CMOS 成像芯片介绍
CMOS( 互补金属氧化物半导体)
CMOS标签:CMOS互补金属氧化物半导体CMOS传感器CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。
是组成CMOS数字集成电路的基本单元。
它的特点是低功耗。
简介CMOS 指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。
由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。
应用领域计算机领域CMOS芯片CMOS常指保存计算机基本启动信息(如日期、时间、启动设置等)的芯片。
有时人们会把CMOS和BIOS混称，其实CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。
CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。
CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能。
而对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。
BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方便地对系统进行设置。
因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置。
早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A(DIP封装)，共有64个字节存放系统信息。
386以后的微机一般将MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中(如82C206，PQFP封装)，586以后主板上更是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块叫做D ALLDA DS1287的芯片中。
随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS RAM 一般都有128字节及至256字节的容量。
为保持兼容性，各BIOS厂商都将自己的BIOS 中关于CMOS RAM的前64字节内容的设置统一与MC146818A的CMOS RAM格式一致，而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置，所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换，即使是能互换的，互换后也要对CMOS信息重新设置以确保系统正常运行。
ccd cmos成像原理
ccd cmos成像原理宝子们，今天咱们来唠唠CCD和CMOS的成像原理，这可超级有趣呢！咱先来说说CCD，CCD全名叫电荷耦合器件。
想象一下啊，CCD就像是一个超级整齐的小方格阵列，每个小方格就像是一个小房间。
当光线照进来的时候呢，就好像是一群小精灵闯进了这些小房间。
光其实是由光子组成的呀，光子一进来，就会在这些小房间里产生电荷呢。
这个过程就像是小房间里突然来了一群带着魔法的小客人，它们带来了特殊的能量，让每个小房间都有了不一样的变化。
那这些电荷怎么就变成咱们看到的图像了呢？这就像是一场神奇的接力赛。
这些电荷会按照一定的顺序，一个一个地被传递出去，就像小朋友们手拉手传递小物件一样。
它们被传送到一个专门的地方，这个地方可以把这些电荷的信息转化成数字信号。
然后呢，再经过一些处理，就变成了咱们在屏幕上看到的漂亮图像啦。
CCD成像的效果呀，在以前可是超级厉害的呢。
它拍出来的照片色彩特别的纯正，就像是画家精心调配出来的颜色一样，而且画面特别的细腻，就像丝绸一样光滑。
接下来，咱们再聊聊CMOS。
CMOS是互补金属氧化物半导体。
CMOS的工作方式有点像一群小工匠在各自的岗位上忙碌。
CMOS芯片上也有很多小单元，不过和CCD不太一样哦。
当光线照到CMOS上的时候，每个小单元就开始自己的工作啦。
它们会直接把光信号转化成电信号，这个过程就像是小工匠们直接把原材料加工成了小零件。
而且呀，CMOS还有一个很厉害的地方，就是它内部有很多电路，可以对这些电信号进行处理。
这就好比小工匠们不仅会做零件，还会自己组装一部分呢。
CMOS在功耗方面可就比CCD有优势啦。
就像一个很会节约能源的小能手。
因为它的电路设计比较巧妙，不需要像CCD那样进行复杂的电荷传递，所以消耗的能量就比较少。
这对于咱们的数码相机或者手机摄像头来说，可是个大优点呢。
现在的手机都得靠电池供电，要是摄像头像个大电老虎，那手机的电量可就刷刷地掉啦。
而且CMOS 的成像速度也比较快，就像是一个动作敏捷的小超人。
cmos成像器件
CMOS成像器件的结构、工作原理、发展现状及应用举例摘要：目前数字摄像技术，主要采用两种方式：一种是使用CCD(电容耦合器件)图像传感器，另一种是使用CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。
CMOS成像器件[1]是近些年发展较快的新型成像器件，由于采用了CMOS技术，可以将像素阵列与外围支持电路(如图像传感器核心、单一时钟、所有的时序逻辑、可编程功能和模数转换器)集成在同一块芯片上。
因此与CCD相比，CMOS图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上，具有体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制等优点。
