CMOS图像传感器系列--（一）像素设计基础

CMOS图像传感器系列–(一)像素设计基础

CMOS传感器将光信号转化为电信号，核心结构包含 ​ ​像素阵列​​（光电二极管+晶体管）、​ ​行/列驱动器​​ 及 ​ ​AD转换器​​.技术涵盖 背照式（BSI）（提升40%感光度）与 堆栈式设计（优化空间利用率)，支持 全局/卷帘快门, 满足高速与抗畸变需求.

专栏将深入解析CMOS架构演进、国产化进程及前沿技术（如3D感光、量子效率优化），覆盖设计原理至产业应用全链条.

CIS中的核心组件——像素。像素设计的好坏，在很大程度上决定了CIS的整体性能。像素的种类繁多，包括3T、4T、5T像素等，这些是可见光成像中最常用的类型。

📸 一、像素结构基础

CMOS传感器像素由光电二极管（PD） 和晶体管组构成，晶体管数量决定像素功能复杂度：

• 光电二极管：感光产生电荷。
• 晶体管组：控制电荷转移、复位、读出等流程。

⚙️ 二、3T、4T、5T像素结构详解

1. 3T像素（3晶体管）

基于PN结的Active Pixel结构，也成为3T像素结构（每个像素包含3个三极管）。在这种结构中，每个像素包含一个PN结作为感光元件，一个复位三极管RST，一个行选择器RS，以及一个信号放大器SF。其工作方式和Passive Pixel类似：

1、 复位RST。给PN结加载反向电压，或者说激活RST给PN结进行复位。复位完成后，不再导通RST。

2、 曝光PD。和在Passive Pixel中一样，光子打到PN结及硅基，被吸收后产生电子-空穴对。这些电子空穴对通过电场移动后，减小PN结上的反向电压。

3、 读出SF。在曝光完成后，RS会被激活，PN结中的信号经过运放SF放大后，读出到column bus。

4、 循环。读出信号后，重新复位，曝光，读出，不断的输出图像信号。

• 结构：光电二极管PD + 复位晶体管&#