來源：《電子產(chǎn)品世界》

彩色 sxga數(shù)字圖像傳感器

motorola公司的mcm20027彩色sxga數(shù)字圖像傳感器是固態(tài)有源cmos圖像傳感器(acitm),它在單一芯片上集成有完整的模擬圖像采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的功能,實(shí)現(xiàn)真正的“片上相機(jī)”(“ camera on a chip”)。mcm20027簡化和詳細(xì)框圖示于圖1和圖2。圖像傳感器由1280×1024有源元件的格式像素陣列組成。圖像的大小是完全可編程的,由用戶確定所需視窗。像素的間距為6.0μm。像素所采用的光電二極管結(jié)構(gòu)具有高靈敏度和低噪聲的特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)微透鏡進(jìn)一步提高了靈敏度。傳感器為彩色輸出或做為單色圖像傳感器提供bayer圖形彩色濾光片陣列(cfa)。

集成的定時(shí)和編程控制使視頻或靜止圖像捕護(hù)模式支持連續(xù)掃描模式。幀速率是可編程的,而且保持主時(shí)鐘頻率恒定。用戶可編程的行和列起始停止。使視窗可達(dá)最小1×1像素視窗。多像素增量中的二次取樣也可執(zhí)行視窗操作以便數(shù)字圖像放大。

像素陣列的模擬視頻輸出由片上的模擬信號(hào)處理流水線進(jìn)行處理。相關(guān)雙取樣(cds)能去掉傳感器復(fù)位噪聲而不需要在每個(gè)有效視頻幀捕獲和減去復(fù)位幀。幀速率箝位(frc)使能實(shí)時(shí)光黑電平校準(zhǔn)和補(bǔ)償校正�？删幊棠M增益由曝光或總增益構(gòu)成,以把信號(hào)強(qiáng)度變化映射到adc輸入范圍內(nèi),而白色補(bǔ)償執(zhí)行模擬范圍的白色補(bǔ)償。asp(模擬信號(hào)處理)信號(hào)鏈路包括:列運(yùn)放(1.5×固定增益);列dova(1.5× 固定增益);白色補(bǔ)償pga(0.88-2.82x);g10bal pga(0.67×-5.92x);g10bal dova(2.0×固定增益)。這些數(shù)字可編程放大器(dpga)提供自動(dòng)白色補(bǔ)償(awb)及總增益調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)彩色增益校正,可在每列和全程進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)。存儲(chǔ)在片上寄存器中的值可用于每列補(bǔ)償校正。10位冗余符號(hào)數(shù)(rsd)adc變換模擬數(shù)據(jù)為10位數(shù)字字流。全差分模擬信號(hào)處理流水線用以改進(jìn)抗噪聲度、信噪比和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。

傳感器用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2線i2c兼容串行接口。它工作在單3.3v電源,不需要另外的偏置,只需要單個(gè)主時(shí)鐘(工作頻率高達(dá)13.5mhz)。此傳感器是48引腳陶瓷lcc封裝。

mcm20027的設(shè)計(jì)考慮到標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼器的接口要求。除10位 bayer編碼數(shù)據(jù)流外，傳感器輸出有效的幀、行和編碼所需的像素同步信號(hào)。傳感器具有與各種商用視頻圖像處理器的接口,為不同標(biāo)準(zhǔn)視頻格式提供編碼。

mcm20027是一種精巧和特別靈活的單片解決方案,它簡化了圖像感測,處理、數(shù)字變換和數(shù)字信號(hào)處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù),不愧是一款高性能、低成本、低功率ic。

mcm20027圖像傳感器的圖像感測和捕獲結(jié)構(gòu)如下。

傳感器接口

像素結(jié)構(gòu)

mcm20027傳感器由1280×1024有源像素陣列組成并支持連續(xù)模式。像素的基本操作靠光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。由于其物理特性,硅能夠檢測光電子。光電子產(chǎn)生正比于入射光光強(qiáng)和波長的電子-空穴時(shí)。應(yīng)用適當(dāng)?shù)钠每墒褂脩舨蹲诫娮雍蜏y量有用參量(如電壓)的電荷。

像素結(jié)構(gòu)也要求一行中的所有像素具有共同的復(fù)位、傳送和行選擇控制。此外,所有的像素具有共同的電源(vdd)和地(vss)連接。一個(gè)最佳的單元結(jié)構(gòu)能提供低噪聲、最大占空因數(shù)、抗散焦特性。光電元件所用的光電二極管專利和傳送門器件能增強(qiáng)整個(gè)可見光譜范圍和非滯后操作的靈敏度。

除成像像素外,還有在成像部分邊緣的暗和偽像素。暗像素由光屏蔽打底像素(在下層對(duì)光電不靈敏)覆蓋。這些像素為量測暗電平補(bǔ)償提供傳感器手段,在信號(hào)處理鏈路下游執(zhí)行自動(dòng)黑色電平校準(zhǔn)時(shí)用暗電平補(bǔ)償。在陣列邊緣提供的偽像素可消除由于光管道進(jìn)入有效像素鄰近的暗像素所引起的不精確測量。這些像素的輸出將被去掉。

照相術(shù)語中的電子快門,也稱之為電子光定時(shí)是一種標(biāo)準(zhǔn)特性。像素積分時(shí)間可在給定幀讀出時(shí)間的百分之幾到整個(gè)幀時(shí)間的較寬范圍內(nèi)變化。

彩色分離和占空因數(shù)放大

mcm20027系列提供單片聚合物彩色濾光片陣列(cfa)選擇方案。超平面化工藝和專用的濾光片技術(shù)的結(jié)合,使cfa具有優(yōu)異的光譜和傳輸特性。標(biāo)準(zhǔn)選擇方案是