際此萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的來(lái)臨，圖像傳感可說(shuō)是促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應用的一個(gè)重要接口，是萬(wàn)物之“眼”。

 

 

智能家庭應用包括家居安防、智能門(mén)鎖/門(mén)鈴、可穿戴、智能家電、智能照明、嬰兒監護等多個(gè)終端應用，主要采用720p和1080p的圖像傳感器以滿(mǎn)足對圖像傳輸的要求，同時(shí)要求具備出色的微光夜視性能和抗高溫性能、低功耗、小體積。安森美半導體針對此類(lèi)應用的產(chǎn)品陣容如圖1所示，按照像素主要分為VGA、720p、1080p和全高清四個(gè)檔次。

 

圖1：安森美半導體用于智能家庭應用的圖像傳感器

 

在VGA的應用中，安森美半導體主要有ASX340、ASX350等系統單芯片(SoC)產(chǎn)品，具有低功耗、小封裝、高性能等特點(diǎn)，適用于智能照明等應用。針對720p，主要有AR0130、AR0140等產(chǎn)品，提供出色的微光性能和低功耗，用于智能門(mén)鈴/門(mén)鎖、家居安防系統等家居自動(dòng)化應用。1080p的產(chǎn)品主要有AR0230、AR0238、AR0239及AR0330等，具備高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)，適用于智能家居、車(chē)庫等應用。針對全高清的檔次，安森美半導體主要提供高性能的HDR產(chǎn)品，如AR1335、AR0430及 AR0521等，用于360度全景攝像機等應用。

 

AR0521是安森美半導體于2017年重點(diǎn)推出的明星產(chǎn)品，像素達500萬(wàn)，采用最新的2.2 um BSI技術(shù)，具備HDR及出色的微光成像性能，引領(lǐng)500萬(wàn)像素在模擬、網(wǎng)絡(luò )攝像機(IPC)及各種智能家居市場(chǎng)應用。AR0521光學(xué)尺寸1/2.5”，光學(xué)格式4:3，支持60 fps 線(xiàn)性輸出或30 fps T1/T2長(cháng)短曝光輸出，量子效率達83%，并提升近紅外(NIR)性能，使得在850 nm處量子效率達20%，在940nm出達到10%，輸出接口包括通用的4通道MIPI和安森美半導體獨有的HiSPi協(xié)議，采用12 x 12 mm mPLCC封裝，最大限度地實(shí)現價(jià)格與性能的平衡。AR0521目前已大量用于模擬、IPC、安防等市場(chǎng)，在全景、運動(dòng)DV等市場(chǎng)的應用也在開(kāi)發(fā)中。為了保證客戶(hù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的連續性，安森美半導體在不久的將來(lái)還會(huì )推出AR0521的增強版本，使得850nm處效率達到40%，940nm則也翻倍達到20%。
 

圖2展示了AR0521分別于100 lux和微光1 lux光照條件下的成像，可以看出其在兩種光照條件下的噪聲控制、細節保留、色彩還原等方面的表現都相當出色。

 

圖2：AR0521分別于100 lux和1 lux光照條件下的成像

 

 

掃描市場(chǎng)通過(guò)技術(shù)互聯(lián)使得產(chǎn)品的應用范圍從傳統的固定活檢、工業(yè)掃描擴展至如今流行的快遞、微信、支付寶掃碼等等。隨著(zhù)掃描需求的不斷增加，以及從目前的2D到未來(lái)的3D掃描，都對圖像傳感器提出了新的要求。

 

全局快門(mén)和卷簾快門(mén)是圖像傳感器的兩種曝光方式。卷簾快門(mén)采用逐行曝光的方式，當物體移動(dòng)時(shí)抓拍會(huì )產(chǎn)生變形和扭曲的圖像，而全局快門(mén)用所有像素點(diǎn)于同一時(shí)間捕獲影像數據的方式取代逐行曝光，最大限度地消除在移動(dòng)抓拍中物體的偽影。隨著(zhù)市場(chǎng)要求的提高，對全局快門(mén)圖像傳感器的需求會(huì )越來(lái)越多。全局快門(mén)要求像素內(in-pixel)存儲，這為圖像傳感器的設計帶來(lái)很多挑戰，如存儲單元占用像素面積，會(huì )影響像素表現，又如光與存儲區的干擾隔離，同時(shí)，全局快門(mén)需要更快的讀取速度。

 

針對掃描市場(chǎng)，安森美半導體提供優(yōu)質(zhì)的全局快門(mén)系列產(chǎn)品，可捕獲快速移動(dòng)的的對象，主要應用于掃碼的VGA、100萬(wàn)像素及更高像素輸出，產(chǎn)品經(jīng)市場(chǎng)驗證，質(zhì)量、信用及技術(shù)水平都得到客戶(hù)的廣泛認可，目前占據超過(guò)40%的市場(chǎng)份額。為了更全面地協(xié)助客戶(hù)，安森美半導體還提供完整的方案，包括整套的開(kāi)發(fā)工具，以便客戶(hù)評估、開(kāi)發(fā)、驗證，并持續創(chuàng )新。

 

對于用于掃描應用的圖像傳感器有兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)指標：線(xiàn)性滿(mǎn)井電荷容量(LFW)和全局快門(mén)效率(GSE)。以安森美半導體的AR0144全局快門(mén)傳感器為例，該器件提供最佳的3.0 um全局快門(mén)像素表現，LFW和GSE比競爭器件分別好2倍和5倍，從而可實(shí)現用更小的像素面積達到同樣甚或更高的靈敏度，同時(shí)對動(dòng)態(tài)范圍、芯片大小、成本等方面都有極大的優(yōu)化。而GSE越高，表明圖像受殘存電荷的影響越小，捕獲的圖像越均勻、真實(shí)。

