CMOS圖像傳感器IBIS5-B-1300的驅(qū)動時序設(shè)計
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1 IBIS5-B-1300圖像傳感器
1．1 芯片簡介
Cypress公司的IBIS5-B-1300將模擬圖像獲取、數(shù)字化和數(shù)字信號處理的功能集成在單一芯片中，是一款高性能的CMOS圖像傳感器。這款130萬像素(1 280×1 024)的圖像傳感器可以采用SXGA或VGA格式輸出，幀頻可達27．5 f／s(1 280×1 024)或106 f／s(640×480)。
其主要特點如下：
(1)6．7μm的高填充因子像素單元。它可使器件的靈敏度較高，噪聲較小。
(2)高的動態(tài)范圍(單斜率積分下為64 dB)。當采用雙斜率積分或多斜率積分時，動態(tài)范圍可進一步提高。
(3)片載可調(diào)整增益和偏置的輸出放大器。它能使信號的抖動限制在片載10 b ADC的輸入范圍之內(nèi)。
(4)片載40 MHz的10 b ADC。它可直接對輸出模擬信號進行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，該ADC在電氣上與圖像傳感器分離，如果需要，可選擇不經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換而直接輸出模擬信號。
(5)隨機開窗模式和亞采樣模式。隨機開窗模式可以只對感興趣的區(qū)域進行讀出；亞采樣模式可以很好地滿足圖像壓縮的需要。
(6)片載時序與控制邏輯序列發(fā)生器、內(nèi)部寄存器。它可使得設(shè)計者用較少的信號來控制傳感器的工作。
1．2 工作原理
IBIS5-B-1300內(nèi)部有12個寄存器，提供傳感器工作所需的參數(shù)及工作方式。對寄存器寫入的數(shù)據(jù)決定了傳感器的工作狀態(tài)。寄存器的數(shù)據(jù)寫入接口有3種：并行接口、串行三線接口、串行兩線接口?？赏ㄟ^芯片的IF_MODE和SER_MODE管腳接不同的值來選擇不同的數(shù)據(jù)接口模式(如表1所示)。
并行接口使用16 b并行輸入來載入新的寄存器值。串行3線接口(或串轉(zhuǎn)并接口)使用串行接口將數(shù)據(jù)移入寄存器緩沖器，當完整的數(shù)據(jù)字移入寄存器緩沖器時，數(shù)據(jù)字才被載入當前正在編碼的寄存器。串行2線是一個單向的接口，本文暫不做分析。
IBIS5-B-1300具有兩種快門方式：卷簾快門和同步快門，用寄存器(0000)的bitO進行設(shè)定，“1”為卷簾快門，“0”為同步快門。時序如圖1，圖2所示。
在卷簾快門模式下，幀頻Frame period=(Nr．Lines×(RBT+Pixel Period*Nr．Pixels))。
在同步快門模式下，幀頻Frame period=Tint+Tread out=Tint+(Nr．Lines×(RBT+Pixel Period×Nr．Pixels))。其中，Tint為積分(曝光)時間；Nr．Lines為每幀讀出的行數(shù)；Nr．Pixels為每行讀出的像素數(shù)；RBT為行空白時間(典型值為3．5 ms)；Pixel Period為1／40 MHz=25 ns。
卷簾快門中有兩個y方向的移位寄存器，一個指向正在被讀出的行，另一個指向正在被復(fù)位的行，兩個指針由同一時鐘y_clock(行時鐘)驅(qū)動，它們之間的差值代表了光積分時間。在卷簾快門模式下，像素的讀出和復(fù)位同時進行，每行像素的復(fù)位和讀出是順序進行的(見圖3)。像素的積分時間可以通過寄存器INT_TIME來修改。在這種模式下，像素在不同的時刻感光，因而在采集動態(tài)圖像時會產(chǎn)生模糊。
在同步快門模式下，所有像素的光積分在同一時刻進行的。所有像素同時被復(fù)位，在經(jīng)過光積分后，像素的值被存儲在每個像素的存儲節(jié)點上，然后逐行依次讀出。像素的光積分和讀出是串行的，在像素讀出時，積分被禁止，因而可以避免卷簾快門所產(chǎn)生的動態(tài)圖像模糊的問題。此外，同步快門支持多斜率積分，可獲得比卷簾快門更高的動態(tài)范圍。
綜上分析，在使用這款成像器芯片時，對快門方式要根據(jù)應(yīng)用的場合進行選擇，在對快速運動的物體進行捕獲或要求有高的動態(tài)范圍時應(yīng)選擇同步快門；而在對圖像的幀速率要求較高或要對圖像進行連續(xù)采集時應(yīng)選擇卷簾快門。
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