CMOS图像传感器技术发展趋势

种可行的替代方案，因为它们具有惊人的灵活性、卓越的静态和动态特性并可容易地集成到各类系统环境中(医疗电子产品领域中的新颖应用便

是其中的典型)。

件，因而它们在像素之间顺次传递其图像数据。为此，它们需要多种工作电压、外部时钟发生器和精细复杂的驱动及评估电子电路，从而产生

了相当大的空间需求和功耗。于是，这些图像传感器的性能特征和使用灵活性不再能够完全满足现今的系统要求。因而导致了目前的技术世代

更替，就是从CCD图像传感器过渡到CMOS面型传感器，因为人们最向往的特性是：更加优良的系统集成、较低的功率要求、更加灵活的图像捕获

、智能化程度更高的接口、更大的动态范围以及更高的感光度。

具有部分自主性的子系统(它们在一个标准部件中提供了尽可能多的功能单元)的需求呈上升势头。例如：在专业测量技术中，具有灵活数字摄

像机、PDA用户接口和WLAN(无线局域网)连接的便携式检查设备非常有效地扩展了光学测试和监视任务的范围。医学图像处理是图像传感器的另

一个传统应用领域，从大型X光片到所有的内窥镜检查法、再到作为一种易于处理的清洁产品的可吞咽型“药丸式摄像机”等不一而足。这里，

CMOS技术提供了一种能力极强的实现平台：虽然CCD图像传感器仍然需要采用另一种技术的外部逻辑电路(用于控制和模拟/数字转换)，但CMOS

摄像芯片则允许采用相同的技术来实现图像传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路以及HF发送器，因而可将它们置于同一块芯片之上。将更

多的系统功能集成到一个自主型光电传感器系统中是可能的，并且基本上取决于指定的使用范围以及基本的经济性条件(比如：开发成本和单位

数量)。

的，因为CMOS图像传感器指定用于单独的低电源电压(约3.3V或2.5V)，而大多数CCD芯片则需要采用多个且数值较高的电源电压(例如：12V)。

这些电压必须采用耗能而且占用宝贵电路板空间的变压器来生成。如果控制和系统功能被集成于CMOS传感器中，则整体性能甚至将更加优越，

这是因为在省却了至其他半导体元件的外部互连电缆的同时，其功耗极高的驱动器也被免除：与通过电路板或衬底所进行的外部通信相比，芯

片内部通信所需的功率要低得多。一个令人欣喜的附带效果是CMOS图像传感器的低噪声辐射。另一方面，由于把模拟/数字转换器集成在图像传

感器内部意味着容易遭受干扰的模拟信号线无须引出，因此它们的抗噪声性能相当高。取而代之的是，数字图像输出信号使得系统集成人员能

够更加容易地在不产生重大开销的情况下组装一个坚固的CMOS摄像机，令其亦可在严酷恶劣的工作环境中使用。诸如药丸式摄像机和内诊镜等

人体内部的医疗应用由于冷却可能性有限、功率受限(对于药丸式摄像机)以及温度需与人体相符等缘故，因而要求低功耗。

完整的图像内容(即：全帧)。然后，必须采用一个单独的评估电路从中提取所需的部分。

组进行寻址和读出操做。

角的坐标通过一个串行或并行接口传输至CMOS传感器，传感器将自动对其加以处理，以控制读出操作。这也是把附加逻辑电路集成到CMOS传感

器之中的一个典型的例子，而这在CCD中是无法实现的，因为它们所采用的技术并非特别适合于逻辑电路。

与信噪比(SNR)精确对应，而CMOS图像传感器的多斜率操作则使得动态范围能够在SNR保持不变的情况下大幅度增加。这一点从光强和输出电压

之间的分段线性关系当中即可看出，它在整个转换范围内产生了一种非线性特性。

过使特性曲线的上部变得水平，还能够适当地捕获明亮区域中的小面积过度曝光。这样，就可以把一个高达100dB的场景动态范围映射到一个10

位的A/D转换范围。