 

AR0144是100萬(wàn)像素、3.0 um全局快門(mén)傳感器，光學(xué)尺寸1/4”，分辨率1280 x 800，最大幀率60 fps，采用2通道MIPI或并行接口，支持黑白和彩色版本，主光線(xiàn)角度(CRA)支持0度及25度，讀取噪聲低至3.7e-，在60C結溫的暗電流低至105 e-/秒，并具備低功耗和小封裝尺寸，除了用于條碼掃描，在玩具/游戲、無(wú)人機等市場(chǎng)也有廣泛的應用。

 

圖3：AR0144的關(guān)鍵性能、優(yōu)勢及終端應用 

 

AR0135是1/3”英寸、130萬(wàn)像素、3.75 um全局快門(mén)高性能傳感器，采用并行或HiSPi輸出接口，具有黑白和彩色版本，并提供通過(guò)汽車(chē)級認證的版本，適用于對圖像要求較高的掃描應用。

 

圖4：AR0135的關(guān)鍵性能、優(yōu)勢及終端應用

 

PYTHON480是高速曝光的VGA全局快門(mén)傳感器，專(zhuān)為適應掃描、無(wú)人機等市場(chǎng)而設計，分辨率800 x 600，最大幀率120 fps，像素大小4.8 um，采用安森美半導體專(zhuān)有的像素內相關(guān)雙采樣全局快門(mén)技術(shù)，具備低讀取噪聲、低功耗、高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍、高量子效率和緊湊的光學(xué)格式，適用于成本和尺寸敏感及電池供電的應用。

 

圖5：PYTHON480的關(guān)鍵性能及優(yōu)勢

 

 

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及檢驗系統、車(chē)牌識別、監控、科學(xué)研究、智能交通、機器人導引、運動(dòng)分析等許多應用。工業(yè)4.0、自動(dòng)化、機器人等都需要工業(yè)攝像機作為信息采集來(lái)源。該領(lǐng)域的成像要求因終端應用而異。更高性能意味著(zhù)具備更高分辨率、更高幀率、更小光學(xué)格式、更高靈敏度、更準確的色彩還原等，但很難有同時(shí)具備所有高性能特點(diǎn)的器件，即使有，成本也會(huì )相當高。因而需要根據不同的終端應用，有針對性地選擇最應考慮的方面來(lái)提升性能。

 

針對這一挑戰，安森美半導體提供同時(shí)具有優(yōu)異的影像質(zhì)量、多種分辨率選項、高帶寬能力(高分辨率+幀率)、配置(黑白、彩色、近紅外NIR等)選項、簡(jiǎn)化設計和具性?xún)r(jià)比的單個(gè)攝像機平臺PYTHON系列。

 

PYTHON系列具有以下優(yōu)勢：

 

1、采用全局快門(mén)、像素內雙采樣和片上固定模式噪聲(FPN)校正技術(shù)，擁有先進(jìn)的成像品質(zhì)；

 

2、高靈敏度設計：高量子效率，具備黑白、彩色和增強的NIR靈敏度等多種配置；

 

3、高帶寬：多達32個(gè)低壓差分信號(LVDS)通道，滿(mǎn)足現代接口，數據速度超過(guò)20 GB/s；

 

4、窗口讀取(ROI)：支持多達32個(gè)可編程ROI，幀與幀之間可配置，實(shí)現二次速度增加；

 

5、多配置選項：支持CSP、pLCC封裝選項，提供低功耗版本以降低成本，并提供帶或不帶保護膜選項，以及彩色、黑白、增強的NIR版本

 

6、僅需兩塊PCB就能制造36種攝像機，覆蓋從VGA至2500萬(wàn)像素的9個(gè)分辨率。如PYTHON 300、PYTHON 500、PYTHON 1300共用一個(gè)封裝，PYTHON 2000、PYTHON 5000共用一個(gè)封裝，而這兩種封裝又可共用設計為ISP8的復合封裝，從而實(shí)現5個(gè)分辨率共用一塊PCB。另外，PYTHON 10K、12K、16K、25K共用一個(gè)封裝。這樣通過(guò)單個(gè)攝像機實(shí)現多個(gè)配置的設計，大大節省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

 

圖6：PYTHON系列全局快門(mén)CMOS傳感器關(guān)鍵規格

 

輸出接口方面，PYTHON系列支持LVDS、并行和低成本三種版本。

 

 

圖像傳感器是萬(wàn)物之“眼”。安森美半導體是物聯(lián)網(wǎng)成像應用領(lǐng)域的佼佼者，提供寬廣的圖像傳感器陣容和先進(jìn)的成像技術(shù)，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)多個(gè)細分領(lǐng)域的成像需求，尤其在汽車(chē)成像、先進(jìn)駕駛輔助系統、條碼掃描、機器視覺(jué)、安防及太空等成像領(lǐng)域稱(chēng)冠全球，并利用在成像領(lǐng)域的經(jīng)驗和專(zhuān)長(cháng)不斷創(chuàng )新以配合市場(chǎng)趨勢，輔以在上海的影像工程方案中心和在北京、上海、深圳的現場(chǎng)應用工程團隊，為客戶(hù)提供完整的參考設計及功能模塊的設計和驗證等全方位支持，幫助客戶(hù)加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程。