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揭密Sony三层堆栈式CMOS影像传感器

导读: Sony在日前的ISSCC上发表了一款看来像是真的3层堆栈式CMOS传感器组件的细节,这马上就引起了我们在TechInsights的影像传感器专家们的兴趣...

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在今年二月举行的国际固态电路会议(ISSCC)期间,Sony宣布推出“业界首款配备DRAM的三层堆栈式CMOS影像传感器”,这款型号为IMX400的三层堆栈式感光组件(Exmor RS)是专为智能型手机而打造的。

为了加速影像数据处理,业界多年来一直流传着在互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器中配备嵌入式动态随机存取内存(DRAM)的种种消息,但至今尚未看到任何相关产品投入生产或实际上市。

Sony在ISSCC会议上发表的研究论文揭露了新款感光组件的相关细节,它确实看来像是真有那么回事,这当然马上引起了我们在TechInsights的影像传感器专家们的关注。接着,Sony在其后举行的全球行动通讯大会(Mobile World Congress;MWC)确认了该组件的生产状况,并宣布其Xperia XZ Premium和Xperia XZ两款旗舰级智能型手机搭载了具有960fps画面更新率的Motion Eye相机模块。

我们尽可能地在Xperia XZ手机一上市就立刻入手,并横切其后置相机芯片进行观察。没想到它真的是三层堆栈的感光组件!这款CMOS影像传感器(CIS)被面对背地安装在DRAM上,使得DRAM与影像讯号处理器(ISP)面对面接在一起。

揭密Sony三层堆栈式CMOS影像传感器

图1:Sony三层堆栈式CMOS影像传感器的芯片横截面

然而,我们似乎是超之过急了,因此,让我们先来看看Sony的新闻稿以及在ISSCC发表的论文细节吧!

揭密Sony三层堆栈式CMOS影像传感器

图2:Sony CMOS影像传感器的讯号路径方块图

Sony在其较早的19Mp影像传感器中使用双模拟/数字转换器(ADC),为画素数据进行数字化。而今,该公司使用4层ADC的结构提高读取速度,同时也改善了处理能力。DRAM则用于暂时储存高速数据,然后再以传感器接口的最佳速率输出。该设计使其能以1/120秒读取1,930万画素的静态影像,而在影片模式下可达到1,000fps的画面更新率,较以往产品的静态影像与动态影片分别提高了4倍和8倍的速度。

由于在CIS和ISP之间加进了DRAM夹层,高速数据必须经过内存芯片才能到达ISP,然后再以适于应用处理器的常规速度,来回传送直到经由ISP的I/F接口区块进行输出。

揭密Sony三层堆栈式CMOS影像传感器

图3:Sony新开发配备DRAM的三层堆栈式CMOS影像传感器

图3是这种传感器运作原理的精简版;但在Sony发表的论文中有更详细的介绍,包括960fps如何成像以及慢动作的工作原理。

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