对于手持式设备来说，体积和功耗是进行软硬件设计时重点考虑的问题，因此CMOS成像器件应用在手持式设备当中将会有广阔的前景。
本文对CMOS成像器件进行研究，介绍了CMOS成像器件的结构、工作原理、发展现状及应用举例。
关键词：互补金属氧化物半导体；场效应管集成电路；像敏单元；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。
CMOS 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CCD 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。
CMOS IMAGE SENSOR
CMOS的成像原理 1
• CMOS可细分为被动式像素传感器（Passive Pixel Sensor CMOS）与 主动式像素传感器（Active Pixel Sensor CMOS）。
CMOS的成像原理 2
• 从技术角度分析成像原理，核心结构上每单位像素点由一个感光 电极、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管，以及一个信 号放大器所组成。理论上CMOS感受到的光线经光电转换后使电极 带上负电和正电，这两个互补效应所产生的电信号（电流或者电 势差）被CMOS从一个一个像素当中顺次提取至外部的A/D（模/数） 转换器上再被处理芯片记录解读成影像 。 • 具体工作时先由水平传输部采集信号，再由垂直传输部送出全部 信号，故CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用 这种方法可进行快速的数据扫描。
Sensor 基本知识
Sensor 概述
• 图像传感器（SENSOR）是一种半导体芯片，其表面包含有几十万 到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电 荷。
• SENSOR可以分为两类： • CCD（charge couple device） ：电荷耦合器件 • CMOS(complementary metal oxide semiconductor)：互补金属氧化 物半导体 （以下以CMOS为例，进行介绍）
CMOS的成像原理 3
• COMS传感器原理模拟图
CMOS Sensor chip structure
CMOS Sensor chip structure
• Active area • Color filter, Bayer Pattern • Control logic
• Row/Column Decoder • ISP
海康600万工业相机的芯片尺寸
海康600万工业相机的芯片尺寸1. 引言工业相机是一种广泛应用于工业领域的高性能图像采集设备。
海康威视是全球领先的安防产品供应商，其生产的600万工业相机在工业自动化、机器视觉等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍海康600万工业相机的芯片尺寸，包括芯片类型、芯片尺寸参数等方面的内容。
2. 海康600万工业相机的芯片类型海康600万工业相机采用的是CMOS图像传感器芯片。
CMOS（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor）是一种集成电路制造技术，其特点是功耗低、集成度高、成本低等。
相比于传统的CCD（Charge-Coupled Device）图像传感器，CMOS图像传感器具有更高的灵敏度和更低的噪声。
3. 海康600万工业相机的芯片尺寸参数海康600万工业相机的芯片尺寸参数决定了其成像质量和适用场景。
以下是海康600万工业相机常见的芯片尺寸参数：•光学尺寸：海康600万工业相机的芯片光学尺寸通常为1/1.8英寸或1/2.8英寸。
光学尺寸越大，相机的像素密度越高，成像质量也更好。
•像素大小：海康600万工业相机的芯片像素大小通常为2.4μm或3.45μm。
像素大小越小，相机的分辨率越高，但对光线的要求也更高。
•分辨率：海康600万工业相机的芯片分辨率为600万像素，即600万个有效像素点。
高分辨率可以提供更清晰、更细腻的图像，适用于对图像细节要求较高的场景。
•动态范围：海康600万工业相机的芯片动态范围通常为60dB。
动态范围是指相机能够捕捉到的最大亮度和最小亮度之间的差异范围，动态范围越大，相机的图像对比度和细节表现能力越好。
4. 海康600万工业相机的芯片尺寸与应用领域海康600万工业相机的芯片尺寸决定了其适用的应用领域。
以下是海康600万工业相机常见的应用领域：•工业自动化：海康600万工业相机适用于工业自动化领域，如机器人视觉、自动检测等。
其高分辨率和高灵敏度的特点可以提供精确的图像信息，实现对工业生产过程的监控和控制。
CCD和COMS成像器件基础知识
UG
P型基底
栅极
Cox
QG+QI+QD=0
QG——栅电荷（+）； QI——自由电子电荷（-）； CD QD——耗尽层固定电荷（-）
QD=NAed d——耗尽层厚度；
NA——受主杂质浓度
根据半导体公式可知， d=(2εVS/NAe)1/2 ε——基底材料的介电常数。 QD=[2εNAeVs]1/2
VS↑，耗尽层宽度d↑，收集电子能力↑、势阱变深，如图6-2
（b）所示。
Ei
Ei
Vf
Ef
Ef
Ev
E
Ef
3. UG>0，UG继续增大
Ev
表面处能带进一步向下弯曲，表面处费米能级位置可能高
于禁带中央能级Ei，这意味着表面处的电子浓度将超过空穴 浓度，即形成与原来半导体衬底导电类型相(a反) 的一层叫做反
场感应耗尽层 和 PN结耗尽层
图6-10 埋沟CCD
图6-11 埋沟CCD能带
