CMOS bildsensor industriprofil

CMOS (komplementär metalloxid-halvledare) är en komplementär metalloxidhalvledare i kinesisk litteratur. Det är ett viktigt chip i datorsystemet och innehåller de mest grundläggande data för systemledning. Tillverkningstekniken hos CMOS skiljer sig inte från en generell datorchip. Det är främst en halvledare gjord av två delar av kisel och germanium som gör det möjligt att samexistera på CMOS med N (band-elektrisk) och P (band + el). I halvledare kan strömmen som genereras av dessa två komplementära effekter registreras och tolkas av processchipet som en bild. Senare fann man att CMOS också kan bearbetas som bildsensor i digital fotografering. CMOS-sensorer kan också delas in i passiva pixel sensorer (PassivePixelSensorCMOS) och aktiva pixel sensorer (ActivePixelSensorCMOS).

Inhemska och utländska stora CMOS-tillverkare

CMOS FoU och produktionsföretag är relativt stora, med mer än 30 i USA, 7 i Europa, 8 i Japan, 1 i Korea och 8 i Taiwan. Den globala ledaren är Agilent (HP), som har en marknadsandel på 51%, ST (VLSIVision) 16%, OmniVision 13%, Hyundai 8% och Photobit cirka 5%. Dessa fem företag står för den totala marknadsandelen. Hastigheten nådde 93%.

CMOS bildsensor spektral känslighet

I moderna CMOS-bildsensorer är en viktig utvecklingstendens att dess spektralkänslighet sträcker sig till det närliggande infraröda området NIR (till en våglängd på cirka 1100 nm). Fordonsapplikationer utrustade med IM-001 CMOS-bildsensorer förbättrar dimstrålepenetration och nattvisningsfunktioner. Eftersom industriell bildinspelningsteknik börjar använda fler ljuskällor med våglängder i NIR, och bioteknik använder sig också av intressanta fenomen i denna spektrala region, har den nyutvecklade IBIS5-AE-1300-sensorn en NIR-känslighet på 700-900 nm.

I bildinspelningstekniken för konsumentapplikationer är en annan trend att fortsätta öka resolutionen. I mitten av 2005 hade cirka 70% av mobiltelefonkamerorna en VGA-upplösning (640 × 480 pixlar); men sedan 2006 kommer flera miljoner pixlar av sensorer att uppta 50% av marknaden och 2008 förväntas marknadsandelen öka ytterligare över 90%. För detta ändamål har Cypress utvecklat en 3 megapixels bildsensor för mobiltelefoner som använder Autobrite-teknik, kan utföra 12-bitars analog / digital konvertering och ger ett brett dynamiskt intervall på 72dB och för närvarande 10-bitars analog / digital omvandlare på marknaden har ett dynamiskt intervall på endast 60dB. Bildhastigheten i progressivt skanningsläge är upp till 30 bilder per sekund, vilket möjliggör levande videoinspelning.

På industriella och kommersiella områden är denna trend också uppenbar: Cypress har infört en 1,3-megapixel / 35mm bildsensor för Kodak digitalkameror, och en 6,6 megapixel IBIS4-6600 sensor är i. Demonstrera överlägsen kvalitet i automatiska läshjälpmedel för visuellt nedsatt - det ger en utmärkt upplösning på en A4-sida med full standard.

Systemintegration med teknik På grund av den accelererande digitala konvergensen av traditionella diskreta funktionella enheter som mobiltelefoner, digitalkameror, MP3-spelare och PDA (dvs. att bli en kompakt konsumentelektroniksprodukt) förväntas människor i allt högre grad ha delvis autonomi. Sexsubsystem kan ge extremt bred funktionalitet i en enda enhet. Denna trend kommer också att påverka professionell mätteknik: Med ett bärbart inspektionsverktyg som inkluderar en digitalkamera, PDA-användargränssnitt och WLAN-nätverksfunktioner, kommer omfattningen av optiska test- och övervakningsapplikationer att utvidgas effektivt. Som plattformsteknik uppfyller CMOS denna trend: CCD-bildomvandlare kräver fortfarande användning av externa logikkretsar för kontroll och analog / digital konvertering, medan CMOS standardlogiska enheter möjliggör sensorer, controllers, omvandlare och utvärderingar. Logikkretsar etc. är alla integrerade i ett chip.

Ett typiskt exempel är en bildupptagningskrets för ett CYIWCSC1300AA-chip som är speciellt utformat för krävande konsumentansökningar. Den är baserad på en 1,3 megapixel bildsensor CYIWOSC1300AA och en som ger felinterpolering, svart nivåjustering, objektivkorrigering, korrigering av korrigering av korrigering, färgmosaikreparation, färgkorrigering, automatisk exponering, brusundertryckning, specialeffekter och gammakorrektion. , bland många andra Funktionell ytterligare signalprocessor. Att integrera fler systemfunktioner (upp till autonoma fotosensorsystem) är möjligt, beroende på ekonomiska mål och begränsningar som marknadskapacitet och utvecklingskostnader.

