单片机CMOS图像传感器设计+电路图(2)
随着纳米生产技术工艺的不断发展，如今生产出来的元件芯片尺寸不断减小，图像传感器领域也同样如此。随着CMOS技术的不断发展、CIS结构的不断创新与优化，如今CMOS器件的成像效果有了极大的提升，可以与CCD器件的性能相媲美。又由于CIS具有制造成本较低、抗电磁干扰能力较强等优势，CIS在市场上的需求日益广泛，其市场占有率也逐渐逼近CCD器件，已在逐步侵占CCD器件的应用领域。CIS凭借其自身的优势，逐步应用于各种拍摄、图像识别系统，伴随着智能移动终端的普及，在可视通话、监控等领域图像传感器的需求剧增，这也使CIS的应用更加广泛。
1.2 CMOS图像传感器发展现状、趋势及应用[1]
1.2.1 CMOS图像传感器发展现状
1.2.2 CMOS图像传感器发展趋势[5]
1.2.3 CMOS图像传感器应用
1.3 论文主要研究内容
本论文在了解CMOS图像传感器结构、原理的基础上，研究并设计了基于安森美半导体（ON Semiconductor）的VITA 25K CMOS图像传感器（具体型号：NOIV1SN025KA）的外围电路设计。主要研究内容：
（1）研究CMOS与CCD图像传感器的原理及性能，讨论了两种器件的优缺点；
（2）了解CMOS图像传感器的工作原理与流程；
（3）根据所使用的CMOS图像传感器，设计相应的电路。
2 COMS图像传感器
2.1 图像传感器的选型
图像传感器，是将采集到的光信号转换为模拟信号，最后以数字信号形式输出的光电器件，它被广泛的应用于各种图像采集设备中[11]。其中，根据元件的不同，主要分为两大类，电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）和互补金属氧化物场效应管（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）图像传感器。
2.1.1 CMOS与CCD图像传感器的基本原理[12]
1.CMOS图像传感器的基本原理
CMOS图像传感器全名叫Complementary Metal Oxide Semiconductor图像传感器。CIS内部主要由光电二极管、MOS场效应管构成，主要是将像敏单元阵列、A/D转换、控制与寄存、LVDS信号输出等功能电路集成在同一芯片内部。
图2.1 CIS原理框图
CIS的核心是像敏单元阵列，可以实现光信号到电信号的转换，达到采集图像的目的。典型的CIS的原理框图如图2.1所示。CIS的像敏单元阵列实际为光电二极管阵列。如图所示，所有像敏单元按照X和Y方向排列成方阵，整个像敏单元阵列如同成一个坐标系，每一个像敏单元都是“坐标系”中的“点”，都有自己对应的“坐标”（即它在X，Y各方向上的地址），通过X、Y两个方向的地址译码器选择所需选取对应“坐标”的“点”，从而完成对特定的像敏单元选择；每一像敏单元列都对应一个列放大器，由X地址选择多路模拟开关，列放大器的输出信号送到所选的多路模拟开关，经输出放大器放大，之后将信号送A/D转换器进行模数转换，经预处理电路处理后通过接口电路输出所采集的图像信号。通过接口电路输入同步控制信号从而产生所需脉冲，提供给时序脉冲电路，来为整个CIS提供各种所需的工作脉冲。
图像信号的输出过程如图2.2所示，在Y移位寄存器的控制下，依次接通像敏单元行上的模拟开关，信号通过行开关送至列线，再通过X移位寄存器的控制，传送到放大器。由于设置了行与列开关，信号的传输需要通过行与列开关输出，需要对行与列开关选通，其中，只选通行或列，可以实现逐行或逐列的信号输出，也可以通过行、列选通相互配合使用，可以实现只选中所希望的局部图像进行观测，如图所示选通Si,j开关，即可只观测该开关对应的信号。