通过计算可得，VZ~UG 近似呈线性，VZ是氧化层厚 度dox、N层厚度dN、N层中 的施主浓度ND、P基底的受 主浓度的受主浓度NA，以及 栅压UG的函数。
1．dox=0.1μm, dN=2μm, ND=2×1015cm-3 2．dox=0.6μm, dN=2μm, ND=2×1015cm-3 3．dox=0.1μm, dN=2μm, ND=4×1015cm-3 4．dox=0.1μm, dN=5μm, ND=2×1015cm-3
2．BCCD结构(Vz)
基底为P型，在硅的表面注入杂质，如元素磷P，使之形 成N型薄层。在N型两端做上N+层，起源和漏的作用。
CMOS芯片简介
应用领域
计算机硬件
通信领域
CMOS芯片广泛应用于计算机主板、显卡 、内存等硬件设备中，作为存储器、计时 器等重要元件。
CMOS芯片在通信领域中用于信号处理、 调制解调、频率合成等方面。
消费电子
工业控制
CMOS芯片在数码相机、摄像机、手机等 消费电子产品中作为图像传感器和数据处 理元件。
CMOS芯片在工业控制领域中用于实现各 种控制逻辑和数据处理功能，如PLC、变频 器等。
特点
功耗低、集成度高、稳定性好、 抗干扰能力强、成本低等。
工作原理
CMOS芯片通过P型和N型半导 体的互补特性，实现逻辑门的开
关功能。
当输入信号发生变化时，CMOS 芯片内部的晶体管会进行开关切 换，从而实现逻辑运算和数据处
理等功能。
CMOS芯片的功耗主要来自于内 部晶体管的开关损耗，因此其功
耗较低。
决策与控制
CMOS芯片还用于自动驾驶汽车的决策与控制系统，通过分析感知数据 和预设规则，实现车辆的自主驾驶和避障功能。
03
车载娱乐
CMOS芯片还用于车载娱乐系统，提供高清视频播放、游戏等功能，提
升驾驶体验。
医疗设备中的CMOS芯片
医学影像
CMOS芯片在医学影像设备中发挥着重要作用，如CT、MRI和超声等，用于图像采集、 处理和传输。它们能够提供高分辨率的医学影像，帮助医生准确诊断病情。
总结词
第三代CMOS芯片进一步提升了性能和可靠性，同时开始注重低功耗设计。
详细描述
进入90年代，随着便携式电子设备的普及，低功耗设计成为集成电路的重要发展方向。第三代CMOS芯片在性能 和可靠性得到进一步优化的同时，开始注重低功耗设计。这一代CMOS芯片广泛应用于各类电子产品中，如手机 、平板电脑、数码相机等。
感光芯片类型
感光芯片类型感光芯片是数码相机中最重要的组成部分之一，它是将光线转换成数字信号的关键。
目前市场上主要有两种类型的感光芯片：CCD和CMOS。
CCD（Charge-Coupled Device）是一种传统的感光芯片，它是由美国贝尔实验室的Willard Boyle和George Smith发明的。
CCD芯片的结构比较简单，由一系列的光电二极管组成，每个光电二极管都可以将光线转换成电荷，然后将电荷传递到下一个光电二极管，最终传递到芯片的输出端。
由于CCD芯片的结构比较简单，所以它的噪声比较小，色彩还原度比较高，适合拍摄静态的照片。
CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种新型的感光芯片，它是由美国康奈尔大学的Eric Fossum发明的。
CMOS芯片的结构比较复杂，由一系列的光电二极管和晶体管组成，每个光电二极管都可以将光线转换成电荷，然后通过晶体管将电荷转换成数字信号。
由于CMOS芯片的结构比较复杂，所以它的噪声比较大，色彩还原度比较低，但是它的功耗比较低，适合拍摄动态的照片。
总的来说，CCD芯片适合拍摄静态的照片，而CMOS芯片适合拍摄动态的照片。
但是随着技术的不断进步，CMOS芯片的噪声和色彩还原度也在不断提高，所以在未来，CMOS芯片可能会逐渐取代CCD 芯片成为数码相机的主流感光芯片。
除了CCD和CMOS芯片之外，还有一种叫做BSI（Backside Illumination）的感光芯片。
BSI芯片是一种新型的感光芯片，它是由索尼公司发明的。
BSI芯片的结构比较特殊，它的光电二极管是从芯片的背面照射的，这样可以提高光线的利用率，从而提高照片的质量。
BSI芯片的噪声和色彩还原度比较高，适合拍摄高质量的照片。
总的来说，感光芯片是数码相机中最重要的组成部分之一，它的类型和质量直接影响着照片的质量。
目前市场上主要有CCD、CMOS和BSI三种类型的感光芯片，每种类型的芯片都有自己的优缺点，消费者可以根据自己的需求选择适合自己的感光芯片。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
– But
• • • • multiple high supply voltages power consumption not mainstream technology no integrated electronics
CMOS 与 CCD 的对比
• Lower Cost and On-chip integration in CMOS Cameras • Low power usage in CMOS Cameras
快门模式 （shutter）
• 电子全局快门（ Global shutter）
– 1. All the pixels of the imager are reset simultaneously; – 2. The photoflash is fired; – 3. The accumulated charges at each pixel are transferred simultaneously to light shielded storage areas; – 4. The light shielded areas of the imager are read out.
