CMOS-成像芯片介绍

CMOS成像芯片介绍嘉骏信息科技有限公司2011/12CMOS成像芯片介绍•Thephotonwillbetothe21stcenturywhattheelectronwastothe20th“,Sen.DanielMoynihan,NewYorker,20.3.2000CMOS成像芯片介绍•CMOS芯片结构和功能•像素（Pixel）结构•ColorFilterArray和MicrolensArray•快门模式（shutter）•性能指标参数•CMOS与CCD的对比•芯片厂商介绍CMOS结构和功能CMOS结构和功能•PixelArray–像素阵列–决定芯片的分辨率VGA、1M、2M、3M、5M..–ActivePixelArrary有效像素阵列–通常有一定的黑边（BlackRow/Column)•Sequencer–时序发生器–产生像素阵列所需的时序–像素Reset，输出时间，采样时间等•X/Y-addressing–X/Y寻址–行地址和列地址，可以选择输出的窗口（ROI）•ColumnAmplifier–列放大器CMOS结构和功能•AnalogMux–模拟选择开关–轮流对像素采样•ADC–模数转换–精度10比特，12比特•Postprocessing–图像后处理–简单的RAW格式输出–SOC型，包括2A，RGB-YUV，甚至JPEG•Interface-接口–通用并行接口：Pixelclock,LV,FV,data–串行：MIPI（CSI），Hispi（Aptina）…像素（Pixel）结构•光子打击PN结，将电子能量提高，形成自由电子，产生电荷像素（Pixel）结构•APS–ActivePixelSensor•由JPL的EricFossum教授发明像素（Pixel）结构ColorFilterArray和MicrolensArray•ColorFilterArrar–每一个像素只采集一种颜色信息–Bayer格式•MicrolensArray:–在每一个像素上都有一个微镜头提高采光效率（QE）Bayer格式像素示意图快门模式（shutter）•机械快门–1.TheintegrationtimeoftheCMOSimager’selectronicshutterisadjustedsothatallthepixelsareintegratinglightatthesametime;–2.Themechanicalshutterisopened;–3.Thephotoflashisfired;–4.Themechanicalshutterisclosed;–5.Theimagerisreadout.快门模式（shutter）•电子滚动快门（rollingshutter）–1.Theintegrationtimeoftheimagerisadjustedsothatallthepixelsareintegratingsimultaneouslyforthedurationofthephotoflash;–2.Theresetprocessprogressesthroughtheimagerowbyrowuntiltheentireimagerisreset;–3.Thephotoflashisfired;–4.Theimagerisreadoutrowbyrowuntiltheentireimagerisreadout.快门模式（shutter）•电子全局快门（Globalshutter）–1.Allthepixelsoftheimagerareresetsimultaneously;–2.Thephotoflashisfired;–3.Theaccumulatedchargesateachpixelaretransferredsimultaneouslytolightshieldedstorageareas;–4.Thelightshieldedareasoftheimagerarereadout.性能指标参数•分辨率–CIF320x240,VGA640x480,720p1280x720–1080p1920x1080….•像素大小（PixelSize）–像素越大，感光度（Sensitivity）就越高–MT9P031:2.2微米，OV9712：3微米，iMX036：3微米（？）•动态范围–能分辨的最大亮度/底线噪声（NoiseFloor）–受A/D比特限制:16bit最大96dB,12bit72dB性能指标参数•信噪比–信号/当前信号下的噪声•感光度Sensitivity(V/(lux*Second))•帧率，时钟频率•噪声–时域噪声（TemporalNoise）•基本噪声（photonshotnoise,resetnoise）•热噪声（thermalNoise）•器件噪声(EMI,ADC…)–固定模式噪声（FixedPatternNoiseFPN）•由MOS管的不均匀性造成CMOS与CCD的对比•CCD–Excellentperformances•Resolution/Speed/Noise/Uniformity(FPN/PRNU)–Maturity/establishedmarket–Technologyofchoicefor•high-endcamcordersanddigitalstillcameras•science,astronomy,medicine,factoryautomation–But•multiplehighsupplyvoltages•powerconsumption•notmainstreamtechnology•nointegratedelectronicsCMOS与CCD的对比•LowerCostandOn-chipintegrationinCMOSCameras•LowpowerusageinCMOSCameras•BetterQualityLowLightImagesinCCDCameras•SmartfunctionsinCMOSCameras•HigherNoiseLevel:CMOS芯片厂商介绍•Aptina•Omnivision•Sony•Panasonic•Altasens