基于I2C總線(xiàn)的CMOS圖像傳感器接口電路設計

集成智能傳感器采用微機械加工技術(shù)和大規模集成電路工藝技術(shù)，利用硅作為基本材料來(lái)制作敏感元件、信號調制電路，以及微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上構成。這樣，使智能傳感器達到了微型化和結構一體化，從而提高了精度和穩定性。

目前市場(chǎng)上的集成智能傳感器已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，其發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：

(1)向微型化發(fā)展；

(2)應用新的物理現象、化學(xué)反應、生物效應作為傳感器原理；

(3)使用新型材料；

(4)向微功耗及無(wú)源化發(fā)展；

(5)采用新的加工技術(shù)(如化學(xué)微腐技術(shù)、微機械加工技術(shù))；

(6)向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。

集成智能傳感器四大熱點(diǎn)

1.物理轉化機理

由于集成智能傳感器可以很容易對非線(xiàn)性的傳遞函數進(jìn)行校正，得到一個(gè)線(xiàn)性度非常好的輸出結果，從而消除了非線(xiàn)性傳遞對傳感器應用的制約，所以一些科研工作者正在對這些穩定性好、精確度高、靈敏度高的轉換機理或材料進(jìn)行研究。

比如，諧振式傳感器具有高穩定性、高精度、準數字化輸出等許多優(yōu)點(diǎn)，但傳統的傳感器頻率信號檢測需要較復雜的設備，限制了諧振式傳感器的應用和發(fā)展，現在利用同一硅片上集成的智能檢測電路，可以迅速提取頻率信號，使得諧振式微機械傳感器成為國際上傳感器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2.數據融合理論

數據融合是集成智能傳感器理論的重要領(lǐng)域，也是各國研究的熱點(diǎn)，數據融合技術(shù)，簡(jiǎn)言之，即對多個(gè)傳感器或多源信息進(jìn)行綜合處理，從而得到更為準確、可靠的結論。對于多個(gè)傳感器組成的陣列，數據融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn)，利用其互補性、冗余性，提高測量信息的精度和可靠性，延長(cháng)系統的使用壽命。

數據融合是一種數據綜合和處理技術(shù)，是許多傳統學(xué)科和新技術(shù)的集成和應用，如通信、模式識別、決策論、不確定性理論、信號處理、估計理論、最優(yōu)化技術(shù)、計算機科學(xué)、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等。近年來(lái)，不少學(xué)者又將遺傳算法、小波分析技術(shù)、虛擬技術(shù)引入數據融合技術(shù)中。

3.CMOS工藝兼容

目前，國外在研究二次集成技術(shù)的同時(shí)，集成智能傳感器在工藝上的研究熱點(diǎn)集中在研制與CMOS工藝兼容的各種傳感器結構及制造工藝流程，探求在制造工藝和微機械加工技術(shù)上有所突破。

目前，利用CMOS工藝兼容的集成濕度傳感器將敏感電容和處理電路集成在一塊硅片上，通過(guò)Coventor模擬得到全量程總的敏感濕敏電容變化值，同時(shí)提高了可靠性并降低了成本，隨著(zhù)微機械加工技術(shù)的逐步發(fā)展，使得以CMOS工藝技術(shù)制造的集成濕度傳感器已經(jīng)成為當前研究的熱點(diǎn)。圖像傳感器在CMOS工藝兼容基礎上使得其動(dòng)態(tài)范圍擴展技術(shù)有所進(jìn)步。

4.傳感器的微型化

集成智能傳感器的微型化決不僅僅是尺寸上的縮微與減少，而是一種具有新機理、新結構、新作用和新功能的高科技微型系統，并在智能程度上與先進(jìn)科技融合。其微型化主要基于以下發(fā)展趨勢：尺寸上的縮微和性質(zhì)上的增強性；各要素的集成化和用途上的多樣化；功能上的系統化、智能化和結構上的復合性。

由于CMOS圖像傳感器目前普遍采用的是I2C總線(xiàn)功能集中的一個(gè)子集，因此該接口比一個(gè)完整的主I2C總線(xiàn)要更簡(jiǎn)單。它的讀寫(xiě)周期如下：當要進(jìn)行I2C總線(xiàn)寫(xiě)操作時(shí)，先發(fā)送所使用的CMOS傳感器特定ID寫(xiě)地址，緊接著(zhù)發(fā)送需要寫(xiě)的寄存器的地址(sub_address),再發(fā)送數據(data)；當進(jìn)行I2C總線(xiàn)讀操作時(shí)，先發(fā)送所使用的CMOS傳感器特定ID寫(xiě)地址，緊接著(zhù)發(fā)送需要寫(xiě)的寄存器的地址(sub_address),再發(fā)送CMOS傳感器特定ID讀地址，最后接收數據(data)。對于不同的CMOS傳感器產(chǎn)品，它們的ID地址是不同的，例如Omnivision公司為60h(寫(xiě))[3]、61h(讀)Motorola公司為66h(寫(xiě))[4]、67h(讀)。