| 珠兒 |
2008-07-07 14:05 |
CMOS圖像傳感器的發(fā)展
隨著超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，cmos圖像傳感器顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)。cmos圖像傳感器可在單芯片內(nèi)集成時(shí)序和控制電路、a/d轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理等功能。本文簡(jiǎn)單介紹了cmos圖像傳感器的背景，分析了cmos圖像傳感器和 ccd 圖像傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了目前cmos圖像傳感器的研究進(jìn)展。 pu-HEv}]a|
4>JSZ6i#n
一、前言 zp: dArh0
q t"D!S_
自 60 年代末期美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出固態(tài)成像器件和一維ccd 模型器件以來(lái)，ccd在圖像傳感、信號(hào)處理、數(shù)字存儲(chǔ)等方面發(fā)展迅速。隨著ccd器件的廣泛應(yīng)用，其缺點(diǎn)逐漸顯露出來(lái)。為此，人們又開(kāi)發(fā)了另外幾種固態(tài)圖像傳感器，其中最有發(fā)展?jié)摿Φ氖遣捎脴?biāo)準(zhǔn)cmos制造工藝制造的cmos圖像傳感器。| twT/uBQ4a
_jWs(OmJ
實(shí)際上早在70 年代初，國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出cmos 圖像傳感器，但成像質(zhì)量不如ccd，因而一直無(wú)法與之相抗衡。90年代初期，隨著超大規(guī)模集成技術(shù)的飛速發(fā)展，cmos 圖像傳感器可在單芯片內(nèi)集成a/d轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、自動(dòng)增益控制、精密放大和存儲(chǔ)等功能，大大減小了系統(tǒng)復(fù)雜性，降低了成本，因而顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。此外，它還具有低功耗、單電源、低工作電壓(3v～5v)、成品率高，可對(duì)局部像元隨機(jī)訪問(wèn)等突出優(yōu)點(diǎn)。因此，cmos圖像傳感器重新成為研究、開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，發(fā)展極其迅猛，目前已占據(jù)低、中分辨領(lǐng)域�，F(xiàn)在，cmos圖像傳感器的一些參數(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到或超過(guò) mw @Pl\=
ccd 。 6FUW^dt
5ut| eD` 3
二、ccd 與 cmos 的比較 !8{ VLg
TO wd+]B
1、成像過(guò)程 &i#$ia r
|;ztK[(
ccd 和 cmos 使用相同的光敏材料，因而受光后產(chǎn)生電子的基本原理相同，但是讀取過(guò)程不同：ccd 是在同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的配合下以幀或行的方式轉(zhuǎn)移，整個(gè)電路非常復(fù)雜，讀出速率慢；cmos 則以類(lèi)似 dram的方式讀出信號(hào)，電路簡(jiǎn)單，讀出速率高。 (jc@8 @Wo.
lZF u|(
2、集成度 ?OD$`{1
6g(;2gY
采用特殊技術(shù)的ccd讀出電路比較復(fù)雜，很難將a/d轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、自動(dòng)增益控制、精密放大和存儲(chǔ)功能集成到一塊芯片上，一般需要 3～8 個(gè)芯片組合實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還需要一個(gè)多通道非標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。借助于大規(guī)模集成制造工藝，cmos圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數(shù)cmos圖像傳感器同時(shí)具有模擬和數(shù)字輸出信號(hào)。 L9GLj Rp-
,7{|90'V<
3、電源、功耗和體積 }: Z.g
O<u=Vz3c~0
ccd 需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。cmos 只需一個(gè)單電源(3v~5 v)供電，其功耗相當(dāng)于 ccd 的1/10，高度集成cmos 芯片可以做的相當(dāng)小。 'jev 1u[
7]= &Q4e4
4、性能指標(biāo) ]\, ?u /
DfXkLOGik
ccd 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而 cmos 正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，雖然目前高端cmos圖像質(zhì)量暫時(shí)不如ccd，但有些指標(biāo)（如傳輸速率等方面）已超過(guò)ccd。由于cmos具有諸多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用cmos圖像傳感器開(kāi)發(fā)出眾多產(chǎn)品。本文主要介紹已商品化的cmos圖像傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀以及最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，希望對(duì)下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)有所幫助。 bA;OphO(
B8& q$QV
三、cmos的商業(yè)化產(chǎn)品 N*Y[[ N(
TI>5g(:3\
cmos圖像傳感器的迅速發(fā)展并商業(yè)化得益于成熟的cmos工藝，目前國(guó)外諸多公司和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不同光學(xué)格式、多種類(lèi)型的cmos圖像傳感器，并將其應(yīng)用于光譜學(xué)、x射線檢測(cè)、天文學(xué)（觀測(cè)研究）、空間探測(cè)、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等不同的領(lǐng)域。 L9b.D<
f56yI]*N=<
1997年成立的美國(guó)foveon公司于2003年推出了產(chǎn)品代號(hào)分別為f7x3-c9110、f19x3-a50的全色cmos圖像傳感器。f7x3-c9110的有效像素為2268 × 1512，具有像素可變、超低功耗（50mw）、低噪聲、抗模糊等特點(diǎn)。該傳感器已被用在日本sigma sd10單反數(shù)碼相機(jī)上，該相機(jī)在低照度條件下積分時(shí)間可達(dá)30s。f19x3-a50除具有上述特點(diǎn)外，片上還具有高達(dá)40mhz的12位a/d轉(zhuǎn)換器和集成數(shù)字處理器。由于采用獨(dú)特的x3技術(shù)，該cmos圖像傳感器感光陣列可在一個(gè)像元位置同時(shí)獲得紅、綠、藍(lán)三種顏色信號(hào)。配置了這款圖像傳感器的數(shù)碼產(chǎn)品主要面向?qū)I(yè)攝影師、業(yè)余攝影愛(ài)好者等消費(fèi)群體。據(jù)報(bào)道，美國(guó)foveon和國(guó)家半導(dǎo)體公司合作，采用0.18μmcmos工藝首次開(kāi)發(fā)成功了1600萬(wàn)像素（4096×4096）cmos圖像傳感器，這是迄今為止全球集成度最高的cmos圖像傳感器，像元尺寸為5mm×5mm，芯片尺寸為22mm×22mm。 ?N#I2jxaD
TdhfX
| |