快速和低速工作-使用新的KAF-09001图像传感器

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    作者： Michael DeLuca，安森美半导体

当用一个新的图像传感器进行初始设计时，关键一步是了解该新器件的预期用途– 描述客户希望产品如何工作的“用例”。客户主要想器件以高帧率工作，还是在低光照条件下工作？或者它们将被优化以实现低功耗，或低读出噪声？有时，似乎只 要列出客户对所设计的新产品的兴趣所在即可。但是产品通常不只用于一方面，当新产品的目标用例似乎将设计推向相反的方向时，事情可能变得复杂

以新的KAI-09001图像传感器为例。该全帧CCD像我们现有的KAF-09000图像传感器，提供捕获数字X光系统中图像所需的高性能。这两款器件都提供900万像素分辨率及大的12微米像素，提供高灵敏度、高动态范围和低噪声–这些特性支持捕获关键细节，同时有助于限制使用的X射线剂量。
但对于新的KAF-09001，我们还想支持一个额外的用例–使数字X光系统结合一个高灵敏度的视频模式，可以在最终的高分辨率捕获前用于患者定位。这增加设备的灵敏度甚至进一步适应（相对）短的曝光时间，和提高数据的读出速度，以实时提供这方面的信息。
乍一看，这两个用例似乎是矛盾的。要读出噪声低，您需要低速操作设备–但您需要支持视频模式的高速。为了获得足够的光敏感性以支持视频模式，您需要增加像素大小–减少最终图像捕获可提供的分辨率，或增加成本。

解决这矛盾需要一点创意工程。为加快速度，我们首先将该器件的输出数从一增加至四，从而提高了吞吐量，而不需要改变现有的（经证实的）低噪声放大器 设计。我们还修改了CCD的水平寄存器的电荷容量，以支持最大的水平时钟速度的增加。这还令器件能低速运行，但当器件工作于视频模式时提供额外的带宽。
最后，我们稍稍调节了像素数，将该新器件优化用于2 x 2和3 x 3 binning，不仅提高了成像的灵敏度（减少X射线曝光），也减少数据发送量（进一步提高帧速率）用于视频模式。
总之，结果是，图像传感器在读出选择方面非常灵活。对于视频成像，像素可以binned，传感器以最快速度运行，以每秒10帧产生100万像素的图 像流。但是，当捕获最终图像时，可以关闭binning，输出速度降低，从而以低噪声捕获全分辨率图像，保留应用所需的重要细节。
也就是说，一个图像传感器优化用于两种不同的用例–就像医生针对不同病人有不同的医嘱。
在今天的电子行业中，OEM力图让他们的工程团队花最少的时间选择器件和创建分立设计。他们希望这些团队能够快速实施方案，腾出内部资源以专注于核心竞争力，形成竞争优势和产品差异化。
为了解决这一趋势，半导体制造商正在许多方面改进他们的产品，包括更全面和更智能的IC的开发。这样的IC通常能以单个器件解决以前可能需要许多器 件的复杂的设计挑战。例如，智能功率器件（IPD）集成PFC、三相逆变器输出、预驱动和保护功能，大大简化了电机控制应用的实施。
然而，这只是起点。半导体制造商需要做的是给他们的客户提供-无论他们在世界的何处-生态系统，包括产品、工具、参考设计、工程支持和第三方硬件和软件的多种组合。这样，他们在帮助那些客户减少从最初概念到最终产品的时间方面可以起到举足轻重的作用。