CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑

CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑
CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑
    摘  要：介绍CMOS图像传感器的基本原理、潜在优点、设计方法以及设计考虑。
   
关键词：互补型金属－氧化物－半导体图像传感器；无源像素传感器；有源像素传感器

1引言
   
20世纪70年代，CCD图像传感器和CMOS图像传感器同时起步。CCD图像传感器由于灵敏度
高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理
电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMO
S图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图
像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图
像传感器相比。
   
如果把CMOS图像传感器的光照灵敏度再提高5倍～10倍，把噪声进一步降低，CMOS图像传
感器的图像质量就可以达到或略微超过CCD图像传感器的水平，同时能保持体积小、重量
轻、功耗低、集成度高、价位低等优点，如此，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器就会
成为事实。
   
由于CMOS图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制得到了极大的发展，并且随着
经济规模的形成，其生产成本也得到降低。现在，CMOS图像传感器的画面质量也能与CC
D图像传感器相媲美，这主要归功于图像传感器芯片设计的改进，以及亚微米和深亚微米
级设计增加了像素内部的新功能。
   
实际上，更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一个典型的CMOS图像传感
器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这
与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增
益调节、积分时间、窗口和模数转换器。事实上，当一位设计者购买了CMOS图像传感器
后，他得到的是一个包括图像阵列逻