车载摄像头、CMOS传感器要点细数

CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

第一，外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。

其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。

除此之外，为了获得质量合格的实用摄像头，芯片中必须包含各种控制电路，如曝光时间控制、自动增益控制等。为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作，必须使用多个时序控制信号。为了便于摄像头的应用，还要求该芯片能输出一些时序信号，如同步信号、行起始信号、场起始信号等。

因为该放大器在像素内部具有放大和缓冲功能，具有良好的消噪功能，且电荷不需要像CCD器件那样经过远距离移位到达输出放大器，因此避免了所有与电荷转移有关的CCD器件的缺陷。



CMOS的两种像素结构

由于每个放大器仅在读出期间被激发，所以将经光电转换后的信号在像素内放大，然后用X－Y地址方式读出，提高了固体图像传感器的灵敏度。APS像素单元有放大器，它不受电荷转移效率的限制，速度快，图像质量较PPS得到了明显地改善。但是与PPS相比，APS的像素尺寸较大、填充系数小，所设计的填充系数典型值为0.2～0.3。



光敏二极管型无源像素结构图

在同一芯片上集成有模拟信号处理电路、I(2)C控制接口、曝光／白平衡控制、视频时序产生电路、数字转换电路、行选择、列选择及放大和光敏单元阵列。芯片上的模拟信号处理电路主要执行相关双采样（CorrelatedDouble Sampling，CDS）功能。

芯片上的A／D转换器可以分为像素级、列级和芯片级几种情况，即每一个像素有一个A／D转换器，每一个列像素有一个A／D转换器，或者每一个感光阵列有一个A／D转换器。由于受芯片尺寸的限制，所以像素级的A／D转换器不易实现。



CMOS芯片内部结构

CMOS芯片内部提供了一系列控制寄存器，通过总线编程（如Pc总线）来对自增益、自动曝光、白色平衡、／校正等功能进行控制，编程简单、控制灵活。直接输出的数字图像信号可以很方便地与后续处理电路接口，供数字信号处理器对其进行处理。