CMOS圖像傳感器的低功耗研究與設(shè)計(jì)的綜述報(bào)告

CMOS圖像傳感器的低功耗研究與設(shè)計(jì)的綜述報(bào)告CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器是一種在現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z像機(jī)中廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器。與傳統(tǒng)的CCD（電荷耦合器件）圖像傳感器相比，CMOS傳感器的功耗更低，產(chǎn)生的熱量更少，且集成度更高。在近年來，隨著便攜設(shè)備的普及，對(duì)于低功耗的需求也越來越高。因此，對(duì)于CMOS圖像傳感器的低功耗研究呈現(xiàn)出了迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。本文將從三方面對(duì)CMOS圖像傳感器的低功耗研究進(jìn)行綜述：低功耗電路設(shè)計(jì)、功耗優(yōu)化技術(shù)和代價(jià)優(yōu)化方法。一、低功耗電路設(shè)計(jì)針對(duì)CMOS圖像傳感器的低功耗研究，低功耗電路設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的研究方向。通過對(duì)各個(gè)電路模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的。1.低功耗設(shè)計(jì)電路模塊傳感器的功耗大部分來自于模擬前端的低噪聲放大器（LNA）。減少LNA的功耗是降低整個(gè)傳感器功耗的關(guān)鍵。采用低功耗CMOS技術(shù)，可以在不犧牲靈敏度的前提下減少LNA的功耗。此外，深井電容和電源分割技術(shù)也能減少功耗，使得傳感器在短暫間隔內(nèi)處于睡眠狀態(tài)。2.模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）低功耗設(shè)計(jì)在CMOS圖像傳感器中，ADC的功耗也很重要。優(yōu)化ADC設(shè)計(jì)可降低功耗，尤其是采用截?cái)嘈Ｕ═RAC）的低功耗ADC技術(shù)。TRAC設(shè)計(jì)使用兩個(gè)比較器之間的反饋循環(huán)，在另一個(gè)比較器輸出高電平時(shí)停止ADC轉(zhuǎn)換，從而減少了功耗和串?dāng)_噪聲。二、功耗優(yōu)化技術(shù)除了低功耗電路設(shè)計(jì)外，CMOS圖像傳感器的功耗優(yōu)化技術(shù)也很重要。功耗優(yōu)化技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段及后期處理中實(shí)現(xiàn)功耗的優(yōu)化。1.垂直波導(dǎo)（VB）圖像傳感器垂直波導(dǎo)圖像傳感器（VB）采用一種新型原理，其可以增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換效率，從而減少功耗。它的光電轉(zhuǎn)換效率較高，且操作電壓較低（小于1V），可將能耗降低5-8倍。2.負(fù)反饋電源負(fù)反饋電源是一種能夠在傳感器的模擬前端的多種電路模塊之間建立直接連接的電源。采用負(fù)反饋電源可以進(jìn)行功耗優(yōu)化，避免由于電感和電容導(dǎo)致的計(jì)算噪聲和瞬間功耗增加的問題。3.自適應(yīng)降噪自適應(yīng)降噪技術(shù)是一種優(yōu)化算法，由于其可根據(jù)變化模式自適應(yīng)調(diào)整噪聲去除/denoising濾波器，從而消除圖像中由噪聲引起的偽影。因此，自適應(yīng)降噪技術(shù)不僅可減少噪聲，還可避免功耗過多的處理。三、代價(jià)優(yōu)化對(duì)于CMOS圖像傳感器的低功耗研究，代價(jià)優(yōu)化也是一個(gè)值得關(guān)注的方向。代價(jià)優(yōu)化將在與低功耗進(jìn)行權(quán)衡盈利性時(shí)發(fā)揮作用。一些代價(jià)優(yōu)化方法已被證明在圖像編碼和存儲(chǔ)領(lǐng)域，以增強(qiáng)圖像質(zhì)量的同時(shí)減少功耗。1.壓縮代價(jià)圖像傳感器中的壓縮代價(jià)是個(gè)值得注意的問題。通過優(yōu)化壓縮技術(shù)，可以將圖像存儲(chǔ)在更小的存儲(chǔ)器中，從而降低功耗。3維數(shù)據(jù)編碼壓縮解決方案（3D-CT）是一種支持快速編碼的壓縮方法，可在不犧牲圖像質(zhì)量的情況下減少乘法運(yùn)算。2.代價(jià)-質(zhì)量?jī)?yōu)化另一個(gè)優(yōu)化方法是將代價(jià)與圖像質(zhì)量相結(jié)合。以3D-CT為例，它可以在相同的代價(jià)下提供更好的圖像質(zhì)量。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，代價(jià)-質(zhì)量權(quán)衡是一個(gè)值得經(jīng)濟(jì)學(xué)研究工作者關(guān)注的問題?？傊?，CMOS圖像傳感器的低功耗研究是一個(gè)熱門