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CMOS图像传感器基本工作原理

发表时间:2013-12-30 11:38 作者:智鸢机电 来源: 浏览:

分类:智鸢机电 > 机电资讯 > 机电技术文摘 >
智鸢机电 :         外界光照射像素阵列,发生光电效应,在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要,选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器,转换成数字图像信号输出。其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理,并且提高信噪比。另外,为了获得质量合格的实用摄像头,芯片中必须包含各种控制电路,如曝光时间控制、自动增益控制等。为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作,必须使用多个时序控制信号。为了便于摄像头的应用,还要求该芯片能输出一些时序信号,如同步信号、行起始信号、场起始信号等。
象素阵列工作原理:
CMOS图像传感器基本工作原理
        图像传感器一个直观的性能指标就是对图像的复现的能力。而象素阵列就是直接关系到这一指标的关键的功能模块。按照像素阵列单元结构的不同,可以将像素单元分为无源像素单元PPS(passive pixel schematic),有源像素单元APS(activepixel schematic)和对数式像素单元,有源像素单元APS又可分为光敏二极管型APS、光栅型APS.
以上各种象素阵列单元各有特点,但是他们有着基本相同的工作原理。以下先介绍它们基本的工作原理:
        (1)首先进入“复位状态”,此时打开门管M.电容被充电至V,二极管处于反向状态;
        (2)然后进人“取样状态”.这时关闭门管M,在光照下二极管产生光电流,使电容上存贮的电荷放电,经过一个固定时间间隔后,电容C上存留的电荷量就与光照成正比例,这时就将一幅图像摄入到了敏感元件阵列之中了;
        (3)最后进入“读出状态”.这时再打开门管M,逐个读取各像素中电容C上存贮的电荷电压。

        无源像素单元PPS出现得最早,自出现以来结构没有多大变化。无源像素单元PPS结构简单,像素填充率高,量子效率比较高,但它有两个显着的缺点。一是,它的读出噪声比较大,其典型值为20个电子,而商业用的CCD级技术芯片其读出噪声典型值为20个电子。二,随着像素个数的增加,读出速率加快,于是读出噪声变大。

        光敏二极管型APS量子效率比较高,由于采用了新的消噪技术,输出图形信号质量比以前有许多提高,读出噪声一般为75~100个电子,此种结构的C3&适合于中低档的应用场合。
        在光栅型APS结构中,固定图形噪声得到了抑制。其读出噪声为10~20个电子。但它的工艺比较复杂,严格说并不能算完全的CMOS工艺。由于多晶硅覆盖层的引入,使其量子效率比较低,尤其对蓝光更是如此。就目前看来,其整体性能优势并不十分突出。
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