2023年5月30日上午10点，微纳电子学系校企共建研究生课程“集成电路设计前沿技术”第十一讲在中院413教室顺利展开，由孙亚男老师和杨志老师共同主持。本学期校企共建系列讲座由上海为旌科技有限公司赞助支持。
本次课程邀请到了上海格科微电子有限公司的魏经纬博士作为主讲人，为同学们带来CMOS图像传感器相关知识的讲解。
首先，杨志老师对魏经纬博士和讲座内容做了简要介绍。魏经纬分别于2014年和2020年毕业于清华大学电子工程系并获得学士和博士学位，目前在上海格科微电子有限公司影像模拟设计部任高级模拟电路工程师，研究方向为CMOS图像传感器电路设计。
讲座开始，魏经纬首先从不同年代天安门升旗照片的变迁为切入点，回顾了从笨重的成像相机到如今掌上相机的发展历史，并在此基础上展开讲解了CMOS图像传感器的发展、应用和市场情况，系统的介绍了CMOS传感器的背景。
图一 魏经纬介绍图像传感器的基本组成
接下来，魏经纬讲解数字图像成像从“光子—电子—电压—数字信号”的转变过程及其原理，并介绍了数据信号通路中各个电路部分的组成及其必要性。此外，为使同学们体会更深刻，他还引入了上一代图像传感器CCD的成像原理及和目前主流CMOS图像传感器的优劣对比。之后详细介绍了CMOS的三种像素架构：无源像素传感PPS、有源像素传感APS和数字像素传感DPS各自的读入读出原理和特点。
图二 魏经纬介绍图像传感器的非理想特性
魏经纬讲到图像传感器中存在的非理想性，主要包括时域噪声和空间域的噪声。时域噪声主要由器件的热噪声、发射噪声、1/f噪声以及信号的噪声组成。空间域的噪声是由固定模式组成，由offset、gain、串扰、ADC量化等引起。此外暗电流和行列漏电、噪点同样会影响成像质量。
图三 魏经纬介绍3D堆栈技术在图像传感器中的应用
下一部分魏经纬介绍了CMOS图像传感器的先进技术。如采用3D堆栈技术将多层感光像素和外围电路分离并进行叠加以获得更好的性能，该技术已经在高端CMOS传感器中得到应用，并能够允许在此基础上做出更多的结构创新。比如，随着工艺节点的降低，像素的尺寸也随之下降，采用深沟槽隔离技术，多帧叠加技术，双转换增益技术，大小感光像素叠加技术，晶体管与感光像素分层技术等先进技术可以使感光质量及感光效率得到进一步提升。最后，魏博士从AI视角对CMOS图像传感器的未来发展进行了展望。
图四 杨志老师为专家颁发授课证书
讲座在愉快轻松的氛围中结束了，同学们为专家的精彩讲授献上了热烈的掌声。通过此次讲座，相信同学们对CMOS图像传感器的相关知识有了更深入的了解。讲座最后，杨志老师为魏经纬专家和上海格科微电子公司颁发授课证书和企业荣誉证书。
供稿人：袁理轶
责任编辑：张媛
