文本將介紹高速CMOS圖像傳感器的類型及其應(yīng)用市場。高速傳感器適用于通用、高端或定制的高速攝像頭，而這些攝像頭可用于科研、汽車碰撞檢測、高速掃描、機器視覺和軍事研究等要求較高的幀速率運動捕獲的領(lǐng)域。傳感器分辨率從VGA級直到1萬像素不等，有的能以每秒10,000次全幀速率工作。 -v'7;L0K  
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傳感器架構(gòu)可由兩分式、四分式或一個像素陣列組成。輸出可為并行模擬輸出， 或一個10位數(shù)字輸出或數(shù)字串行 LVDS輸出。每個輸出可高達每秒5,000萬次的采樣速度，這樣就能實現(xiàn)每秒55億像素的吞吐量。迄今為止，該圖像傳感器是具有最高連續(xù)像素吞吐量的一款。圖像質(zhì)量至少達到10位精度，因此攝像頭數(shù)字化之后，數(shù)據(jù)吞吐量可為每秒55Gbit。這樣高速的應(yīng)用通常需要6個電晶體快照像素，且需要較高的靈敏度和動態(tài)范圍。圖像傳感器的靈敏度很大程度上取決于像素尺寸，而大的像素尺寸就需要大面積特定應(yīng)用的定制圖像傳感器。內(nèi)部多路復(fù)用技術(shù)可支持更高幀速率的隨機窗口。如果將窗口大小縮至較小的ROI（圈選目標(biāo)區(qū)域），那么最快速度器件的幀速率可達每秒170,000幀。大多數(shù)傳感器都采用0.25工藝。 dQVV0)z  
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目前，CMOS是高速成像所青睞的技術(shù)。在當(dāng)前市場中，我們可以發(fā)現(xiàn)高速圖像傳感器有三大發(fā)展趨勢，一是向極高速方向發(fā)展，二是向片上特性集成方向發(fā)展，三是向通用高速圖像傳感器方向發(fā)展。 QrDzfe[  
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分辨率和幀速率相結(jié)合，發(fā)揮著重要的作用。目前，我們可以推出1024×1024像素的圖像傳感器，工作速度達到每秒5,000個全幀。如果模數(shù)轉(zhuǎn)換為10 位的話，那么這就是說攝像頭上的總數(shù)據(jù)速率可達每秒55Gbit。為了實現(xiàn)傳感器上極高的數(shù)據(jù)速率和高圖像質(zhì)量，尤其是對這種高敏感度的應(yīng)用而言，我們不僅要設(shè)計出正確的電子線路，還要確保整個線路布局實現(xiàn)良好的平衡性。這就是說，電源線路應(yīng)實現(xiàn)極佳的分布，而且布局中每個線路節(jié)點的所有光學(xué)和雜散光靈敏反應(yīng)都應(yīng)得到很好的控制。并需要采用低功耗模塊設(shè)計，以確保滿足整體功耗要求。 ,A[
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高速成像領(lǐng)域還有另一種趨勢，就是把高速 ADC、時序發(fā)生器、LVDS發(fā)射器和校正算法的片上集成趨勢。這種圖像傳感器通常在速度和靈敏度方面不如上述圖像傳感器，但在易用性和系統(tǒng)集成功能方面頗有長處。目前市場上新興的第三種圖像傳感器就是通用高速圖像傳感器。具有模擬輸出或不具有時序發(fā)生器功能的老式（簡單式）通用圖像傳感器正在被速度更快、更復(fù)雜的圖像傳感器所取代。這種新型圖像傳感器使我們能在較短時間內(nèi)就設(shè)計出通用高速攝像頭。 0(VH8@h`O  
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6晶體管像素 UTGR{>=>  
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賽普拉斯推出的大多數(shù)高速圖像傳感器使用了所謂的6晶體管（6T）像素。這種圖像傳感器有一點非常重要，就是其管線化全局快門特性。就全局快門而言，所有像素都同時啟動和終止光集成，這對高速應(yīng)用控制所有像素的運動影像模糊非常重要。全局快門技術(shù)使圖像傳感器能固定高速運動場景。下圖給出了典型的高速捕獲順序（小彈頭擊中火柴棍）。管線特性確保像素陣列在讀取期間就能進行下一幀像素中的光集成工作，這樣才能確保幀速率不受集成時間的影響。 *91iFeKj=  
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典型的高速捕獲順序 &W:Wv,3
 
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為了實現(xiàn)盡可能高的敏感度，采集光電荷并將其轉(zhuǎn)換為電壓的光電二極管應(yīng)設(shè)計得盡可能小型化，以盡可能減少光電二極管的寄生電容。此外，像素填充因數(shù)（像素開放區(qū)域與光敏區(qū)域之比）應(yīng)盡可能大。我們可采用N-well像素專利技術(shù)，再配合光電二極管周邊的P-well開口，就能實現(xiàn)光電二極管小型化和較大的填充因數(shù)。除了高敏感度之外，我們還應(yīng)使像素存儲電容，與光實現(xiàn)良好的屏蔽并且減少泄漏, 確保它不會造成任何噪聲。該像素架構(gòu)在像素讀數(shù)期間的信號存儲方面實現(xiàn)了良好的性能。但這種像素架構(gòu)尚缺乏像素的固定圖案噪聲校正功能，該功能必須在圖像傳感器以外的系統(tǒng)上完成。 ,>