《CMOS图像传感器的发展2010.docVIP

CMOS图像传感器的发展 随着超大规模集成技术的发展，CMOS图像传感器显示出强劲的发展趋势。CMOS图像传感器可在单芯片内集成时序和控制电路、A/D转换、信号处理等功能。本文简单介绍了CMOS图像传感器的背景，分析了CMOS图像传感器和 CCD 图像传感器的优缺点，综述了目前CMOS图像传感器的研究进展。 一、前言 自 60 年代末期美国贝尔实验室开发出固态成像器件和一维CCD 模型器件以来，CCD在图像传感、信号处理、数字存储等方面发展迅速。随着CCD器件的广泛应用，其缺点逐渐显露出来。为此，人们又开发了另外几种固态图像传感器，其中最有发展潜力的是采用标准CMOS制造工艺制造的CMOS图像传感器。 实际上早在70 年代初，国外就已经开发出CMOS 图像传感器，但成像质量不如CCD，因而一直无法与之相抗衡。90年代初期，随着超大规模集成技术的飞速发展，CMOS 图像传感器可在单芯片内集成A/D转换、信号处理、自动增益控制、精密放大和存储等功能，大大减小了系统复杂性，降低了成本，因而显示出强劲的发展势头。此外，它还具有低功耗、单电源、低工作电压(3V～5V)、成品率高，可对局部像元随机访问等突出优点。因此，CMOS图像传感器重新成为研究、开发的热点，发展极其迅猛，目前已占据低、中分辨领域。现在，CMOS图像传感器的一些参数性能指标已达到或超过 CCD 。 二、CCD 与 CMOS 的比较 1、成像过程 CCD 和 CMOS 使用相同的光敏材料，因而受光后产生电子的基本原理相同，但是读取过程不同：CCD 是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移，整个电路非常复杂，读出速率慢；CMOS 则以类似 DRAM的方式读出信号，电路简单，读出速率高。 2、集成度 采用特殊技术的CCD读出电路比较复杂，很难将A/D转换、信号处理、自动增益控制、精密放大和存储功能集成到一块芯片上，一般需要 3～8 个芯片组合实现，同时还需要一个多通道非标准供电电压。借助于大规模集成制造工艺，CMOS图像传感器能非常容易地把上述功能集成到单一芯片上，多数CMOS图像传感器同时具有模拟和数字输出信号。 3、电源、功耗和体积 CCD 需多种电源供电，功耗较大，体积也比较大。CMOS 只需一个单电源(3V~5 V)供电，其功耗相当于 CCD 的1/10，高度集成CMOS 芯片可以做的相当小。 4、性能指标 CCD 技术已经相当成熟，而 CMOS 正处于蓬勃发展时期，虽然目前高端CMOS图像质量暂时不如CCD，但有些指标（如传输速率等方面）已超过CCD。由于CMOS具有诸多优点，国内外许多机构已经应用CMOS图像传感器开发出众多产品。本文主要介绍已商品化的CMOS图像传感器的发展现状以及必威体育精装版发展动态，希望对下游产品的开发有所帮助。 三、CMOS的商业化产品 CMOS图像传感器的迅速发展并商业化得益于成熟的CMOS工艺，目前国外诸多公司和科研机构已经开发出不同光学格式、多种类型的CMOS图像传感器，并将其应用于光谱学、X射线检测、天文学（观测研究）、空间探测、国防、医学、工业等不同的领域。 1997年成立的美国Foveon公司于2003年推出了产品代号分别为F7X3-C9110、F19X3-A50的全色CMOS图像传感器。F7X3-C9110的有效像素为2268 × 1512，具有像素可变、超低功耗（50mW）、低噪声、抗模糊等特点。该传感器已被用在日本Sigma SD10单反数码相机上，该相机在低照度条件下积分时间可达30s。F19X3-A50除具有上述特点外，片上还具有高达40MHz的12位A/D转换器和集成数字处理器。由于采用独特的X3技术，该CMOS图像传感器感光阵列可在一个像元位置同时获得红、绿、蓝三种颜色信号。配置了这款图像传感器的数码产品主要面向专业摄影师、业余摄影爱好者等消费群体。据报道，美国Foveon和国家半导体公司合作，采用0.18μmCMOS工艺首次开发成功了1600万像素（4096×4096）CMOS图像传感器，这是迄今为止全球集成度最高的CMOS图像传感器，像元尺寸为5mm×5mm，芯片尺寸为22mm×22mm。 美国Silicon Video（SVI）公司主要面向高清晰度数字电视、高清晰度数字电影及广播等领域，该公司于2003年6月收购Photon Vision Systems (PVS) 公司后，使用PVS独特的有源列传感专利技术（ACS）已制造出LIS-1024、ELIS-1024及SLIS-2048线阵CMOS图像传感器和具有低暗电流、高灵敏度和扫描速度的3840×2192像素面阵单片CMOS成像系统。有源列传感专利技术（ACS）可降低放大器固定图案噪声，增加填充系数，提高