Circuito CMOS (Active Pixel Sensor): Del fotón al píxel digital
El CMOS ha desplazado al CCD en cámaras digitales por ser más barato y eficiente. Veamos su funcionamiento interno.
Estructura del píxel CMOS
Cada píxel incluye: fotodiodo (recoge fotones) + transistores de lectura/reseteo/amplificación (circuito 3T, 4T, 5T según diseño). La matriz completa se lee en paralelo por filas/columnas.
Proceso de captura
- Luz atraviesa objetivo → diafragma → filtro IR-cut (bloquea infrarrojos) → filtro de color Bayer (R/G/B por píxel).
- Fotones generan pares electrón-hueco en fotodiodo (carga proporcional a luz).
- Circuito del píxel convierte carga en voltaje, amplifica y saca señal por bus de columna.
- Convertidor A/D (column-parallel o global) digitaliza → datos RAW (10–14 bits).
- Procesador de imagen (ISP): demosaicing, balance de blancos, corrección gamma, reducción ruido, compresión JPEG/HEIF.
Ventajas clave del diseño CMOS
- Bajo consumo: Solo filas activas consumen; modo standby profundo.
- Alta velocidad: Lectura paralela → vídeo 4K/8K, alta cadencia, rolling shutter rápido (o global shutter en sensores stacked).
- Integración: ISP, RAM, lógica de control en mismo chip (SoC) o paquete stacked.
- Resistencia a ruido/blooming: Arquitectura anti-blooming nativa; disipación calor baja.
Fabricación y rango térmico
Proceso CMOS estándar (Silicon Valley, TSMC, Sony Semiconductor, etc.). Funcionan de –55 °C a +125 °C (grado automotriz/industrial).
El CMOS es el puente que transforma luz analógica en datos digitales con eficiencia, velocidad y coste imbatibles.
