CMOS图像传感器的现在及未来.pdfVIP

16 RWMultileveldiversitycodingwith Yeung R multilevel Trans 17 RocheJ，R，YeungW，H¨KP．Symraetrjcaldiversitycoding．IEEE R ZOn multilevel IEEE 18 W，Zhang symmetricaldiversitycoding．acceptedhy Trans．Inform．Theory Yeung 19 R Z．DistributedSOUrCecodingforsatel]hecommunications．submittedtOIEEE YeungW．Zhang Trans．Inform．Theory R al-Networkinformation source 20 AhslwedeR．CaiN，LiSYR，YeungW，et flow：SinglesubmittedtoIEEE CMOS图像传感器的现在及未来 闵 昊 (复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室) 摘要本文主要讲述CMOS图像传感器的工作原理．以后的发展方向和应用前景。本文首先介绍了CMOS图像 传感器的各种结构的工作原理，分析了其灵敏度、噪声、动态范围等各种参数。然后介绍了目前国际上在CMOS图 像传感器计冤和升发方面敢福曲进展，最后j}析了cM0s冒缘i专感器的发展趋势和应用前景。 关键词cMOS图像传感器 1引 言 目前，摄像机已成为电子工业的一个重要部分，它广泛应用于日常生活(家用摄像机)，广播电视、计算机 因为需要让电荷达到几乎无损耗地传输，其设计和创造均较为复杂，从而有以下几个显著的缺点：(1)CCD 故只能进行顺序读取，且读出速度受到较大限制，从而较难实现放大，缩小，平移等功能。图1是采用CCD传 感器的数字摄像系统，它需要多个芯片来组成。 Image 集成在同一芯片上，组成单片摄像机。图2是采用CMOS图像传感器组成摄像系统的框图。 Programmable( L竺竺!!!!l Pc， ———乏”亏■一 Pc， W∞懈mⅣ Netwo^ 飘 ．土之．册； Networg {黜l。roc黜essor㈤l下———吖 图1 CCD传感器数字摄像系统 图2 CMOS图像传感器摄像系统 由于CMOS图像传感器的这些优点，它得到了工业界和科研界的广泛重视。目前巳逐渐走向成熟，在不 久的将来，它可能取代CCD成为图像传感器的主流。 2感光原理 2．1硅材料的感光原理 假定有一个光子入射到硅材料的表面，则它可能穿透人一定深度后被硅原子吸收。如果光子的能量大于 硅的能带宽度(1．124eV，对应波长约为llOOnm)则有可能使硅原子电离从而产生一个电子一空穴对。 ～26— △F(X)一F(X+△X)一F(X)=d·F(X)·△X(1) 收而长波长的光子较易透入硅的内部。 2．2硅器件的感光 在没有电磁的情况下，被激发的电子一空穴对将在硅内部作无规 ／将 则运动，经过一段距离(平均自由程)后复合。如果在硅内部存在电 场，则电子和空穴将沿着相反方向作定向运动，从而可以观察到电 流，这就是光电流。 在硅内部产生