CMOS图像传感器的组成与工作原理

典型的CMOS图像传感器由像素单元阵列及辅助电路构成。其中像素单元阵列主要实现光电转换功能，辅助电路主要完成驱动信号的产生、光电信号的处理、输出等任务。

（一）像素单元阵列

像素单元阵列是由光电二极管和MOS场效应管阵列构成的集成电路。像素单元阵列X和Y方向排列成方阵，方阵中的每一个单元都有它的X、Y方向上的地址，并可分别由2个方向的地址译码器进行选择；每一列像素单元都对应于一个列放大器，列放大器的输出信号分别与由X方向地址译码器控制的模拟多路开关相连。在实际工作中，CMOS图像传感器在Y方向地址译码器的控制下依次接通每行像素单元的模拟开关，信号通过行开关传送到列线上，再通过X方向地址译码器的控制，传送到放大器。输出放大器的输出信号由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。

（二）CMOS图像传感器辅助电路

由于与电子CMOS工艺完全兼容，CMOS图像传感器可实现像素单元阵列、信号读出电路、信号处理电路和控制电路的高度集成。典型的CMOS图像传感器主要由像素单元阵列、水平/垂直控制和时序电路、模拟信号读出处理电路、A/D转换电路、数字信号处理电路和接口电路等构成。CMOS图像传感器的时序电路主要产生各种驱动和控制脉冲：模拟信号处理电路集成了自动增益控制（AGC），自动曝光补偿（AEC）、自动白平衡（AWB）、伽玛校正、背光补偿和自动黑电平校正等电路；数字信号处理电路集成有彩色矩阵处理电路和全电视信号编码器，可输出标准的NTSC或PAL制式的全电视信号，可通过A/D转换电路实现数字图像输出，片上功能可通过I2C接口电路控制。

（三）CMOS图像传感器的工作流程

由于CMOS图像传感器的组成部分较多而且较为复杂，这就需要使诸多的组成部分按一定的程序工作。为了实施工作流程，还要设置时序脉冲，利用它的时序关系去控制各部分的运行次序，并用它的电平或前后沿信号去适应各组成部分的电气性能。

CMOS图像传感器的典型工作流程如下。

1.初始化

初始化时要确定器件的工作模式，如输出偏压、放大器的增益、取景器是否开通等，并设定积分时间。

2.帧读出（YR）移位寄存器初始化

利用同步脉冲SYNC-YR，可以使YR移位寄存器初始化。SYNC-YR为行启动脉冲序列，不过在它的第一行启动脉冲到來之前，有一消隐时间，在此期间内要发送一个帧启动脉冲。

3.启动行读出SYNC-YR指令

可以启动行读出，从第一行（Y=0）开始，直到Y=Ymax止；Ymax等于行的像素单元减去积分时间所占用的像素单元。(www.xing528.com)

4.启动X移位寄存器

利用同步信号SYNC-X，启动X移位寄存器开始读数，从X=0起，到X=Xmax止；X移位寄存器存一幅图像信号。

5.信号采集

A/D转换器对一幅图像信号进行A/D数据釆集。

6.启动下一行读数

读完一行后，发出指令，接着进行下一行读数。

7.复位

帧复位是用同步信号SYNC-YL控制的，从SYNC-YL开始至SYNC-YR出现的时间间隔便是曝光时间。为了不引起混乱，在读出信号之前应当确定曝光时间。

8.输出放大器复位

用于消除前一个像素单元信号的影响，由脉冲信号SIN控制对输出放大器的复位。

9.信号釆样/保持

为适应A/D转换器的工作，设置采样/保持脉冲，该脉冲由脉冲信号SHY控制实现上述工作流程需要一些同步脉冲信号，这些脉冲信号按时序利用脉冲的前沿（或后沿）触发，确保CMOS图像传感器按事先设定的程序工作。