CMOS-kuvaanturin teollisuusprofiili

CMOS (täydentävä metallioksidi-puolijohde) on kiinalaisen kirjallisuuden komplementaarinen metallioksidipuolijohde. Se on tärkeä siru tietojärjestelmässä ja siinä on perustiedot järjestelmän ohjauksesta. CMOS-tekniikan valmistustekniikka ei poikkea yleisestä tietokoneen sirusta. Se on lähinnä puolijohde, joka on valmistettu kahdesta piin ja germanium-elementistä, mikä mahdollistaa CMOS: n rinnakkaisuuden N (band-electric) ja P (band + electricity) -luokkien kanssa. Puolijohteissa jalostus siru voidaan tallentaa ja tulkita näiden kahden komplementaarisen vaikutuksen aikaansaamaa virtaa kuvana. Myöhemmin havaittiin, että CMOS voidaan myös käsitellä kuvasensorina digitaalisessa valokuvauksessa. CMOS-anturit voidaan myös jakaa passiivisiin pikseliantureihin (PassivePixelSensorCMOS) ja aktiivisiin pikseliantureihin (ActivePixelSensorCMOS).

Kotimaiset ja ulkomaiset suuret CMOS-valmistajat

CMOS-tuotekehitys- ja tuotantoyritykset ovat suhteellisen suuria. Yli 30 Yhdysvalloissa, 7 Euroopassa, 8 Japanissa, 1 Koreassa ja 8 Taiwanissa. Globaali johtaja on Agilent (HP), jonka markkinaosuus on 51%, ST (VLSIVision) 16%, OmniVision 13%, Hyundai 8% ja Photobit noin 5%. Nämä viisi yritystä muodostavat markkinaosuuden. Korko oli 93%.

CMOS-kuvaanturin spektrinen herkkyys

Nykyaikaisissa CMOS-kuva-antureissa tärkeä kehityssuunta on se, että sen spektrinen herkkyys ulottuu lähes infrapunatilaan NIR (aallonpituudelle noin 1 100 nm). IM-001 CMOS-kuvasensorilla varustetut autoteollisuuden sovellukset parantavat sumun tunkeutumista ja yönäköominaisuuksia. Koska teollinen kuvanvakuustekniikka alkaa käyttää enemmän valonlähteitä, joiden aallonpituudet ovat NIR: ssä, ja bioteknologia käyttää mielenkiintoisia ilmiöitä tällä spektrisellä alueella, äskettäin kehitetyn IBIS5-AE-1300-anturin NIR-herkkyys on 700-900 nm.

Kuluttajasovellusten kuvankäsittelyn tekniikassa toinen suuntaus on jatkaa tarkkuuden lisäämistä. Vuoden 2005 puoliväliin mennessä noin 70 prosenttia matkapuhelimen kameroista oli VGA-formaatin resoluutio (640 × 480 pikseliä); mutta sitten vuonna 2006 useita miljoonia pikseleitä antureista miehittää 50 prosenttia markkinoista ja vuoteen 2008 mennessä sen markkinaosuuden odotetaan nousevan edelleen yli 90 prosenttiin. Tätä varten Cypress on kehittänyt Autobrite-tekniikkaa käyttävän matkapuhelimen 3 megapikselin kuva-anturin, joka pystyy suorittamaan 12-bittisen analogisen / digitaalisen muuntamisen ja tarjoaa laajan dynaamisen alueen 72 dB ja tällä hetkellä 10-bittinen analoginen / digitaalimuunnin markkinoilla on dynaaminen alue vain 60 dB. Kehysnopeus progressiivisessa skannaustilassa on jopa 30 kuvaa sekunnissa, mikä mahdollistaa suoran videotallennuksen.

Teollisella ja kaupallisella alalla tämä trendi on myös ilmeinen: Cypress on ottanut käyttöön 1,3 megapikselin / 35 mm: n kuvakennoja Kodak-digitaalikameroille ja 6,6 megapikselin IBIS4-6600-anturi on osoitus laadukkaasta automaattisesta lukemistukijärjestelmästä visuaalisesti heikentynyt - se tarjoaa erinomaisen tarkkuuden koko A4-sivulle.

Järjestelmän integrointi teknologiaan Perinteisten erillisten toiminnallisten laitteiden, kuten matkapuhelinten, digitaalikameroiden, MP3-soittimien ja PDA-laitteiden (ts. Tulossa kompakti kuluttajaelektroniikkatuote) nopeutetun digitaalisen lähentymisen ansiosta ihmisiltä odotetaan yhä enemmän ainakin osittaista itsemääräämisoikeutta. Sex-osajärjestelmät voivat tarjota erittäin laajan toiminnallisuuden yhdelle laitteelle. Tämä suuntaus vaikuttaa myös ammattimaiseen mittaustekniikkaan: kannettavalla tarkastustyökalulla, joka sisältää digitaalikameran, PDA-käyttöliittymän ja WLAN-verkko-ominaisuudet, optisten testaus- ja valvontasovellusten laajuus laajennetaan tehokkaasti. CMOS: n alustatekniikka täyttää tämän kehityksen: CCD-kuvamittarit tarvitsevat edelleen ulkoisten logiikkapiirien käyttämistä ohjaus- ja analogi-digitaalimuuntotoimintoihin, kun taas CMOS-standardin logiikkalaitteet mahdollistavat anturit, ohjaimet, muuntimet ja arvioinnit. Logiikkapiirit jne. On integroitu yhteen siruun.

