Perfil da Indústria do Sensor de Imagem CMOS

O CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) é um semicondutor complementar de óxido de metal na literatura chinesa. É um chip importante no sistema de computador e contém os dados mais básicos para orientação do sistema. A tecnologia de fabricação do CMOS não é diferente da de um chip de computador em geral. É principalmente um semicondutor feito de dois elementos de silício e germânio que permite coexistir no CMOS com os graus N (band-electric) e P (band + electricity). Em semicondutores, a corrente gerada por esses dois efeitos complementares pode ser registrada e interpretada pelo chip de processamento como uma imagem. Mais tarde, descobriu-se que o CMOS também pode ser processado como um sensor de imagem na fotografia digital. Os sensores CMOS também podem ser subdivididos em sensores de pixel passivos (PassivePixelSensorCMOS) e sensores de pixel ativo (ActivePixelSensorCMOS).

Fabricantes de CMOS principais domésticos e estrangeiros

As empresas de P & D e produção da CMOS são relativamente grandes, com mais de 30 nos Estados Unidos, 7 na Europa, 8 no Japão, 1 na Coréia e 8 em Taiwan. A líder global é a Agilent (HP), que tem uma participação de mercado de 51%, a ST (VLSIVision) 16%, a OmniVision 13%, a Hyundai 8% e a Photobit, cerca de 5%. Essas cinco empresas respondem pela participação total no mercado. A taxa atingiu 93%.

Sensibilidade espectral do sensor de imagem CMOS

Nos modernos sensores de imagem CMOS, uma importante tendência de desenvolvimento é que sua sensibilidade espectral se estenda até a região próxima do infravermelho NIR (para um comprimento de onda de cerca de 1.100 nm). Aplicações automotivas equipadas com sensores de imagem CMOS IM-001 melhorarão a penetração de neblina e as capacidades de visão noturna. Como a tecnologia de captura de imagem industrial começa a usar mais fontes de luz com comprimentos de onda no NIR, e a biotecnologia também está usando fenômenos interessantes nesta região espectral, o sensor IBIS5-AE-1300 recentemente desenvolvido tem uma sensibilidade NIR de 700-900 nm.

Na tecnologia de captura de imagens para aplicativos de consumo, outra tendência é continuar aumentando a resolução. Em meados de 2005, cerca de 70% das câmeras de telefones celulares tinham uma resolução de formato VGA (640 × 480 pixels); mas, em 2006, vários milhões de pixels de sensores ocuparão 50% do mercado e, em 2008, espera-se que sua participação no mercado suba mais de 90%. Para este fim, Cypress desenvolveu um sensor de imagem de 3 megapixels para telefones celulares que usa a tecnologia Autobrite, pode realizar a conversão analógica / digital de 12 bits e fornece uma ampla faixa dinâmica de 72dB e atualmente o conversor analógico / digital de 10 bits no mercado tem um alcance dinâmico de apenas 60dB. A taxa de quadros no modo de varredura progressiva é de até 30 quadros por segundo, permitindo a gravação de vídeo ao vivo.

Nos campos industrial e comercial, essa tendência também é evidente: a Cypress lançou um sensor de imagem de 1,3 megapixel / 35mm para as câmeras digitais Kodak e um sensor IBIS4-6600 de 6,6 megapixels está em alta qualidade em equipamentos de leitura automática para visualmente. prejudicada - oferece excelente resolução em uma página A4 padrão completa.

Integração do sistema com tecnologia Devido à convergência digital acelerada de dispositivos funcionais discretos tradicionais, como telefones celulares, câmeras digitais, MP3 players e PDAs (ou seja, tornando-se um produto compacto de eletrônicos de consumo), espera-se que cada vez mais tenham autonomia parcial. Os subsistemas de sexo podem fornecer funcionalidades extremamente amplas em um único dispositivo. Essa tendência também terá um impacto na tecnologia de medição profissional: com uma ferramenta de inspeção portátil que inclui uma câmera digital, interface de usuário PDA e recursos de rede WLAN, o escopo dos aplicativos de teste e monitoramento óptico será efetivamente expandido. Como tecnologia de plataforma, o CMOS atende a essa tendência: os conversores de imagem CCD ainda exigem o uso de circuitos lógicos externos para funções de controle e conversão analógica / digital, enquanto os dispositivos lógicos padrão CMOS permitem sensores, controladores, conversores e avaliações. Circuitos lógicos, etc. estão todos integrados em um único chip.

