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第1章 概述1

1.1 图像传感器的一般概念1

1.2 图像传感器技术的发展历程3

1.2.1 电子管时代和图像扫描技术3

1.2.2 CCD图像传感器和像素概念6

1.2.3 CMOS图像传感器10

1.3 CMOS图像传感器的特点11

1.3.1 有源像素传感器11

1.3.2 CMOS图像传感器的集成12

1.3.3 CMOS系统集成和数字图像革命13

1.4 CMOS图像传感器的应用14

1.4.1 数字电视和视频摄像14

1.4.2 静止图像数码照相机15

1.4.3 移动通信和便携设备的摄像功能17

1.4.4 高清晰度数字电影摄像技术17

第2章 CMOS图像传感器系统20

2.1 CMOS图像传感器的基本结构20

2.1.1 CMOS图像传感器的框图20

2.1.2 CMOS图像传感器芯片的封装22

2.2 CMOS图像传感器的性能23

2.2.1 光电转换的原理和性能23

2.2.2 图像清晰度25

2.2.3 图像刷新速率和高速摄影26

2.2.4 图像数据的字长27

2.3 CMOS超大规模集成简述27

2.3.1 CMOS器件的基本结构和原理28

2.3.2 CMOS工艺和版图32

2.3.3 CMOS超大规模集成的设计方法学35

第3章 有源像素传感器41

3.1 基本有源像素传感器41

3.1.1 3T-APS电路原理41

3.1.2 3T-APS版图43

3.1.3 像素的填充系数44

3.2 4T-APS像素46

3.2.1 埋入型光电二极管46

3.2.2 3T-APS的输出电压问题46

3.2.3 4T-APS原理47

3.2.4 4T-APS电路和版图49

3.3 5T-APS像素50

3.4 像素的光学结构52

3.4.1 光遮蔽和滤光层52

3.4.2 微透镜53

3.4.3 背光微像素结构54

第4章 像素阵列和电子快门55

4.1 像素阵列结构55

4.1.1 像素排列和图像分辨率55

4.1.2 阵列中像素的互连57

4.2 阵列的电子快门曝光59

4.2.1 滚动快门曝光59

4.2.2 全局快门曝光62

4.3 图像阵列信号的读出66

4.3.1 像素阵列的列读出66

4.3.2 像素和阵列读出速率68

4.3.3 并行列读出69

4.4 阵列的选择曝光读出71

4.5 彩色图像的获得74

4.5.1 拜尔彩色阵列74

4.5.2 弗翁彩色图像传感器75

第5章 像素阵列曝光读出电路78

5.1 像素阵列读出电路78

5.1.1 固定图案噪声78

5.1.2 相关双取样原理80

5.1.3 CDS读出电路原理81

5.1.4 4T-APS像素阵列的CDS读出电路84

5.2 像素阵列曝光读出控制86

5.2.1 像素阵列曝光读出时序86

5.2.2 译码型扫描电路87

第6章 图像信号的模数转换和数据传输93

6.1 图像信号的高速模数转换93

6.1.1 逐次逼近数模转换电路原理93

6.1.2 直接比较高速模数转换电路96

6.1.3 高速逐次逼近模数转换电路97

6.1.4 图像高速模数转换电路的系统设计100

6.2 图像数据的高速传输100

6.2.1 高速图像数据传输的系统设计100

6.2.2 高速图像数据差分传输102

第7章 CMOS图像传感器芯片版图设计106

7.1 混合CMOS芯片版图106

7.2 隔离107

7.2.1 PN结隔离107

7.2.2 深阱隔离108

7.3 集成电容器109

7.3.1 MOS电容器110

7.3.2 MiM电容器111

7.4 CMOS图像传感器芯片版图布局112

结束语115

附录A 术语索引117

参考文献126