschpegel
Der Rauschpegel eines Sensors wirkt sich auf die Genauigkeit der Messergebnisse aus. Sensoren mit geringem Rauschen sind vorteilhaft für genaue Messungen und eine hochwertige Datenerfassung. Es ist wichtig, den Rauschpegel im Datenblatt oder in der Spezifikation zu überprüfen und einen rauscharmen MOS-Sensor auszuwählen, der für den jeweiligen Zweck geeignet ist.
5. Schnittstelle
Die Ausgangsschnittstelle von MOS-Sensoren beeinflusst die Erfassung und Integration von Sensordaten. Analoge und digitale Ausgänge (z.B. I2C, SPI) müssen auf Kompatibilität mit dem verwendeten System und Mikrocontroller geprüft werden.