Um exemplo típico é um circuito de captura de imagem para um chip CYIWCSC1300AA que é especificamente projetado para aplicações de consumo exigentes. Ele é baseado em um sensor de imagem de 1.3 megapixels CYIWOSC1300AA e um que fornece interpolação de erro, ajuste de nível de preto, correção de lente, correção de cross-talk de sinal, correção de mosaico colorido, correção de cor, exposição automática, supressão de ruído, efeitos especiais e correção de gama , entre muitos outros Processador de sinal adicional funcional. A integração de mais funções do sistema (até sistemas fotossensores autônomos) é viável, dependendo dos objetivos econômicos e restrições, como capacidade de mercado e custos de desenvolvimento.

John Morse, analista sênior de mercado da IMS Research, destacou: "O mercado de processamento de imagem industrial mudou muito rapidamente, não apenas no nível técnico, mas também envolve a recente fusão de fabricantes. Acreditamos que essa tendência continuará". Então, o mesmo se aplica à Cypress: Ao adquirir a SMalCamera Technologies Inc., que foi fundada no MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) em 1999, a Cypress expandiu seu alcance comercial para os setores automotivo e de consumo; e fusões com FillFactory (Esta é uma empresa que foi separada do IMEC, o famoso centro europeu de pesquisa em microeletrônica e nanotecnologia sediado em Leuven, Bélgica, em 1999), o que tornou a Cypress ainda mais no campo industrial.

O mercado de sensores de imagem CMOS está crescendo e em breve se tornará um mercado de grande escala. Ele ainda depende, em grande parte, de projetos específicos do cliente para atender a um conjunto de requisitos de customização em termos de especificações e integração de sistemas. No entanto, fornecerá cada vez mais soluções padrão universais. Aumentos na resolução, taxa de quadros e sensibilidade, bem como reduções de custos, continuam a expandir sua área de aplicação. Uma parte disso.

Estrutura do pixel do sensor CMOS

Passivo: estrutura de pixel passivo (PassivePixelSensor. Conhecido como PPS), também conhecido como passivo. Consiste em um fotodiodo polarizado e um tubo de chaveamento. Um fotodiodo é essencialmente uma junção PN que consiste em um semicondutor do tipo P e um semicondutor tipo-N. É equivalente a um diodo polarizado em paralelo com um capacitor MOS. Quando o interruptor é ligado, o fotodiodo se comunica com o bus de coluna vertical. O amplificador integrador de carga no final da linha da coluna mantém a tensão da linha da coluna constante. Quando a carga do sinal armazenada no fotodiodo é lida, a tensão é redefinida para a tensão de linha da coluna e, ao mesmo tempo, a carga proporcional ao sinal óptico é convertida pelo amplificador de integração de carga para a saída de carga.

Ativo: estrutura de pixel ativo (Active Pixel Sensor, abreviadamente APS), também conhecido como ativo, como mostrado na Figura 2. Quase ao mesmo tempo em que a estrutura de pixel CMOS PPS foi inventada, as pessoas rapidamente perceberam que a introdução de um buffer ou amplificador no pixel pode melhorar O desempenho do pixel tem seu próprio amplificador em cada pixel no CMOS APS. O transistor de amplificação integrado na superfície reduz a área de superfície efetiva do elemento de pixel, reduz a "densidade de empacotamento" e faz com que 40% a 50% da luz incidente seja refletida. Outro problema com este tipo de sensor é como melhor corresponder os amplificadores multicanal do sensor, o que pode ser melhor alcançado reduzindo o nível residual de ruído de padrão fixo. Como cada amplificador no pixel CMOS APS é ativado apenas durante esta leitura, o consumo de energia do APS CMOS é menor que o do sensor de imagem CCD.

Fator de preenchimento: O fator de preenchimento, também chamado de fator de preenchimento, refere-se ao tamanho do fotodiodo no pixel em relação à superfície do pixel. Eficiência quântica refere-se ao valor normalizado do número máximo real e teórico de elétrons após um pixel ser atingido por um fóton. Estruturas de pixels passivos normalmente têm um fator de preenchimento de carga de até 70% e, portanto, a eficiência quântica é alta. No entanto, fotodiodos acumulam uma pequena quantidade de carga e são muito suscetíveis à desordem. Além disso, não há amplificador de sinal dentro do pixel, e apenas o amplificador de terminação de barramento vertical é usado. Portanto, o sinal lido tem uma grande quantidade de clutter e sua relação S / N é baixa, e o ruído do pixel é diferente em diferentes posições (ruído de padrão fixo FPN). E afeta a qualidade da imagem inteira. Em comparação com o tipo passivo, a estrutura de pixels ativa adiciona um amplificador em cada pixel e converte a carga acumulada do fotodiodo em uma tensão de amplificação, o que melhora bastante a relação S / R, melhorando assim a anti-interferência durante a transmissão. Habilidade. No entanto, como o amplificador ocupa muita área de pixels, seu fator de preenchimento é relativamente baixo, normalmente entre 25% e 35%.