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高性能大动态范围 CMOS 图像传感器的研发

成果与项目的背景及主要用途：该项目是天津市科技发展计划项目，通过了科委组织的专家验收。项目组采用自顶向下的设计方法，完成了 CMOS 图像传感器 1024×768 像素阵列的版图设计，通过了仿真验证，结果达到了设计要求。在 Chartered 公司0.35um 工艺线上成功试制了关键模块和小规模完整的 CMOS 图像传感器样片。样片工作正常，能够正确的拍摄运动物体，各项指标均满足设计要求。背景：CMOS 图像传感器是当前已广泛用于民用、工业、科技和国防领域的各类图像摄取系统，近年来民用电子产品领域发展迅猛，如照相手机、PC 机、像机等。该成果主要用于图像摄取系统的核心部件—CMOS 图像传感器设计中。技术原理与工艺流程简介：CMOS 图像传感器利用成熟的 CMOS 工艺制作光敏像素单元，因此可以把光电接收器和信号处理电路集成在单个芯片上。主要设计内容包括：像素阵列、消噪放大电路、模数转换器、时序控制电路和测试系统设计。采用自顶向下的设计方法，首先根据功能要求对系统进行架构设计，将系统分为时序控制电路部分（数字电路实现）和从像素阵列到 AD 转换的信号处理部分（模拟电路实现）。版图设计完成后，导出 GDSII 文件，在新加坡 Chartered 公司 0.35um 工艺线进行流片，然后进行封装。根据芯片工作对外界的要求设计 PCB电路板，搭建测试系统，对芯片功能和各项电学指标进行测试分析。技术水平及专利与获奖情况：技术水平属国内先进。应用前景分析及效益预测：该项目取得了 CMOS 图像传感器的核心设计技术，可用于各种CMOS图像传感器设计中，中国CMOS图像传感器市场需求庞大，年复合成长率达到 60%，因此有着广阔的应用前景。目前国外同类产品的销售价格远远高于芯片的开发成本，因此存在很大的利润空间，将产生很好的经济效益。功能上可完全兼容、并替代进，通过合作根据市场需求，随时调整产品种类和指标，使经济效益最大化。应用领域：CMOS 图像传感器广泛应用于消费类、工业和科技等各个领域。民用领域：拍照手机、数码相机、可视门镜、摄像机、汽车防盗等；工业领域：生产监控、安全监控等。

天津大学 2021-04-11