新型固体LBCASTJFET图像传感器
关键词：LBCAST JFET 图像传感器 X-Y寻址 像素开关颜色分离 噪声
引言
在2003年底以前,固体图像传感器还分为CCD型和CMOS型,但是2003年底日本的尼康公司改写了这个历史,在其2003年7月发布的D2H镜头转换式反单数字相机中使用了一种新型的固体LBCAST JFET图像传感器（Lateral Buried Charge Accumulator and Sensing Transistor array Junction Field Effect Transistor）。可以说是CCD与CMOS技术优势融合的产物,充分体现了CMOS低耗电量和CCD高速数据读取的优势,尺寸为23.3mm×15.5mm,对角线长28.4mm,总像素数为426万（2560×1664）,有效像素数为410万,像素间隔为9.4μm。
1 JFET和MOSFET
场效应管主要有结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET,由于其栅极为金属铝故通常又称为MOSFET）,具有输入阻抗高、噪声低、功耗低、热稳定性高、抗辐射能力强等优点。它们的区别在于导电机构和电流控制原理根本不同,JFET是利用耗尽区的宽度变化来改变导电沟道的宽窄以控制漏极电流;MOSFET则是用半导体表面的电场效应、电感应电荷的多少去改变导电沟来控制电流。它们性质的差异是：JFET往往运用在功放输入级（前级）,MOSFET则用在功放末级（输出级）。但是在有些工作条件下,MOSFET的输入电阻不够高,难以满足要求,而且在高温工作时,因PN结反向电流增大,其阻值会显著下降,漏极电流也较大。
2 LBCAST JFET的特点
在追求高带宽、低功耗的图像传感器竞争中,CMOS图像传感器在设计中展现出比CCD更优势的特点：尺寸小、系统成本低,在确何产品品质的前提下功耗也低。但噪声成为CMOS成功路上最大的障碍,将导致图像质量的下降。这也是噪声问题必须得以解决的原因之一。而LBCAST JFET有着众多优点,这除了与放大器采用JFET有关外,还与其内部结构及工作特点有关。
2．1 LBCAST JFET的读数方式
目前CCD和CMOS常用的读数方式：顺序电荷转移方式与X-Y导址和传输方式。图1（a）为传统Interline CCD图像传感器通常采用的顺序电荷转移方式由光信号转换成的电信号首先被传送到列转移寄存器,最后再输出到图像处理单元,因此速度受到限制。此外从理论上讲,由于顺序电荷转移方式需要连续、高速的驱动转换寄存器,这就需要较多的电功率。图1（b）为CMOS图像传感器通常使用的X-Y寻址和传输方式,在这种方式中,每一个像素都有自己的放大器,通过列扫描和行扫描来传递信号,并输出给图像处理单元。它有独立的数据传输线路,因此能达到很高的速度,但是如果仔细观察其输出图像,就能够发现在分开的线上容易出现图像失真。
