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索尼開發(fā)出新款背照式CMOS傳感器

時間：2018-02-28 14:35:00 來源: 軒展科技瀏覽數(shù): 1264

（東京，日本）——索尼公司宣布開發(fā)出配備全局快門功能※1，擁有146萬像素的背照式CMOS影像傳感器。新開發(fā)的像素并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器能將所有同時曝光的像素模擬信號立即轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號。索尼于2018年2月11日在美國舊金山舉行的國際固態(tài)電路會議（ISSCC）上展示了這項新技術(shù)。

目前市面上的CMOS影像傳感器是采用傳統(tǒng)的縱列A/D轉(zhuǎn)換方法※2逐行讀取由像素經(jīng)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的模擬信號，這種方式容易產(chǎn)生讀取時移，從而導致圖像失真（焦平面失真）。

而這款全新的索尼傳感器配有最新研發(fā)的低電流緊湊型A/D轉(zhuǎn)換器，它們位于每個像素下方。這些A/D轉(zhuǎn)換器可立即將所有來自同時曝光的像素模擬信號并行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其暫時存儲在數(shù)字存儲器中。這種結(jié)構(gòu)能減少讀取時移導致的焦平面失真，因而具備了全局快門功能※1，這是業(yè)界首款※3用于高靈敏度背照式CMOS傳感器的百萬像素級并行A/D轉(zhuǎn)換器。

與傳統(tǒng)的縱列A/D轉(zhuǎn)換方法※2相比，新款傳感器所用到的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)量增加至約1000倍，這意味著對電流的需求激增了。索尼則通過開發(fā)一款緊湊型14位A/D轉(zhuǎn)換器解決了這個問題，該轉(zhuǎn)換器在低電流環(huán)境下?lián)碛袠I(yè)界最佳性能※4。

新款傳感器的A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字存儲器空間都采用堆疊結(jié)構(gòu)，這些元件集成在底部芯片中。頂部芯片上每個像素之間的連接使用Cu-Cu（銅 - 銅）連接※5，索尼于2016年1月實現(xiàn)批量生產(chǎn)，這也是該技術(shù)首次實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

另外，該傳感器采用了新開發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸機制，能夠在A/D轉(zhuǎn)換過程中實現(xiàn)高速且大規(guī)模地并行數(shù)據(jù)讀取。

※1：此項功能可有效減少因逐行讀取像素信號而引起的圖像失真（焦平面失真）。

※2：此方法為并行配置中的每個垂直行像素提供A/D轉(zhuǎn)換器。

※3：截至2018年2月13日。

※4：截至2018年2月13日。FoM（靈敏值）：0.24e-?nJ/step。（功耗×噪聲）/{像素數(shù)量×幀速×ADC分辨率）}。

※5：該技術(shù)在累加背照式CMOS影像傳感器部分（頂部芯片）和邏輯電路（底部芯片）時，通過連接的Cu（銅）焊盤持續(xù)供電。與硅通孔（TSV）布線相比，該方法通過在像素區(qū)周圍穿透電極來實現(xiàn)連接，讓設(shè)計更為自由，生產(chǎn)力更強，尺寸更小，性能更高。索尼于2016年12月在舊金山的國際電子設(shè)備會議（IEDM）上展示了該項技術(shù)。

主要特點

通過以下核心技術(shù)，在高靈敏度的背照式CMOS影像傳感器中實現(xiàn)全局快門功能※1

    低電流、緊湊型的像素并行A/D轉(zhuǎn)換器

    為了減少能耗，新轉(zhuǎn)換器采用了可在亞閾值電流下運行的比較器，這款低電流、緊湊型的14位A/D轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了業(yè)界性能最佳※4。較之傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方法※2，它所采用的A/D轉(zhuǎn)換器增加至約1000倍，卻依然克服了由此帶來的電流需求壓力。

    銅 - 銅連接※5

    為了實現(xiàn)所有像素并行的A/D轉(zhuǎn)換，索尼公司開發(fā)了一種技術(shù)，可以將大約300萬個銅 - 銅連接※5搭在一個傳感器上。銅 - 銅連接提供了像素和邏輯基板之間的電氣連續(xù)性，保證了146萬個（同有效像素數(shù)）A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字存儲器的安全空間。

    高速數(shù)據(jù)傳輸建設(shè)

    索尼開發(fā)了一種新的讀取電路，以支持在A/D轉(zhuǎn)換過程中所需要的大規(guī)模并行數(shù)字信號傳輸。該轉(zhuǎn)換過程會用到146萬個A/D轉(zhuǎn)換器，以高速讀取和寫入所有的像素信號。