可拍照手機(jī)趨勢(shì)探析：圖像傳感與處理是否集成？

    眾所周知，手機(jī)的體積起來越小，價(jià)格也越來越低。當(dāng)你針對(duì)消費(fèi)者需求，要為手機(jī)增添更多功能時(shí)，如為靜止圖像和視頻提供高分辨率的成像功能，你就會(huì)面臨一個(gè)相當(dāng)有意思的研究案例，也就是作為一種經(jīng)典工程學(xué)科的折衷處理問題。

    為了更好地進(jìn)行選擇，首先就要看一下可拍照機(jī)手機(jī)及其相關(guān)應(yīng)用所需的基本功能，其中包括了圖像質(zhì)量、去馬賽克(demosaicing)算法(把bayer色彩濾光片的信號(hào)流轉(zhuǎn)換為真實(shí)的圖像)、噪聲補(bǔ)償、自動(dòng)白平衡(auto white balance)、自動(dòng)曝光、文件較小以及低功耗。

    以集成追隨超薄手機(jī)潮流

    通過采用jpeg壓縮，可以降低文件大小，并滿足存儲(chǔ)器要求。這種算法出現(xiàn)在某些圖像傳感器ic上，但更多的是通過被稱為圖像信號(hào)處理器(isp)的輔助芯片(companion chip)來處理。而在cmos圖像傳感器(cis)面世之前，所有的圖像處理都是在專用處理ic上完成的。

    雖然jpeg壓縮至今仍適用于電荷耦合器件(ccd)和cis，但情況已開始發(fā)生變化。固態(tài)成像(solid-state imaging)技術(shù)已進(jìn)入系統(tǒng)級(jí)芯片(soc)和系統(tǒng)級(jí)封裝(sip)的爭(zhēng)戰(zhàn)中。不變的是以最少的條件創(chuàng)建質(zhì)量較好的圖像。

    對(duì)于希望將數(shù)字處理整合到圖像傳感器上的開發(fā)人員而言，關(guān)注的核心問題是拍照模塊的總體占位面積。在將數(shù)字處理集成在傳感器裸片方面，安華高(avago)是引領(lǐng)廠商之一。事實(shí)上，安華高是唯一一家在cis器件集成片內(nèi)jpeg編碼和自動(dòng)聚焦控制功能的供應(yīng)商。自然而然地，該公司也提倡在拍照模塊中使用單塊系統(tǒng)級(jí)芯片(soc)。安華高的行銷經(jīng)理feisal mosleh曾表示：“拍照模塊在手機(jī)中的安裝方式影響了手機(jī)厚度，而厚度目前是一項(xiàng)主要賣點(diǎn)。目前手機(jī)中還沒有可供堆棧封裝的厚度�！�

    圖1: 安華高的cmos圖像傳感器集成了片內(nèi)jpeg編碼和自動(dòng)聚焦控制功能

    的確，超薄手機(jī)是一項(xiàng)重要營銷亮點(diǎn)，而原始設(shè)備制造商(oem)對(duì)封裝、元件和模塊的要求嚴(yán)格限制了供應(yīng)商的物理設(shè)計(jì)。盡管現(xiàn)在有人認(rèn)為元件厚度問題嚴(yán)重，且沒有什么空間余留，但必須認(rèn)識(shí)到，我們所討論的厚度問題正是單裸片的真正優(yōu)勢(shì)所在，這一點(diǎn)十分重要。雖然存在關(guān)于裸片粘接、墊片(spacer)和線邦定等額外開銷，圖像信號(hào)處理器(isp)的裸片厚度仍可以達(dá)0.2mm及以下。這是否占模塊高度的很大比例，取決于各個(gè)模塊供應(yīng)商。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)成像架構(gòu)(smia)標(biāo)準(zhǔn)來說，最大高度為7.6mm。某些已發(fā)布的超薄手機(jī)在消費(fèi)領(lǐng)域中引入了模塊高度限制特性，如三星的“信用卡手機(jī)”sgh-p300，厚度只有9mm。摩托羅拉的蛤殼式手機(jī)razr v3i厚度為14mm，三星的t509和xcute s50厚度分別為9.8mm和9mm。

    拍照模塊的成本考慮

    手機(jī)的拍照模塊售價(jià)一般在9美元左右。semiconductor insights公司關(guān)于諾基亞6111手機(jī)的拆卸和材料清單(bom)分析報(bào)告估計(jì)，其中采用的意法半導(dǎo)體(st)100萬像素拍照模塊vs6650的成本為7.75美元。有意思的是，這一應(yīng)用產(chǎn)品使用的是單獨(dú)的isp ic——stv0976n手機(jī)圖像處理器，并沒有整合到拍照模塊中。stv0976n實(shí)際上安裝在手機(jī)主板的下側(cè)，這樣做可以使模塊很薄，但占用了36mm2的額外面積。isp的成本使得手機(jī)bom增加了1.45美元。st的isp采用了大小為8.8mm2的圖像處理硅芯片。

    包括本文論及的片內(nèi)(on-chip)集成與封裝內(nèi)(in-package)集成的對(duì)比在內(nèi)，業(yè)界有關(guān)硅片處理成本問題的討論屢見不鮮，但終將蓋棺定論。要透徹了解這一關(guān)鍵參數(shù)，重要的是使用最好的分析工具。目前最好的ic成本模型工具是ic knowledge公司的產(chǎn)品。它的2006 ic knowledge模型建立了從頭到尾的全面的制造流程，有助于進(jìn)行精確的成本估算。

    象zoran coach 8這種芯片，利用非�；A(chǔ)的大批量cmos工藝流程，可使制造成本極低。假設(shè)委托一家臺(tái)灣地區(qū)的晶圓廠采用180納米、5層鋁工藝制造，尺寸為5.9mm×5.2mm的每片ic的成本為84美分，相當(dāng)于每平方毫米成本0.028美元。