• CCD
– Excellent performances
• Resolution / Speed / Noise / Uniformity (FPN/PRNU)
– Maturity / established market – Technology of choice for
• high-end camcorders and digital still cameras • science, astronomy, medicine, factory automation
像素（Pixel）结构
• APS – Active Pixel Sensor • 由 JPL 的 Eric Fossum 教授发明
像素（Pixel）结构
Color Filter Array 和 Microlens Array
• Color Filter Arrar
– 每一个像素只采集一种颜色信息 – Bayer 格式
• X/Y-addressing – X/Y 寻址
– 行地址和列地址，可以选择输出的窗口（ROI）
• Column Amplifier – 列放大器
CMOS 结构和功能
• Analog Mux – 模拟选择开关
– 轮流对像素采样
• ADC – 模数转换
– 精度 10比特，12比特
• Post processing – 图像后处理
• Microlens Array :
– 在每一个像素上都有一个微镜头提高采光效率 （QE）
Bayer 格式
像素示意图
快门模式 （shutter）
• 机械快门
– 1. The integration time of the CMOS imager’s electronic shutter is adjusted so that all the pixels are integrating light at the same time; – 2. The mechanical shutter is opened; – 3. The photoflash is fired; – 4. The mechanical shutter is closed; – 5. The imager is read out.
• Better Quality Low Light Images in CCD Cameras
• Smart functions in CMOS Cameras
• Higher Noise Level: CMOS
芯片厂商介绍
• • • • • Aptina Omnivision Sony Panasonic Altasens
快门模式 （shutter）
• 电子滚动快门（ rolling shutter）
– 1. The integration time of the imager is adjusted so that all the pixels are integrating simultaneously for the duration of the photoflash; – 2. The reset process progresses through the image row by row until the entire imager is reset; – 3. The photoflash is fired; – 4. The imager is read out row by row until the entire imager is read out.
CMOS 成像芯片介绍
• • • • • • • CMOS 芯片结构和功能 像素（Pixel）结构 Color Filter Array 和 Microlens Array 快门模式 （shutter） 性能指标参数 CMOS 与 CCD 的对比 芯片厂商介绍
CMOS 结构和功能
CMOS 结构和功能
• 动态范围
– 能分辨的最大亮度/底线噪声（Noise Floor） – 受 A/D 比特限制 : 16bit 最大 96dB, 12bit 72dB
性能指标参数
• 信噪比
– 信号/当前信号下的噪声
• 感光度 Sensitivity ( V/(lux*Second) ) • 帧率，时钟频率 • 噪声
CMOS 成像芯片介绍嘉骏信息科技有限公司 Nhomakorabea011/12
CMOS 成像芯片介绍
• The photon will be to the 21st century what the electron was to the 20th“, Sen. Daniel Moynihan, New Yorker, 20.3.2000
– 简单的RAW格式输出 – SOC型，包括 2A，RGB->YUV，甚至JPEG
• Interface - 接口
– 通用并行接口：Pixel clock, LV, FV, data – 串行：MIPI （CSI），Hispi（Aptina）…
像素（Pixel）结构
• 光子打击PN结，将电子能量提高，形成自由 电子，产生电荷
• Pixel Array – 像素阵列
– 决定芯片的分辨率 VGA、1M、2M、3M、5M.. – Active Pixel Arrary 有效像素阵列 – 通常有一定的黑边 （Black Row/Column)
• Sequencer – 时序发生器
– 产生像素阵列所需的时序 – 像素Reset，输出时间，采样时间等
– 时域噪声（Temporal Noise）
• 基本噪声 （photon shot noise, reset noise） • 热噪声 （thermal Noise） • 器件噪声 (EMI, ADC…)
– 固定模式噪声（Fixed Pattern Noise FPN）
• 由MOS管的不均匀性造成
CMOS 与 CCD 的对比
性能指标参数
• 分辨率
– CIF 320x240, VGA 640x480, 720p 1280x720 – 1080p 1920x1080 ….
• 像素大小 （Pixel Size）
– 像素越大，感光度（Sensitivity）就越高 – MT9P031: 2.2 微米，OV9712：3 微米， iMX036： 3 微米（？）