基于灵闪平台的互补金属氧化物半导体CMOS技术

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，中文一般译为互补金属氧化物半导体。CMOS传感器的结构如图3-5所示。其中，光电二极管是CMOS传感器的光电探测器。在供电方面，CMOS传感器是单电源工作，而CCD传感器需要2—3个不同的电源，所以一般CMOS传感器的功耗会远低于同等级的CCD传感器。CMOS传感器性能因此大大提高，它的应用也日益广泛。

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，中文一般译为互补金属氧化物半导体。它原指用大规模集成电路芯片技术制造出来的芯片，是电脑主板上一块可读写的随机存取存储器（RAM）芯片，这个芯片仅仅是用来存放数据的。1969年，CMOS图像传感器首次出现，它是一种采用原先的芯片工艺方法把光敏元件、放大器、存储器、A／D转换器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的图像传感器。

CMOS传感器的结构如图3-5所示。其中，光电二极管是CMOS传感器的光电探测器。与CCD传感器不同，CMOS传感器的光电二极管中的电荷并不是顺序地转移到读出寄存器，它可以通过行和列的选择电路直接选择读出。这种特性使得CMOS传感器能够很容易选择图像感兴趣区域（AOI），也可以通过这种方式提高帧率。CMOS每个像素都自有一个独立放大器，这种类型的传感器也称作主动像素传感器（APS）。此外，每行像素可以通过模数转换器阵列并行地转化为数字信号。由于可以在传感器上实现模数转换，所以CMOS具有较高帧率，且CMOS传感器常用数字视频信号作为输出。

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图3-5　CMOS传感器的结构(www.chuimin.cn)

因为放大器以及行列选择电路通常会占据像素部分面积，因此CMOS传感器的填充因子（光敏感区域与靶面面积之比）相对较低，常使用微透镜来增加填充因子并减少图像失真。

从生产角度看，CMOS传感器结构简单、处理功能多、成品率高，更重要的是其生产技术在很大程度上与芯片制造技术重合，这就意味着大多数数字信号芯片的制造厂也可以制造CMOS传感器，因此CMOS产量大且价格低廉。在供电方面，CMOS传感器是单电源工作，而CCD传感器需要2—3个不同的电源，所以一般CMOS传感器的功耗会远低于同等级的CCD传感器。虽然CMOS传感器的出现比CCD还早一年，但在很长一段时间内，由于它存在成像质量差、响应速度及灵敏度低等缺点，CMOS传感器只能用于图像质量要求较低、尺寸较小的低端数码相机中。

20世纪70至80年代，CCD在可见光成像方面占据主导地位。1989年以后，CMOS中出现了主动像敏单元结构，它不仅有光敏元件和像敏单元寻址开关，还有信号放大和处理等电路，提高了光电灵敏度，减小了噪声，扩大了动态范围。CMOS传感器性能因此大大提高，它的应用也日益广泛。近十多年来，随着工艺进步和市场需求增大，CMOS在消费领域占据了绝对地位，像元尺寸在1.5μm以下的CMOS成了主流；在专业领域中，已经出现了像素数超一亿的高分辨率产品；在科研领域中，也有能与电子倍增CCD相媲美的高灵敏CMOS产品。

基于灵闪平台的互补金属氧化物半导体CMOS技术

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