CMOS图像传感器培训.pptx
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CMOS图像传感器培训2015/03/20SuperPix ConfidentialOutline 光电转换原理Pixel结构曝光方式Sensor架构及工作原理Sensor的寄存器控制ADCGain频率计算帧率计算BlacklevelFlickerImage lag太阳黑子尺寸和窗口BinningPLDOPAD 驱动实验光电转换原理单个pixel结构图像传感器的作用就是把光信号转换为电信号并且量化输出PD光电转换的输出信号与光照强度成正比,与曝光时间成正比Note:光电转换并不是没有限制的,当电荷累积到一定程度,效率慢慢下降,最后不再增加,这也是sensor中pixel有一个最大输出范围的原因。左图为实际某sensor 的pixel输出电压的测试结果Pixel结构FSI (Front Side Illumination) BSI (Back Side Illumination)Color filterMicro-lens分辨率 VGA,640*480; 2M,1600*1200 5M,2592*1944 ······Position(定义颜色位置)行 row 列 column!通常长方向为行,短方向为列,在调试中一定要正确区分,因为行列噪声或行列线出现问题的原因是完全不一致的!曝光方式目前sensor多采用滚动曝光方式,即逐行曝光逐行读出,每行复位到读出的时间间隔即曝光时间。曝光控制寄存器中数值代表曝光多少行:曝光时间=曝光行数*行长。注意:当曝光时间大于1帧时,会插入vblank来获得较长的曝光时间。为了便于调试和计算,行长通常用多少个clk表示,如sp2508行长为1158,指的是1158个DAC_CLK周期,用时间表示:行长=1158*T_dac_clk。请注意不同sensor可能用不同的clk来表示,参数给出时会注明。帧长=有效数据行+vblank行(单位:行)VSYNC定义一帧的有效数据输出时间HSYNC定义一行的有效数据输出时间!并口输出时,平台端需要pclk,VSYNC, HSYNC三个信号共同作用来采集有效的图像数据,并且能准确判断行和帧。Sensor架构及工作流程Pixel array 完成光电转换模拟电路 把电信号转换成数字信号数字电路 控制sensor工作,数字信号处理, 根据需要输出不同格式MIPI 把数字信号以mipi协议格式输出其它辅助电路 如有的sensor带有OTPSensor的寄存器控制Timing 包括sensor内部各个模块的工作时序关系,时钟频率,工作模式,相关配合关系等模块电路功能控制 包括子模块电路的开关,电气性能调节等寄存器分为两类,一类为timing控制寄存器,如pll频率控制,hb,vb,全尺寸或binning等模式选择等等;另外一类寄存器为内部电路性能控制,如pixel LDO使能,输出电压控制,pad驱动能力等等。ADCADC(Analog to Digital Converter),模数转换器,把模拟信号转换为二进制的数字信号。如8bit的ADC输出数字码为0~1111 1111(255)。ADC Range即ADC的有效输入范围 如8bit ADC Range=500mv,输入信号大于等于500mv时,转换输出码值为255.在sensor中ADC Range不能大于pixel的最大输出电压,如pixel最大输出电压为400mv,而ADC Range为500mv,显然输出图像最亮的部分都不能到255,会导致图像高亮发粉。当出现adc range大于pixel最大输出电压时,要么减小adc range,要么放大pixel信号再做量化。这就是在某些项目中最小增益不是1倍的原因。Gain增益(gain)分为模拟增益和数字增益 模拟增益指在模拟电路中把pixel输出的电信号进行放大,而数字增益指的电信号完成模数转换后,把数字信号进行放大(自动增益主要是调节模拟增益)。把信号放大的作用主要是增加输出图像亮度,而增益越大噪声也会相对更为明显,在实际项目中都需要根据sensor的具体情况确定最大增益和最小增益。增益的寄存器控制:h’10-1倍h’20-2倍~~h’f0-15倍增益调节分为4档1倍到2倍步长1/162倍到4倍步长1/84倍到8倍步长1/48倍到15.5倍步长1/2频率计算PLL频率计算 芯片输入E_clk,通过PLL倍频获得一个很高频率的pll_clk,芯片内部时钟均由pll_clk分频获得,pll_clk的频率由通常由两个寄存器共同配置。P0:0x2fpll_ctrl_buf7~0[6:2] pll_nc[1:0] pll_mc0x10P0:0x34buf_pll_outdiv1~0Pll frequency divider control00--- 1
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