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高性能大動態范圍 CMOS 圖像傳感器的研發

成果與項目的背景及主要用途：該項目是天津市科技發展計劃項目，通過了科委組織的專家驗收。項目組采用自頂向下的設計方法，完成了 CMOS 圖像傳感器 1024×768 像素陣列的版圖設計，通過了仿真驗證，結果達到了設計要求。在 Chartered 公司0.35um 工藝線上成功試制了關鍵模塊和小規模完整的 CMOS 圖像傳感器樣片。樣片工作正常，能夠正確的拍攝運動物體，各項指標均滿足設計要求。背景：CMOS 圖像傳感器是當前已廣泛用于民用、工業、科技和國防領域的各類圖像攝取系統，近年來民用電子產品領域發展迅猛，如照相手機、PC 機、像機等。該成果主要用于圖像攝取系統的核心部件—CMOS 圖像傳感器設計中。技術原理與工藝流程簡介：CMOS 圖像傳感器利用成熟的 CMOS 工藝制作光敏像素單元，因此可以把光電接收器和信號處理電路集成在單個芯片上。主要設計內容包括：像素陣列、消噪放大電路、模數轉換器、時序控制電路和測試系統設計。采用自頂向下的設計方法，首先根據功能要求對系統進行架構設計，將系統分為時序控制電路部分（數字電路實現）和從像素陣列到 AD 轉換的信號處理部分（模擬電路實現）。版圖設計完成后，導出 GDSII 文件，在新加坡 Chartered 公司 0.35um 工藝線進行流片，然后進行封裝。根據芯片工作對外界的要求設計 PCB電路板，搭建測試系統，對芯片功能和各項電學指標進行測試分析。技術水平及專利與獲獎情況：技術水平屬國內先進。應用前景分析及效益預測：該項目取得了 CMOS 圖像傳感器的核心設計技術，可用于各種CMOS圖像傳感器設計中，中國CMOS圖像傳感器市場需求龐大，年復合成長率達到 60%，因此有著廣闊的應用前景。目前國外同類產品的銷售價格遠遠高于芯片的開發成本，因此存在很大的利潤空間，將產生很好的經濟效益。功能上可完全兼容、并替代進，通過合作根據市場需求，隨時調整產品種類和指標，使經濟效益最大化。應用領域：CMOS 圖像傳感器廣泛應用于消費類、工業和科技等各個領域。民用領域：拍照手機、數碼相機、可視門鏡、攝像機、汽車防盜等；工業領域：生產監控、安全監控等。

天津大學 2021-04-11

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