發布日期:2022-10-09 點擊率:37
數碼相機和可拍照式便攜設備的興起,使得CMOS圖像傳感器這個名詞進入大眾的視野,而這種產品也成為了半導體產品中增長最快的一種。其實,在幾年前,CMOS傳感器還沒有今天這樣耀眼的地位,那時的它還只能仰望強大的對手CCD傳感器。但是,僅僅是幾年的功夫,它就可以同CCD分庭抗禮了。
和CCD的對比
CCD(charge couple device)的學名叫電荷耦合器件,是一種利用了半導體的光電效應轉化光信號的陣列器件。在CCD中,每個單元感受到的光信號經過傳遞匯總后再統一轉化成電信號。它的圖像失真度較低,一直是高端影像產品的首選。但是,CCD也有自己的缺點,因為信號是在單元中依次傳遞的,就需要外部準確的時鐘發生器和驅動電路相配合,結果造成產品體積和功耗的增大。
CMOS的基本感光原理與CCD相同,不過其制作工藝和結構與CCD大不相同。CMOS的名稱來源它的制造工藝,這是一種半導體工業的通用工藝,因而可以在同一基片上集成時序、控制和信號處理電路,極大地降低了成本。在CMOS傳感器中,每個單元感應到的光信號都可由鄰近的放大器及ADC直接傳送到內存中。不過,漏電流是它的一個天生缺陷,由此導致的圖像質量下降是其多年一直面臨的巨大挑戰。
在相當一段時間內,兩者就成為了高檔和通用的代表。不過,事無絕對,隨著CMOS工藝的進步,兩者之間的距離正在逐步縮短。因為CMOS工藝一直在前進,漏電流的問題也在逐步得到改善,而其低功耗的傳統也得到了繼承。最新型CMOS產品,譬如Micron的CMOS圖像傳感器,其像素分辨率已經達到了驚人的1000萬像素,這種質的變化使CMOS傳感器的觸角已經開始進入CCD所占據的傳統領域。
市場的要求
市場對圖像傳感器有什么要求呢?其實與對其他半導體產品的要求一樣,就是多功能集成、低價格,當然還有性能。不過,這三者之間要達成一種平衡,對于集成度和成本的要求是廠家最為關注的。從上文就可以看到,CMOS圖像傳感器最接近這兩項要求。CMOS工藝適合于生產數字芯片,這就給圖像傳感器集成DSP
DSP
dsp是digital signal processor的簡稱,即數字信號處理器。它是用來完成實時信號處理的硬件平臺,能夠接受模擬信號將其轉換成二進制的數字信號,并能進行一定形式的編輯,還具有可編程性。由于強大的數據處理能力和快捷的運行速度,dsp在信息科學領域發揮著越來越大的作用。 [全文]
帶來了天然的便利條件,再加上原本就在一起的ADC,一個數字圖像處理系統就成型了。舉一個例子,Micron的MT9V131就是一個典型的例子,它是一個1/4英寸VGA CMOS圖像傳感器,集成了一個可編程處理器和10位ADC,數據速率為1200~1350mpix/s,動態范圍可達60dB。類似的產品還有OmniVision的OV7141-C01A,Avago的ADCC-3960等。也正是因為這些產品的出現,促使了CMOS圖像傳感器得到了更廣泛的應用。
開拓新興市場
醫療和消費以經不能算是新興市場了,因為它們已經發展的相當成熟了。這里要說的是安全產品市場。這個市場最初的重點在于電纜、模擬輸出和閉路電視系統上面,當這一切發展到無以發展的時候,人們又將注意力投入到基礎的攝像設備上。因為CMOS傳感器的圖像質量得到了前所未有的提高,而在功耗和成本方面仍具有優勢,這就使得它們能夠快速的進駐這個熱點市場。而且,DVR技術的興起,也使得CMOS傳感器的優勢明顯化,因為它能高效的同數字監控系統結合在一起。
家用安全產品市場在整個大市場中發展的最快。得益與家庭網絡(DSL、有線電視等)的發展,用戶已經不需要考慮布線的因素,他們需要的只是功能強大的攝像前端設備。以Micron的MT9V135 為例,這個1/4 英寸的 VGA CMOS圖像傳感器能通過電視、計算機顯示器或現成系統中組裝的接收器傳送 NTSC 或 PAL 格式的數字或模擬輸出,這就為家庭用戶省去了一筆布線的費用。
工業安全市場的要求和家用有些區別,對寬泛動態范圍的要求成為了第一要素。因為安全攝像頭往往工作在不受控制的光照條件下,所以它們要能在捕獲低光度的同時又捕獲直接光線。100dB或更高指標的CMOS圖像傳感器已經出現了,像是Micron的MT9V032和美國國家半導體的LM9618等一批產品都屬此類。
可以說,在這個市場上,CMOS圖像傳感器的優點得到了充分的發揮。
結語
CMOS圖像傳感器的發展是迅猛的,CCD器件12年取得的進展,CMOS產品只用了3年就達到了。如果以這個速度來計算,CMOS獨步天下的局面很快就要到來了。不過,CCD技術也沒有停滯,SuperCCD技術的出現就是一個信號。所以說,CMOS要取得全面的成功,還是需要一定時間的。
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