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高速CMOS图像传感器及发展趋势

时间:07-08 来源:赛普拉斯半导体 定制图像传感器事业部标准产品经理 Pieter Willems 点击:

时序发生器或其他片上图像处理技术。整个芯片上的模拟总线确保所有并行输出都能使用,而不管读取图像大小的宽度到底是多少。这就能在读取部分图像时加快帧速率。该款极高速图像传感器也存在一个重要问题,就是x方向上的重影现象,这是由于整个芯片上模拟总线相对较大的RC常量造成的。由于总线上的信号稳定到10位精度之内需要一定的时间,因此前一个像素的一部分信息在当前像素上还存在。在图像中,这就会导致x方向上的重影。这种重影在图像后处理阶段难以纠正。我们专为这种图像传感器开发了一种特殊技术,在每个新信号之前以很短时间对总线进行预充电,这就会消除所有此前像素的信息。该技术要求生成较短的预充脉冲,用以将模拟总线短路到接地上。大多数这样的图像传感器都是根据客户要求推出的定制产品。

目前此类极高速图像传感器基本不会作为通用产品出现。多年来,赛普拉斯已经为市场中几家顶尖的高速摄像头制造商推出了几款极高速图像传感器,分辨率涵盖VGA级到 1,000万像素的范围,而速度则支持每秒500帧到10,000帧。近年来,速度和灵敏度不断提高,现在最快的产品的数据吞吐量达到每秒5.5G像素。在典型的极高速图像传感器架构中,并行读出图的两部分,每一部分都提供64个并行模拟输出,这样我们可以得到128个高速并行模拟输出。

更多应用

与上面围绕传感器构建的(大型)极复杂摄像系统相矛盾的是,市场对小型化高速图像传感器的需求越来越多,并希望提高其易用性。高速图像传感器已开始在扫描仪、视觉系统和全息数据存储等类似消费类电子产品应用中出现。

上述应用需要图像传感器在板上集成许多系统功能。因此,ADC、时序发生器、图像处理和其他输出级都集成在芯片上。对这种图像传感器来说,板上功能集成与灵敏度和速度一样重要。大多数这种图像传感器都是根据客户需要定制推出的,以提供给定的特性,这些特性有助于简化定制高速摄像头的设计工作。此类高速图像传感器通常只有一个时钟输入,为数不多的电源和一些同步引脚。图像传感器读取和曝光的所有其他信号都在片上生成。

通用高速图像传感器

我们在市场中看到的第三种类型的高速图像传感器(去年就已经推出)就是通用高速图像传感器,其应用范围包括机器视觉摄像头、交通监控、科学运动捕获以及碰撞检测等。最早推出的通用高速图像传感器仅包括并行模拟输出,不提供板上逻辑(很像现在的极高速图像传感器)。不过现在,芯片本身已经集成了许多特性,使图像传感器能适用于多种不同的应用(多坡度曝光、次采样、分级、镜像、增益、偏移等)。赛普拉斯目前提供多种高速全局快门图像传感器,规格从VGA、250 帧每秒(LUPA300)到1.3M像素、1000帧每秒(正在开发)不等。所有这些图像传感器都支持管线快照功能和多坡度曝光功能。不同传感器的板级特性是有差异的。

结论

本文概括介绍了几种不同类型的高速图像传感器,分别对应于当前不同的市场需求。我们将市场中的产品分为三类:

极高速成像:纯模拟的图像传感器,帧速率极高,数据吞吐量也极大 -> 复杂的摄像头设计 -> 主要用于定制设计。 具有板级特性的高速成像:这种图像传感器具有很多特定的板级特性,有助于开展图像传感器的内部设计,满足类似消费类电子应用中的高速摄像头需求。有关特性是根据客户需要提供的,主要为定制设计。 通用高速图像传感器:这种图像传感器将上述图像传感器最常见的特性与通用图像传感器相结合,可适合多种应用的摄像头需要。

市场发展趋势证明,板级特性、数据速率和精度方面的要求还将不断上升。真正的挑战在于,如何将数据速率极高的图像传感器与LVDS和图像处理等众多板级特性实现有效结合。

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