高速CMOS圖像傳感器的信號處理電路設計研究

武文靜

（中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所，洛陽 471000）

隨著人們生活水平的不斷提高，我國的科技發(fā)展逐漸的邁入了一個嶄新的階段，數(shù)碼相機以及數(shù)碼產(chǎn)品的推出，極大的豐富了人們的物質(zhì)生活。在數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機等產(chǎn)品的應用中，主要使用的元器件是固體圖像傳感器?，F(xiàn)階段我國使用最廣泛的圖像傳感器是性能比較良好的CMOS高速圖像傳感器，它不僅能夠完成信息的提取、轉(zhuǎn)換以及展示等功能，還能夠給予人們更加豐富有層次的可觀看圖像信息，所以高速CMOS圖像傳感器對我國數(shù)碼相機及數(shù)碼攝像機的發(fā)展起著積極作用。

1 高速CMOS圖像傳感器的優(yōu)點

目前我國大部分數(shù)碼攝像機都在使用高速CMOS圖像傳感器作為主要元件。最主要是因為與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器有很多的優(yōu)點。CMOS圖像傳感器的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面，第一個方面是在電荷的讀取方式上，CMOS圖像的電荷讀取方式主要是通過光電轉(zhuǎn)換后形成電壓信號，他不需要信號電荷進行轉(zhuǎn)移，從而能夠保證信號讀出的準確性。在CMOS圖像傳感器中主要利用像素陣列來進行數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和傳播。因此CMOS傳感器的優(yōu)點不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)準確，而且現(xiàn)在通過高度集成的芯片，可以有效的減小器件的重量和體積，便于數(shù)碼相機和攝像機等形成微觀化，有利于人們的攜帶和使用。第二個方面是在生產(chǎn)工藝上來說，CCD傳感器使用的是特殊的工藝生產(chǎn)流程，所以所需要的成本比較高而CMOS傳感器在實際的生產(chǎn)和制造過程中，與半導體的器件生產(chǎn)工藝和制造工藝大概相同，所以不需要特殊的工藝以及特殊的生產(chǎn)設備，因此在一定程度上節(jié)約了很多的成本。第三個方面是CMOS圖像傳感器的集成度較高，這主要體現(xiàn)在CMOS傳感器能夠?qū)D像處理模塊，l/O接口以及數(shù)碼轉(zhuǎn)化器等，全部集中到同一個芯片上。從而有效的節(jié)省數(shù)碼相機和攝像機在制造過程中所占的體積和重量。第四個方面是與CCD相比，CMOS集成電路的工作過程中幾乎沒有電量的消耗，它只需要在電路接通或者斷開的時候才產(chǎn)生電能消耗，因此功耗相對比較低，而且也需要用控制信號和輸入信號來進行電流的產(chǎn)生，從而需要較高的電壓以及消耗更多的電能。最后一個方面也是最重要的方面是CMOS電路具備很強的高效性，與傳統(tǒng)的圖像傳感器相比，CMOS電路由于可以極快的生成陣列以及相應的形成列總線，并且CMOS圖像傳感器中的ADC在集成芯片中可以高速的運轉(zhuǎn)，所以這就增加了CMOS傳感器工作的靈活性以及工作的高速性。

2 通過信息處理電路的設計提升因為高速CMOS圖像傳感器性能

因為高速CMOS圖像傳感器具備成本低廉、節(jié)約能源以及具備良好的工作性能的優(yōu)點，所以不僅應用于國民的實際生產(chǎn)和生活中，還廣泛的應用在航空及國防等高科技領域。所以設計更好的信號處理電路不僅能夠使高速CMOS圖像傳感器具備更好的使用性能，還能夠在一定程度上保障我國國民的利益。首先高速CMOS圖像傳感器實際的設計和應用原理圖如下：

在高速CMOS圖像傳感器應用過程中，負責信號處理的電路主要包括整流濾波電路，這個電路的主要作用是通過整流濾波單元，可以有效消除信號源所傳播信號中的產(chǎn)生的噪音及干擾信號。根據(jù)AD變換單元所具備的功能分析，模擬信號與數(shù)字信號之間可以有效的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)圖像信息的處理。由于一些數(shù)碼相機所接收到的圖像信號在轉(zhuǎn)化為模擬信號時，可能會出現(xiàn)失真問題，所以為了保證數(shù)碼攝像機和數(shù)碼相機等拍攝照片的清晰度，需要模擬信號處理單元將信號放大，從而保證信號傳輸過程中能夠更好的保留信號的真實性。

高速CMOS圖像傳感器的運行效果受到暗電流、噪聲和像素飽和的影響。從噪聲方面來分析，圖形噪聲會對高速CMOS圖像傳感器的性能產(chǎn)生一定的影響，圖形噪聲主要是因為相同的光照照射到兩個不同的像素上，所輸出的信號也有所不同，因此這樣就會產(chǎn)生一定的噪聲。針對固定的圖形噪聲，采用的信息處理方式主要是雙采樣技術，通過雙采樣技術可以有效的避免由于不同像素產(chǎn)生的輸出信號差異。在雙采樣技術的應用過程中要將光照產(chǎn)生的信號讀取出來，再恢復到原位，通過像素單元將讀取的信號進行輸出，然后將兩個信號想減，從而能夠有效的抑制固定的圖形噪聲。對于暗電流產(chǎn)生的影響因素在信息處理過程中，需要不斷的消除電流過程中的雜質(zhì)，以及因為受熱所受到的影響。針對暗電流產(chǎn)生的影響，在信息處理電路的設計過程中，制定暗電流的標準參考值，然后與圖像信號做減法。針對最后一個影響因素，像素飽和后就會嚴重影響拍攝效果。像素的飽和以及溢出模糊必須根據(jù)模擬信號處理單元的功能來進行相應的制止和改善，保障信號在傳輸過程中能夠保真。

3 結束語

高速CMOS圖像傳感器的信號處理電路設計的目的主要是能夠保證CMOS有更強的應用功能和優(yōu)良的性能，作為新型的傳感器元件和半導體元件，需要不斷地提升其相應的使用性能，才能更好地服務于數(shù)碼相機以及高科技設備的開發(fā)應用中。