入门级！没有任何基础就能看懂CMOS图像传感器！

Sensor，作为摄像头模组最重要的一部分，其总价值占比超过50%，在摄像头模组及相关行业，提到“Sensor”这个词，一般代指图像传感器。目前，除了一些特殊领域，CMOS图像传感器占据绝大部分市场。本期，我们将简单介绍CMOS图像传感器的一些基础概念和名词概念。

01、什么是CMOS图像传感器？
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），即互补金属氧化物半导体，是一种可记录光线变化的半导体，主要利用硅和锗做成的半导体，使其在CMOS上共存着N型和P型半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读称图像。
CMOS图像传感器（CMOS imager Sensor ）,简称CIS，即采用CMOS工艺的图像传感器，一种利用光电技术原理所制造的图像传感元件。


02、像素
像素（Pixel），是图像传感器的最小感光单元，像素阵列排列在一起形成了图像传感器的感光区域。
像素尺寸（Pixel Size），是指图像传感器单个感光元件的尺寸，一般我们能看到两种表述，比如1.12μm或者1.12μm×1.12μm。像素的尺寸越大，接收光子的数量就越多，同光照条件和曝光时间内产生的电荷也越多。
有效像素（Number of effective pixels ），是指CIS中能够进行有效的光电转换并输出图像信号的像素，是衡量CIS的重要技术指标。例如索尼的经典CIS——IMX586，有效像素为8000（H）×6000（V），表示横列像素数目为8000，竖列像素数目为6000，两个数字相乘为4800万，也被称为48M或者48MP。M、MP是Megapixel（百万像素）的简称。


03、光学尺寸/靶面尺寸
我们经常会看到，几点几分之一的Sensor，这便说的是CMOS图像传感器的尺寸，这个尺寸是指传感器的靶面尺寸，主要是通过计算传感器靶面的对角线长度，再将其换算成英寸，比如常见的1英寸（1"）、1/2英寸（1/2"）、1/4英寸（1/4"）等等。


04、帧率
帧率（Frame Rate），代表单位时间所记录或者播放的图片的数量，每秒的帧率表示图形传感器在处理场时每秒钟能够更新的次数，帧数越高，表现出来的画面更流畅。比如三星的HP1，其帧率有一项为30fps @8K，表示传感器能够以 30fps 的速度录制 8K 视频。

05、CFA
CFA（Color Filter Array），即彩色滤波列阵，由于CIS本身是无法感受光的波长，也就是不能感知颜色，CFA的作用是为了让CIS能够感受色彩，目前主流采用Bayer阵列，也称RGGB或者RGB Bayer。没有CFA的传感器形式被称为monochrome（MONO），也就是黑白传感器，MONO传感器的层次过渡更加细腻，信噪比也更高。




06、像素类型/像素技术
主要分为FSI（前照式）和BSI（背照式）两种，前照式的金属布线层在CFA和光电二极管的中间，当光线进入二极管时会有损失，背照式则将金属布线层放在了光电二极管的下面，光线透过彩色滤波片后可直接进入到光电二极管，这种结构不仅增大了进光量，且有效抑制了光线射入角变化引起的感光度下降。如今，背照式已成为中高端CIS的主流技术。堆叠式/堆栈式（Stark）则是在背照式的一种改良，将线路层挪到了感光元件的底部，最大化了感光区域，同时也缩小了芯片的整体面积。




07、CRA角度
CRA角度：从镜头的传感器一侧，可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为主光角（Chief Ray Angle，简称CRA），又叫主光线入射角。镜头轴心线附近接近零度，与轴心线的距离越大，角度也随之增大。CRA与像素在传感器的位置是相关的。如果lens的CRA小于sensor的CRA，一定会有偏色现象。




08、传输接口
主要有MIPI和DVP等接口，（Mobile Industry Processor Interface）是串口，移动行业处理器接口，是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准，具有传输速度快，抗干扰能力强等特点，主要有CLKP/N、DATAP/N管脚，一般有1/2/4Lane。DVP（Digital Video Port）是并口，主要有MCLK，PCLK，VSYNC，HSYNC，DATA管脚，可以传输8/10/12 bits数据，速度较慢，传输的宽带低。除此之外，还有LVDS、Parallel、HISPI以及索尼的SLVS-EC接口等等。




09、封装
封装（Package），CIS封装主要有COB、CSP、PLCC、BGA、LGA、PGA等封装方式。COB（chip on board）,是指将裸片直接与PCB相连的技术，即将裸片通过打线的方式把芯片上的信号和线路板连接在一起也称为顶部包封技术，CSP(Chip Scale Package)封装，即芯片级封装，是在BGA的基础上发展起来，极接近芯片尺寸的封装产品，拥有体积小、电性能良好和散热优良等特点。

PLCC,是将CIS通过COB制程打到基板上，然后再盖上支架和贴上IR，成为PLCC。PLCC的底部四边含有焊盘，这样就可以通过SMT方式把PLCC打到FPC上,SMT后可以再组装马达和镜头做成摄像头模组。

BGA为球形触点陈列，表面贴装型封装。LGA是平面网格阵列封装，PGA则属于插针网格阵列封装。