CMOS-beeldsensoren - basisprincipes van pixelontwerp

Laten we het deze keer hebben over het meest kritieke onderdeel van CISQ: pixels!Men kan zeggen dat bijna alle CIS-prestatie-indicatoren uiteindelijk worden bepaald door de kwaliteit van het pixelontwerp.Laten we het zo zeggen: het ontwerp van het uitleescircuit bepaalt de onderste prestatiegrens van een beeldsensor, en het pixelontwerp bepaalt de bovenste prestatiegrens van een beeldsensor!
Er zijn veel soorten pixels, zoals:
1. Het meest gebruikte zichtbare licht is 3T, 4T en 5T pixels.Als u meer functies wilt toevoegen, zoals globale sluiter (GS, Global Shutter), hoog dynamisch bereik (HDR, HighDynamic Range), etc., moet u meer transistors toevoegen;
2. X-ray wordt gebruikt voor op CTIA gebaseerde pixel van Photon Counting;
3. DVS-pixel voor gebeurtenissensor;
4. De SPAD-pixel die wordt gebruikt voor 3D-beeldvorming wordt vaak gebruikt als dToF (directe time-of-flight) en wordt vaak gebruikt als demodulatiepixel van iToF (indirecte time-of-flight);5. Een ander voorbeeld is directe infraroodinjectie, CTIA, etc., bolometer Gebruik de pixel van de weerstandsmeting;
6. Daarnaast zijn er TDI-pixel, CCD 2/3/4-fase pixel enzovoort.

We hebben tientallen soorten pixels voor grote categorieën.Als we alle door mensen ontworpen pixels opsommen, kunnen er honderden of duizenden typen zijn.Het is voor ons dus onmogelijk om al deze pixels in te voeren.De overgrote meerderheid van CMOS-beeldsensoren Q (>95%) in de wereld is gebaseerd op 2D-beeldvorming van zichtbaar licht, dus we richten ons hier alleen op 3/4/5T-pixels.Als je de kans hebt om in verschillende bedrijven te werken, of een volledig ontwerp op maat te doen, neem dan contact op met meer interessante dingen

Laten we eerst een concept begrijpen: sluiter.De sluiter bepaalt hoe en hoeveel licht de pixels binnenkomt, wat ook de beeldkwaliteit bepaalt.De sluiter kan worden onderverdeeld in mechanische sluiter (mechanische sluiter) en elektronische sluiter (elektronische sluiter), en elektronische sluiter kan worden onderverdeeld in rolluik (rolsluiter) en globale sluiter (globale sluiter).

De mechanische sluiter bestaat uit twee sluiterbladen.Vóór de belichting bedekt het eerste mes de gehele sensor en vervolgens wordt het mes over het algemeen van boven naar beneden verwijderd en wordt het tweede mes van boven naar beneden naar buiten verplaatst nadat de belichting is gestart., blokkeer de hele sensor en de belichting eindigt.De bewegingssnelheid van deze twee bladen is zeer, zeer snel, bijna tot 35 km/u.Dus voor een full-frame camera van 35 mm kan het mes de sensor in staat stellen de belichting te starten of te beëindigen in ongeveer 1/400 seconde, dus kan worden gezegd dat alle mechanische sluiters een "geschatte" globale sluiter zijn.Dus hoe bereikt de mechanische sluiter een snellere belichtingstijd?Dit is relatief "eenvoudig", dat wil zeggen, wanneer het eerste mes niet volledig is geopend, is het tweede mes al begonnen naar beneden te bewegen om te blokkeren, natuurlijk is hier een limiet aan, de snelste is ongeveer 1/8000s.Als je een hogere snelheid wilt, heb je een elektronische sluiter nodig.

Zoals op de onderstaande afbeelding te zien is, zie je het verschil tussen de rolluik en de globale sluiter in de elektronische sluiter.Voor rollende sluiter wordt de belichtingstijd van elke rij pixels ten minste gescheiden door de leestijd van één rij pixels.Het kost bijvoorbeeld 10us om een ​​rij te lezen, en we hebben 1000 rijen pixels, dan begint de belichting van de eerste rij pixels en de laatste rij pixels. De eindtijd ligt ongeveer 10 ms uit elkaar, zodat bij het fotograferen van sportfysica , zal het beeld aanzienlijk vervormd zijn;dienovereenkomstig betekent de globale sluiter dat alle pixels dezelfde start- en eindtijd van de belichting hebben