CMOS图像传感器集成电路

第1章 概述 1

1．1 图像传感器的一般概念 1

1．2 图像传感器技术的发展历程 3

1．2．1 电子管时代和图像扫描技术 3

1．2．2 CCD图像传感器和像素概念 6

1．2．3 CMOS图像传感器 10

1．3 CMOS图像传感器的特点 11

1．3．1 有源像素传感器 11

1．3．2 CMOS图像传感器的集成 12

1．3．3 CMOS系统集成和数字图像革命 13

1．4 CMOS图像传感器的应用 14

1．4．1 数字电视和视频摄像 14

1．4．2 静止图像数码照相机 15

1．4．3 移动通信和便携设备的摄像功能 17

1．4．4 高清晰度数字电影摄像技术 17

第2章 CMOS图像传感器系统 20

2．1 CMOS图像传感器的基本结构 20

2．1．1 CMOS图像传感器的框图 20

2．1．2 CMOS图像传感器芯片的封装 22

2．2 CMOS图像传感器的性能 23

2．2．1 光电转换的原理和性能 23

2．2．2 图像清晰度 25

2．2．3 图像刷新速率和高速摄影 26

2．2．4 图像数据的字长 27

2．3 CMOS超大规模集成简述 27

2．3．1 CMOS器件的基本结构和原理 28

2．3．2 CMOS工艺和版图 32

2．3．3 CMOS超大规模集成的设计方法学 35

第3章 有源像素传感器 41

3．1 基本有源像素传感器 41

3．1．1 3T-APS电路原理 41

3．1．2 3T-APS版图 43

3．1．3 像素的填充系数 44

3．2 4T-APS像素 46

3．2．1 埋入型光电二极管 46

3．2．2 3T-APS的输出电压问题 46

3．2．3 4T-APS原理 47

3．2．4 4T-APS电路和版图 49

3．3 5T-APS像素 50

3．4 像素的光学结构 52

3．4．1 光遮蔽和滤光层 52

3．4．2 微透镜 53

3．4．3 背光微像素结构 54

第4章 像素阵列和电子快门 55

4．1 像素阵列结构 55

4．1．1 像素排列和图像分辨率 55

4．1．2 阵列中像素的互连 57

4．2 阵列的电子快门曝光 59

4．2．1 滚动快门曝光 59

4．2．2 全局快门曝光 62

4．3 图像阵列信号的读出 66

4．3．1 像素阵列的列读出 66

4．3．2 像素和阵列读出速率 68

4．3．3 并行列读出 69

4．4 阵列的选择曝光读出 71

4．5 彩色图像的获得 74

4．5．1 拜尔彩色阵列 74

4．5．2 弗翁彩色图像传感器 75

第5章 像素阵列曝光读出电路 78

5．1 像素阵列读出电路 78

5．1．1 固定图案噪声 78

5．1．2 相关双取样原理 80

5．1．3 CDS读出电路原理 81

5．1．4 4T-APS像素阵列的CDS读出电路 84

5．2 像素阵列曝光读出控制 86

5．2．1 像素阵列曝光读出时序 86

5．2．2 译码型扫描电路 87

第6章 图像信号的模数转换和数据传输 93

6．1 图像信号的高速模数转换 93

6．1．1 逐次逼近数模转换电路原理 93

6．1．2 直接比较高速模数转换电路 96

6．1．3 高速逐次逼近模数转换电路 97

6．1．4 图像高速模数转换电路的系统设计 100

6．2 图像数据的高速传输 100

6．2．1 高速图像数据传输的系统设计 100

6．2．2 高速图像数据差分传输 102

第7章 CMOS图像传感器芯片版图设计 106

7．1 混合CMOS芯片版图 106

7．2　隔离 107

7．2．1 PN结隔离 107

7．2．2 深阱隔离 108

7．3 集成电容器 109

7．3．1　MOS电容器 110

7．3．2　MiM电容器 111

7．4 CMOS图像传感器芯片版图布局 112

结束语 115

附录A 术语索引 117

参考文献 126

本书尽量全面地叙述CMOS图像传感器集成电路芯片的原理、结构、应用、设计方法和流程。第1章讲述有关技术背景和发展历程、CMOS图像传感器的特点和应用。第2章讲述CMOS图像传感器集成电路的基本结构和主要技术指标，简述CMOS工艺技术和VLSI设计方法和流程。第3章描述有源像素传感器APS。第4章讲述CMOS图像传感器的像素阵列结构和原理，以及阵列的各种曝光操作模式。第5、6两章讲述像素阵列的读出、曝光控制、图像信号的高速模数转换和图像数据传输的子系统方案和电路原理。第7章讲述CMOS图像传感器版图设计的一些特点，以及一个全芯片版图布局案例。结束语叙述图像传感器芯片的超大规模集成及其发展前景。