motorola公司的mcm20027彩色sxga数字图像传感器是固态有源cmos图像传感器(acitm),它在单一芯片上集成有完整的模拟图像采集、模/数转换和数字信号处理系统的功能,实现真正的“片上相机”(“ camera on a chip”)。mcm20027简化和详细框图示于。图像传感器由1280×1024有源元件的格式像素阵列组成。图像的大小是完全可编程的,由用户确定所需视窗。像素的间距为6.0μm。像素所采用的光电二极管结构具有高灵敏度和低噪声的特点。标准微透镜进一步提高了灵敏度。传感器为彩色输出或做为单色图像传感器提供bayer图形彩色滤光片阵列(cfa)。

　　集成的定时和编程控制使视频或静止图像捕护模式支持连续扫描模式。帧速率是可编程的,而且保持主时钟频率恒定。用户可编程的行和列起始停止。使视窗可达最小1×1像素视窗。多像素增量中的二次取样也可执行视窗操作以便数字图像放大。

　　像素阵列的模拟视频输出由片上的模拟信号处理流水线进行处理。相关双取样(cds)能去掉传感器复位噪声而不需要在每个有效视频帧捕获和减去复位帧。帧速率箝位(frc)使能实时光黑电平校准和补偿校正。可编程模拟增益由曝光或总增益构成,以把信号强度变化映射到adc输入范围内,而白色补偿执行模拟范围的白色补偿。asp(模拟信号处理)信号链路包括:列运放(1.5×固定增益);列dova(1.5× 固定增益);白色补偿pga(0.88-2.82x);g10bal pga(0.67×-5.92x);g10bal dova(2.0×固定增益)。这些数字可编程放大器(dpga)提供自动白色补偿(awb)及总增益调节的实时彩色增益校正,可在每列和全程进行补偿校准。存储在片上寄存器中的值可用于每列补偿校正。10位冗余符号数(rsd)adc变换模拟数据为10位数字字流。全差分模拟信号处理流水线用以改进抗噪声度、信噪比和系统动态范围。

　　传感器用工业标准2线i2c兼容串行接口。它工作在单3.3v电源,不需要另外的偏置,只需要单个主时钟(工作频率高达13.5mhz)。此传感器是48引脚陶瓷lcc封装。

　　mcm20027的设计考虑到标准视频编码器的接口要求。除10位 bayer编码数据流外，传感器输出有效的帧、行和编码所需的像素同步信号。传感器具有与各种商用视频图像处理器的接口,为不同标准视频格式提供编码。

　　mcm20027是一种精巧和特别灵活的单片解决方案,它简化了图像感测,处理、数字变换和数字信号处理的系统设计任务,不愧是一款高性能、低成本、低功率ic。

　　mcm20027图像传感器的图像感测和捕获结构如下。

　　传感器接口

　　像素结构

　　mcm20027传感器由1280×1024有源像素阵列组成并支持连续模式。像素的基本操作靠光电效应实现。由于其物理特性,硅能够检测光电子。光电子产生正比于入射光光强和波长的电子-空穴时。应用适当的偏置可使用户捕捉电子和测量有用参量(如电压)的电荷。

　　像素结构也要求一行中的所有像素具有共同的复位、传送和行选择控制。此外,所有的像素具有共同的电源(vdd)和地(vss)连接。一个最佳的单元结构能提供低噪声、最大占空因数、抗散焦特性。光电元件所用的光电二极管专利和传送门器件能增强整个可见光谱范围和非滞后操作的灵敏度。

　　除成像像素外,还有在成像部分边缘的暗和伪像素。暗像素由光屏蔽打底像素(在下层对光电不灵敏)覆盖。这些像素为量测暗电平补偿提供传感器手段,在信号处理链路下游执行自动黑色电平校准时用暗电平补偿。在阵列边缘提供的伪像素可消除由于光管道进入有效像素邻近的暗像素所引起的不精确测量。这些像素的输出将被去掉。

　　照相术语中的电子快门,也称之为电子光定时是一种标准特性。像素积分时间可在给定帧读出时间的百分之几到整个帧时间的较宽范围内变化。

　　彩色分离和占空因数放大

　　mcm20027系列提供单片聚合物彩色滤光片阵列(cfa)选择方案。超平面化工艺和专用的滤光片技术的结合,使cfa具有优异的光谱和传输特性。标准选择方案是基本的(rgb)“bayer”图形,但是,也有能生成包含辅助(cmyg)镶嵌结构的定制cfa的功能。

　　可选用微透镜阵列得到较高的灵敏度。此透镜组阵列可改进传感器占空因数(孔径比)1.5-2×,这取决于相机系统中所采用的主透镜的f值。没有微透镜的占空因数是32%。用微透镜,占空因数改进到tbd。

　　woi控制

　　器件读出的像素数据定义为“window of interest ”(woi)。可把woi以任意的大小确定在像素阵的任何地方。用户提供左上角的像素位置和确定woi行和列的大小。用woi指针、woi高度和woi宽度寄存器确定woi。图5示出woi的图示表示。

　　woi二次取样控制

　　woi可由每个用户控制二次取样。用户可在每个方向以4种不同取样率(全,1/2,1/4或1/8)读出单色或bayer像素空间的像素数据。用户通过二次取样控制寄存器控制二次取样。

　　关于帧捕获模式,图像扫描模式以及连续帧捕获模式(cfcm)帧速率和积分时间控制等在此就不一一描述了