cmos圖像傳感器研究分析報告

《cmos圖像傳感器研究分析報告》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、個人收集整理僅供參考學(xué)習CMOS圖像傳感器地研究報告【摘要】本文介紹了CMOS圖像傳感器地發(fā)展歷史，工作原理，優(yōu)缺點，應(yīng)用領(lǐng)域.市場份額，發(fā)展趨勢和與CCD圖像傳感器地區(qū)別.【關(guān)鍵字】CMOS，圖像傳感器，CCD1CMOS圖像傳感器地發(fā)展歷史自從上世紀60年代末期，美國貝爾實驗室提出固態(tài)成像器件概念后，固體圖像傳感器便得到了迅速發(fā)展，成為傳感技術(shù)中地一個重要分支，它是PC機多媒體不可缺少地外設(shè)，也是監(jiān)控中地核心器件.互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）圖像傳感器與電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器地研究幾乎是同時起步，但由于受當時工藝水平地限制，CMOS圖

2、像傳感器圖像質(zhì)量差、分辨率低、噪聲降不下來和光照靈敏度不夠，因而沒有得到重視和發(fā)展.而CCD器件因為有光照靈敏度高、噪音低、像素少等優(yōu)點一直主宰著圖像傳感器市場.由于集成電路設(shè)計技術(shù)和工藝水平地提高，CMOS圖像傳感器過去存在地缺點，現(xiàn)在都可以找到辦法克服，而且它固有地優(yōu)點更是CCD器件所無法比擬地，因而它再次成為研究地熱點.b5E2RGbCAP70年代初CMOS傳感器在NASA地JetPropulsionLaboratory(JPL)制造成功，80年代末，英國愛丁堡大學(xué)成功試制出了世界第一塊單片CMOS型圖像傳感器件，1995年像元數(shù)為（128

3、×128）地高性能CMOS有源像素圖像傳感器由噴氣推進實驗室首先研制成功[1]，1997年英國愛丁堡VLSIVersion公司首次實現(xiàn)了CMOS圖像傳感器地商品化，就在這一年，實用CMOS技術(shù)地特征尺寸已達到0.35mm，東芝研制成功了光敏二極管型APS，其像元尺寸為5.6mm×5.6mm，具有彩色濾色膜和微透鏡陣列，2000年日本東芝公司和美國斯坦福大學(xué)采用0.35mm技術(shù)開發(fā)地CMOS-APS已成為開發(fā)超微型CMOS攝像機地主流產(chǎn)品.p1EanqFDPw2CMOS圖像傳感器地工作原理　　CMOS圖像傳感器芯片地結(jié)構(gòu)[2]如圖1所示.典型地CMO

4、S像素陣列[3]，是一個二維可編址傳感器陣列.傳感器地每一列與一個位線相連，行允許線允許所選擇地行內(nèi)每一個敏感單元輸出信號送入它所對應(yīng)地位線上（圖2），位線末端是多路選擇器，按照各列獨立地列編址進行選擇.根據(jù)像素地不同結(jié)構(gòu)[4]，CMOS圖像傳感器可以分為無源像素被動式傳感器（PPS）和有源像素主動式傳感器（APS）.根據(jù)光生電荷地不同產(chǎn)生方式APS又分為光敏二極管型、光柵型和對數(shù)響應(yīng)型，現(xiàn)在又提出了DPS(digitalpixelsensor)概念.DXDiTa9E3d10/10個人收集整理僅供參考學(xué)習　　PPS[4,5]出現(xiàn)得最早，結(jié)構(gòu)也最簡單，

5、使得CMOS圖像傳感器走向?qū)嵱没?，其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示.每一個像素包含一個光敏二極管和一個開關(guān)管TX.當TX選通時，光敏二極管中由于光照產(chǎn)生地電荷傳送到了列線col,列線下端地積分放大器將該信號轉(zhuǎn)化為電壓輸出，光敏二極管中產(chǎn)生地電荷與光信號成一定地比例關(guān)系.無源像素具有單元結(jié)構(gòu)簡單、尋址簡單、填充系數(shù)高、量子效率高等優(yōu)點，但它靈敏度低、讀出噪聲大.因此PPS不利于向大型陣列發(fā)展，所以限制了應(yīng)用，很快被APS代替RTCrpUDGiT光敏二極管像素單元[6]如圖4所示.它是由光敏二極管，復(fù)位管M4，源跟隨器M1和行選通開關(guān)管M2組成，此外還有電荷溢出門管

6、M3，M3地作用是增加電路地靈敏度，用一個較小地電容就能夠檢測到整個光敏二極管地n+擴散區(qū)所產(chǎn)生地全部光生電荷，它地柵極接約1V地恒定電壓，在分析器件工作原理時可以忽略將其看成短路.電荷敏感擴散電容用做收集光生電荷.復(fù)位管M4對光敏二極管和電容復(fù)位，同時作為橫向溢出門控制光生電荷地積累和轉(zhuǎn)移.源跟隨器M1地作用是實現(xiàn)對信號地放大和緩沖，改善APS地噪聲問題.源跟隨器還可加快總線電容地充放電，因而允許總線長度增加和像素規(guī)模增大.因此，APS比PPS具有低讀出噪聲和高讀出速率等優(yōu)點，但像素單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜，填充系數(shù)降低，填充系數(shù)一般只有20%到30%.它地工

7、作過程是：首先進入“復(fù)位狀態(tài)”，M1打開，對光敏二極管復(fù)位；然后進入“取樣狀態(tài)”，M1關(guān)閉，光照射到光敏二極管上產(chǎn)生光生載流子，并通過源跟隨器M2放大輸出；最后進入“讀出狀態(tài)”，這時行選通管M3打開，信號通過列總線輸出.5PCzVD7HxA10/10個人收集整理僅供參考學(xué)習光柵型APS[7,8]是由美國噴氣推進實驗室（JPL）首先推出地，其像素單元和讀出電路如圖5所示.其中感光結(jié)構(gòu)由光柵PG和傳輸門TX構(gòu)成.光柵輸出端為漂移擴散端FD，它與光柵PG被傳輸門TX隔開.像素單元還包括一個復(fù)位晶體管M1，一個源跟隨器M2和一個行選通晶體管M3.當光照射在像

8、素單元時，在光柵PG處產(chǎn)生電荷；與此同時，復(fù)位管M1打開，對勢阱復(fù)位；然后復(fù)位管關(guān)閉，行選通管M3打開，復(fù)位