John Morse, senior marknadsanalytiker vid IMS Research, påpekade: "Den industriella bildbehandlingsmarknaden har förändrats väldigt snabbt, inte bara på teknisk nivå, men innebär också den senaste sammanslagningen av tillverkare. Vi tror att denna trend kommer att fortsätta." Så, då gäller det också för Cypress: Genom att förvärva SMalCamera Technologies Inc., som grundades i MIT (Massachusetts Institute of Technology) 1999, har Cypress utvidgat sin verksamhet till konsument- och bilindustrin. och fusioner med FillFactory (Detta är ett företag som separerades från IMEC, det kända europeiska mikroelektronik- och nanoteknikcentret med huvudkontor i Leuven, Belgien 1999), vilket gjorde Cypress vidare på industriområdet.

CMOS bildsensorns marknad blomstrar och kommer snart att bli en storskalig marknad. Det beror till stor del på kundspecifika mönster för att uppfylla en uppsättning anpassningskrav när det gäller specifikationer och systemintegration. Det kommer emellertid alltmer att ge universella standardlösningar. Ökningar i upplösning, bildhastighet och känslighet samt kostnadsminskningar fortsätter att utvidga tillämpningsområdet. En del av det.

CMOS-sensor pixelstruktur

Passiv: passiv pixelstruktur (PassivePixelSensor, kallad PPS), även känd som passiv. Den består av en omvänd förspänd fotodiod och ett omkopplarrör. En fotodiod är i huvudsak en PN-korsning bestående av en halvledare av P-typ och en halvledare av N-typ. Det motsvarar en omvänd förspänd diod parallellt med en MOS kondensator. När strömbrytaren slås på kommunicerar fotodioden med den vertikala kolumnbussen. Laddningsintegratorförstärkaren vid kolonnlinjens ände håller spänningslinjens spänning konstant. När signalladdningen som lagras i fotodioden läses ut återställs spänningen till kolonnens spänning och samtidigt laddas laddningen proportionellt med den optiska signalen med laddningsintegreringsförstärkaren till laddningsutgången.

Aktiv: Aktiv pixelstruktur (Aktiv Pixel Sensor, APS för kort), även känd som aktiv, som visas i Figur 2. Nästan samtidigt när CMOS PPS-pixelstrukturen uppfanns uppnådde personer snabbt att införandet av en buffert eller Förstärkaren i pixeln kan förbättra Bildens prestanda har sin egen förstärkare i varje pixel i CMOS APS. Den förstärkta transistorn integrerad på ytan minskar pixelelementets effektiva ytarea, minskar "förpackningsdensitet" och orsakar att 40% till 50% av det infallande ljuset reflekteras. Ett annat problem med denna typ av sensor är hur man bättre matchar sensorns flerkanalförstärkare, vilket bättre kan uppnås genom att minska den återstående nivån på det fasta mönstret. Eftersom varje förstärkare i CMOS APS-pixeln endast aktiveras under denna avläsning, är CMOS APS strömförbrukning mindre än den för CCD-bildsensorn.

Fyllningsfaktor: Fyllningsfaktor, även kallad fyllningsfaktor, refererar till fotodiodens storlek på pixeln relativt pixelytan. Kvantitetseffektivitet hänvisar till det normaliserade värdet av det faktiska och teoretiska maximala antalet elektroner efter att en pixel träffas av en foton. Passiva pixelstrukturer har typiskt en laddningsfyllningsfaktor upp till 70%, och därmed är kvanteffektiviteten hög. Fotodioder ackumulerar dock en liten mängd laddning och är mycket mottagliga för rodnad. Dessutom finns ingen signalförstärkare inuti pixeln, och endast den vertikala bussterminalsförstärkaren används. Signalavläsningen har därför en stor mängd rot, och dess S / N-förhållande är lågt och pixelbruset är annorlunda i olika positioner (fastmönsterstor FPN). Och påverka kvaliteten på hela bilden. Jämfört med den passiva typen, lägger den aktiva pixelstrukturen en förstärkare vid varje pixel och omvandlar den ackumulerade laddningen av fotodioden till en spänning för förstärkning, vilket kraftigt förbättrar S / N-förhållandet och därigenom förbättrar antiinterferensen under överföringen. Förmåga. Eftersom förstärkaren upptar för mycket pixelområde är dess fyllningsfaktor relativt låg, vanligtvis mellan 25% -35%.