Tyypillinen esimerkki on CYIWCSC1300AA-sirun kuvankehityspiiri, joka on erityisesti suunniteltu vaativiin kuluttajasovelluksiin. Se perustuu 1.3 megapikselin CYIWOSC1300AA-kuvasensoriin, joka tarjoaa virheinterpoloinnin, mustavalkotasapainon säädön, linssien korjauksen, signaalin poikkipuhekorjauksen, värimassakorjauksen, värinkorjauksen, automaattisen valotuksen, kohinanvaimennuksen, erikoistehosteet ja gamma-korjauksen. , monien muiden joukossa Funktionaalinen lisä signaaliprosessori. Järjestelmätoimintojen integrointi (jopa itsenäisiin valosensorijärjestelmiin) on mahdollista taloudellisten tavoitteiden ja rajoitusten, kuten markkinoiden kapasiteetin ja kehitysmenojen, mukaan.

IMS Researchin markkina-analyytikko John Morse huomautti: "Teollisuuden kuvankäsittelymarkkinat ovat muuttuneet hyvin nopeasti, teknisen tason lisäksi myös valmistajien viimeaikaisen yhdistämisen myötä. Uskomme, että tämä suuntaus jatkuu." Sama pätee Cypressiin: hankkimalla vuonna 1999 MIT: n (Massachusetts Institute of Technology) perustetun SMalCamera Technologies Inc: n, Cypress on laajentanut toimintaansa kuluttaja- ja autoteollisuudelle; ja fuusioituminen FillFactoryin kanssa (tämä yhtiö on erotettu IMEC: stä, kuuluisa eurooppalainen mikroelektroniikan ja nanoteknologian tutkimuskeskus, jonka päätoimipaikka on Leuvenissä Belgiassa vuonna 1999), joka teki Cypressin edelleen teollisuuskenttään.

CMOS-kuvasensorimarkkinat kasvavat ja tulevat pian laajamittaisiksi markkinoiksi. Se on edelleen pitkälti riippuvainen asiakaskohtaisista malleista, jotka täyttävät räätälöintivaatimusten joukon eritelmien ja järjestelmien integroinnin kannalta. Se tarjoaa kuitenkin entistä enemmän yleismaailmallisia vakioratkaisuja. Resoluution, kehysnopeuden ja herkkyyden lisääntyminen sekä kustannusten aleneminen lisäävät edelleen sovellusalueensa. Osa siitä.

CMOS-sensoripikselin rakenne

Passiivinen: passiivinen pikselirakenne (PassivePixelSensor eli PPS), joka tunnetaan myös passiivisena. Se koostuu käänteisestä puolueellisesta valodiodista ja kytkentäputkesta. Valodiodi on olennaisesti PN-liitäntä, joka koostuu P-tyypin puolijohdosta ja N-tyypin puolijohdosta. Se vastaa MOS-kondensaattorin kanssa rinnakkain käänteisjännitteistä diodia. Kun kytkin on kytketty päälle, valodiodi viestii pystysuoran sarakepuskurin kanssa. Kolonnijohdon lopussa oleva varausanturi -vahvistin pitää sarakkeen jännitteen vakiona. Kun valodiodiin tallennettua signaalijännitettä luetaan, jännite palautetaan pylväsjännitteelle ja samanaikaisesti latausanturi, joka on verrannollinen optiseen signaaliin, muunnetaan varauksen integroivalla vahvistimella varaustuloon.

Aktiivinen pikselirakenne (Active Pixel Sensor, APS for short), joka tunnetaan myös aktiivisena, kuten kuviossa 2 on esitetty. Lähes samaan aikaan, kun CMOS PPS-pikselirakenne keksittiin, ihmiset havaitsivat nopeasti, että puskuri pikselin vahvistin voi parantaa Kuvapisteen suorituskykyllä on oma vahvistin jokaisessa pikseliin CMOS APS: ssä. Pintaan integroitu vahvistettu transistori pienentää pikselielementin tehollista pinta-alaa, vähentää "pakkaustiheyttä" ja aiheuttaa 40-50 prosenttia tulevasta valosta heijastumatta. Toinen ongelma tämäntyyppisen anturin kanssa on, miten paremmin sovittaa anturin monikanavavahvistimet, mikä voidaan saavuttaa paremmin vähentämällä kiinteän kuvion kohinaa. Koska kukin CMOS APS-pikseliin kohdistuva vahvistin aktivoituu vain tämän lukeman aikana, CMOS APS: n tehonkulutus on pienempi kuin CCD-kuvasensorin tehonkulutus.

Täyttökerroin: Täyttötekijä, jota kutsutaan myös täyttökertoimeksi, viittaa fotodiodin kokoon kuvapisteen suhteessa pikselin pintaan. Kvanttitehokkuus viittaa elektronien todellisen ja teoreettisen enimmäismäärän normalisoituun arvoon, kun fotoni osuu kuvapisteeseen. Passiivisilla pikselirakenteilla on yleensä jopa 70% täyttötekijä, joten kvanttitehokkuus on suuri. Valodiodit kuitenkin kerääntyvät pieneen määrään latausta ja ovat hyvin alttiita häiriöille. Lisäksi pikselin sisällä ei ole signaalinvahvistinta, ja vain pystysuoran väylän päätevahvistinta käytetään. Näin ollen lukemalla signaalilla on suuri määrä sotkua, ja sen S / N-suhde on alhainen ja pikseli- melu on erilainen eri asemissa (kiinteä kuvion kohina FPN). Ja vaikuttavat koko kuvan laatuun. Verrattuna passiiviseen tyyppiin aktiivinen pikselirakenne lisää vahvistimen jokaiseen pikseliin ja muuntaa valodiodin kertyneen varauksen vahvistimen jännitteeksi, mikä parantaa huomattavasti S / N-suhdetta parantaen siten häiriöitä häirinnän aikana lähetyksen aikana. Kyky. Kuitenkin, koska vahvistin vie liikaa pikselialuetta, sen täyttökerroin on suhteellisen alhainen, tyypillisesti välillä 25% -35%.