CMOS 像传感器IBIS5-B-1300的驱动时序设计

CMOS图像传感器产生于20世纪80年代，由于当时CMOS工艺的制造技术不高，以至于传感器在应用中的杂讯较大，商品化的进程一直很慢。至今，随着工艺的不断提高，CMOS图像传感器的应用范围也不断扩大，涉及到数码产品、通讯、工业，医疗等各领域。与CCD相比，CMOS图像传感器具有体积小，功耗低，成本低等特点。Cypress公司的CMOS图像传感器IBIS5-B-1300是一款高性能、大动态范围的图像传感器。图像传感器的正常工作需要有正确的驱动时序信号，本文就图像传感器IBIS5-B-1300，给出采用VHDL语言设计的驱动时序和仿真结果。

1 IBIS5-B-1300图像传感器

1．1 芯片简介

Cypress公司的IBIS5-B-1300将模拟图像获取、数字化和数字信号处理的功能集成在单一芯片中，是一款高性能的CMOS图像传感器。这款130万像素(1 280×1 024)的图像传感器可以采用SXGA或VGA格式输出，帧频可达27．5 f／s(1 280×1 024)或106 f／s(640×480)。

其主要特点如下：

(1)6．7μm的高填充因子像素单元。它可使器件的灵敏度较高，噪声较小。
    (2)高的动态范围(单斜率积分下为64 dB)。当采用双斜率积分或多斜率积分时，动态范围可进一步提高。
    (3)片载可调整增益和偏置的输出放大器。它能使信号的抖动限制在片载10 b ADC的输入范围之内。
    (4)片载40 MHz的10 b ADC。它可直接对输出模拟信号进行模／数转换，该ADC在电气上与图像传感器分离，如果需要，可选择不经模／数转换而直接输出模拟信号。
    (5)随机开窗模式和亚采样模式。随机开窗模式可以只对感兴趣的区域进行读出；亚采样模式可以很好地满足图像压缩的需要。
    (6)片载时序与控制逻辑序列发生器、内部寄存器。它可使得设计者用较少的信号来控制传感器的工作。

1．2 工作原理

IBIS5-B-1300内部有12个寄存器，提供传感器工作所需的参数及工作方式。对寄存器写入的数据决定了传感器的工作状态。寄存器的数据写入接口有3种：并行接口、串行三线接口、串行两线接口。可通过芯片的IF_MODE和SER_MODE管脚接不同的值来选择不同的数据接口模式(如表1所示)。

并行接口使用16 b并行输入来载入新的寄存器值。串行3线接口(或串转并接口)使用串行接口将数据移入寄存器缓冲器，当完整的数据字移入寄存器缓冲器时，数据字才被载入当前正在编码的寄存器。串行2线是一个单向的接口，本文暂不做分析。

IBIS5-B-1300具有两种快门方式：卷帘快门和同步快门，用寄存器(0000)的bitO进行设定，"1"为卷帘快门，"0"为同步快门。时序如图1，图2所示。

在卷帘快门模式下，帧频Frame period=(Nr．Lines×(RBT+Pixel Period*Nr．Pixels))。

在同步快门模式下，帧频Frame period=Tint+Tread out=Tint+(Nr．Lines×(RBT+Pixel Period×Nr．Pixels))。其中，Tint为积分(曝光)时间；Nr．Lines为每帧读出的行数；Nr．Pixels为每行读出的像素数；RBT为行空白时间(典型值为3．5 ms)；Pixel Period为1／40 MHz=25 ns。

作者：孟 晗 刘学斌 胡炳樑   来源：现代电子技术