快速和低速工作-使用新的KAF-09001圖像傳感器

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         作者：Michael DeLuca，安森美半導體

當用一個新的圖像傳感器進行初始設計時，關鍵一步是了解該新器件的預期用途– 描述客戶希望產品如何工作的“用例”。客戶主要想器件以高幀率工作，還是在低光照條件下工作？或者它們將被優化以實現低功耗，或低讀出噪聲？有時，似乎只 要列出客戶對所設計的新產品的興趣所在即可。但是產品通常不只用于一方面，當新產品的目標用例似乎將設計推向相反的方向時，事情可能變得復雜

以新的KAI-09001圖像傳感器為例。該全幀CCD像我們現有的KAF-09000圖像傳感器，提供捕獲數字X光系統中圖像所需的高性能。這兩款器件都提供900萬像素分辨率及大的12微米像素，提供高靈敏度、高動態范圍和低噪聲–這些特性支持捕獲關鍵細節，同時有助于限制使用的X射線劑量。

但對于新的KAF-09001，我們還想支持一個額外的用例–使數字X光系統結合一個高靈敏度的視頻模式，可以在最終的高分辨率捕獲前用于患者定位。這增加設備的靈敏度甚至進一步適應（相對）短的曝光時間，和提高數據的讀出速度，以實時提供這方面的信息。

乍一看，這兩個用例似乎是矛盾的。要讀出噪聲低，您需要低速操作設備–但您需要支持視頻模式的高速。為了獲得足夠的光敏感性以支持視頻模式，您需要增加像素大小–減少最終圖像捕獲可提供的分辨率，或增加成本。

解決這矛盾需要一點創意工程。為加快速度，我們首先將該器件的輸出數從一增加至四，從而提高了吞吐量，而不需要改變現有的（經證實的）低噪聲放大器 設計。我們還修改了CCD的水平寄存器的電荷容量，以支持最大的水平時鐘速度的增加。這還令器件能低速運行，但當器件工作于視頻模式時提供額外的帶寬。

最后，我們稍稍調節了像素數，將該新器件優化用于2 x 2和3 x 3 binning，不僅提高了成像的靈敏度（減少X射線曝光），也減少數據發送量（進一步提高幀速率）用于視頻模式。

總之，結果是，圖像傳感器在讀出選擇方面非常靈活。對于視頻成像，像素可以binned，傳感器以最快速度運行，以每秒10幀產生100萬像素的圖 像流。但是，當捕獲最終圖像時，可以關閉binning，輸出速度降低，從而以低噪聲捕獲全分辨率圖像，保留應用所需的重要細節。

也就是說，一個圖像傳感器優化用于兩種不同的用例–就像醫生針對不同病人有不同的醫囑。

在今天的電子行業中，OEM力圖讓他們的工程團隊花最少的時間選擇器件和創建分立設計。他們希望這些團隊能夠快速實施方案，騰出內部資源以專注于核心競爭力，形成競爭優勢和產品差異化。

為了解決這一趨勢，半導體制造商正在許多方面改進他們的產品，包括更全面和更智能的IC的開發。這樣的IC通常能以單個器件解決以前可能需要許多器 件的復雜的設計挑戰。例如，智能功率器件（IPD）集成PFC、三相逆變器輸出、預驅動和保護功能，大大簡化了電機控制應用的實施。

然而，這只是起點。半導體制造商需要做的是給他們的客戶提供-無論他們在世界的何處-生態系統，包括產品、工具、參考設計、工程支持和第三方硬件和軟件的多種組合。這樣，他們在幫助那些客戶減少從最初概念到最終產品的時間方面可以起到舉足輕重的作用。