cmos圖像傳感器集成a

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1、CMOS圖像傳感器集成A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)的研究來源：中國科學(xué)院，微電子研究所　　　時(shí)間：2008-11-13　　字體：[大中小]　　投稿　　摘　要：片上集成A/D轉(zhuǎn)換器是CMOS圖像傳感器的關(guān)鍵部件，文章分析和比較了三類不同集成方式：芯片級(jí)，列級(jí)和象素級(jí)的原理，性能和特點(diǎn)。最后，展望了CMOS圖像傳感器上集成A/D轉(zhuǎn)換器的未來發(fā)展趨勢?！　￡P(guān)鍵詞：CMOS圖像傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器　　Abstract:TheA/DconversionisthekeycomponentoftheCMOSsensor.Inthispape

2、rwesummarizethetheories,performancesandfeaturesofthechiplevel,columnlevelandpixellevelintegratedADCoftheimagesensor.Finally,thefuturetrendofthedevelopmentoftechniquesforanalogtodigitalconversionofCMOSimageispredicted.　　KeyWords：CMOSimagesensor；A/Dconversion　　1

3、.引言　　隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)，多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，圖像傳感器作為數(shù)碼相機(jī)，攝像頭等圖像獲取設(shè)備的核心部件正在成為當(dāng)前和未來研究的重點(diǎn)。按照類型來分圖像傳感器主要可以分為CCD型和CMOS型。CCD（ChargedCoupledDevice）技術(shù)由在貝爾實(shí)驗(yàn)室在1969年首先提出，至今已有25年的歷史。它是利用一個(gè)特殊的VLSI工藝，在硅片表面上生成一個(gè)緊密壓縮的多硅電極網(wǎng)格，通過光電效益收集電荷。在過去的20多年里，CCD圖像傳感器以其高靈敏性低噪聲和寬的動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)點(diǎn)占領(lǐng)了圖像傳感器市場。但是隨著CCD應(yīng)用范圍

4、的擴(kuò)大，其缺點(diǎn)逐漸顯露出來，首先是CCD光敏單元陣列難與驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路單片集成，不易處理一些模擬和數(shù)字功能，這些功能包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密放大器、存儲(chǔ)器、運(yùn)算單元等元件的功能，其次CCD陣列驅(qū)動(dòng)的脈沖復(fù)雜，需要使用相對高的工作電壓，不能與深亞微米超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)兼容，而且CCD功耗大的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其在便攜電子設(shè)備上的應(yīng)用。MOS圖像傳感器的概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，但當(dāng)時(shí)由于大規(guī)模集成電路工藝的限制未能進(jìn)行研究。隨著超大規(guī)模集成電路和微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，最近人們已經(jīng)成功將圖像傳感器，模

5、數(shù)轉(zhuǎn)換電路，圖像處理電路等模塊集成在一塊CMOS圖像傳感器芯片上[1][2]，以達(dá)到低功耗，高性能，高集成度和高可靠性，并且大大降低系統(tǒng)成本和面積，CMOS圖像傳感器開始突破原來成像質(zhì)量差的缺點(diǎn)，逐漸成為圖像傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息　　本文主要針對CMOS圖像傳感器上集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電路的主要類型及其特點(diǎn)和最新進(jìn)展作一介紹?！　?.集成A/D轉(zhuǎn)換器的分類　　任何A/D轉(zhuǎn)換器都具有抽樣、量化和編碼的基本功能。抽樣使模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化使之變?yōu)槌闃有盘?hào)；量化則是將抽樣信號(hào)的幅度離散化

6、使之變成數(shù)字信號(hào)；編碼是將數(shù)字信號(hào)最終表示成為數(shù)字系統(tǒng)所能接受的形式，如何實(shí)現(xiàn)這三個(gè)基本功能就決定了A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和功能[3]。按照對信號(hào)的處理方式上來分，A/D轉(zhuǎn)換器可以分為并行處理A/D轉(zhuǎn)換器和串行處理A/D轉(zhuǎn)換器兩大類。并行結(jié)構(gòu)處理速度較快，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，串行A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡單，處理速度較慢。如果根據(jù)量化編碼方式的不同，可以分為采用Nyquist頻率采樣并均勻量化的PCM型A/D轉(zhuǎn)換器和采用增量調(diào)制的過采樣型A/D轉(zhuǎn)換器?！　MOS圖像傳感器上使用的A/D轉(zhuǎn)換器按照集成方式的不同可以分為三種主要類型，芯

7、片級(jí)集成，列級(jí)集成和象素級(jí)集成。來源:www.tede.cn來源:www.tede.cn　　2.1芯片級(jí)集成(ChipLevel)　　芯片級(jí)集成是整個(gè)傳感器陣列使用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由于A/D轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)獨(dú)立的單元放置在傳感器陣列外，A/D轉(zhuǎn)換器的面積不受很強(qiáng)的限制。缺點(diǎn)是由于A/D轉(zhuǎn)換器的高轉(zhuǎn)換速率會(huì)帶來較大功耗，而且由于傳感器陣列與A/D轉(zhuǎn)換器單元之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，不可避免會(huì)引入額外的噪聲，影響整個(gè)系統(tǒng)性能?！　?.1.1并行結(jié)構(gòu)A/D轉(zhuǎn)換器　　并行結(jié)構(gòu)A/D轉(zhuǎn)換器主要由電阻分壓器

8、，比較器，編碼器構(gòu)成。它的工作原理是每一級(jí)都需要一個(gè)比較器和分壓電阻，通過串聯(lián)電阻來產(chǎn)生比較器的參考電壓。比較器輸出輸入信號(hào)和參考電壓的比較結(jié)果送到一個(gè)解碼器解碼后輸出數(shù)字量。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是采樣速度只受比較器速度的限制，因而采樣速度快，是目前采樣速度最高的A/D轉(zhuǎn)換器。主要缺點(diǎn)是采用大量比較器，而且比較器的數(shù)目相對采樣的精度呈指數(shù)增長，因而使芯片面積急