基于I2C總線的CMOS圖像傳感器接口電路設(shè)計(jì)

集成智能傳感器采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)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(hào)調(diào)制電路，以及微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上構(gòu)成。這樣，使智能傳感器達(dá)到了微型化和結(jié)構(gòu)一體化，從而提高了精度和穩(wěn)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(yīng)用新的物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)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(jī)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(zhuǎn)化機(jī)理

由于集成智能傳感器可以很容易對(duì)非線性的傳遞函數(shù)進(jìn)行校正，得到一個(gè)線性度非常好的輸出結(jié)果，從而消除了非線性傳遞對(duì)傳感器應(yīng)用的制約，所以一些科研工作者正在對(duì)這些穩(wěn)定性好、精確度高、靈敏度高的轉(zhuǎn)換機(jī)理或材料進(jìn)行研究。

比如，諧振式傳感器具有高穩(wěn)定性、高精度、準(zhǔn)數(shù)字化輸出等許多優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的傳感器頻率信號(hào)檢測(cè)需要較復(fù)雜的設(shè)備，限制了諧振式傳感器的應(yīng)用和發(fā)展，現(xiàn)在利用同一硅片上集成的智能檢測(cè)電路，可以迅速提取頻率信號(hào)，使得諧振式微機(jī)械傳感器成為國(guó)際上傳感器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2.數(shù)據(jù)融合理論

數(shù)據(jù)融合是集成智能傳感器理論的重要領(lǐng)域，也是各國(guó)研究的熱點(diǎn)，數(shù)據(jù)融合技術(shù)，簡(jiǎn)言之，即對(duì)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(zhǔn)確、可靠的結(jié)論。對(duì)于多個(gè)傳感器組成的陣列，數(shù)據(jù)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(bǔ)性、冗余性，提高測(cè)量信息的精度和可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

數(shù)據(jù)融合是一種數(shù)據(jù)綜合和處理技術(shù)，是許多傳統(tǒng)學(xué)科和新技術(shù)的集成和應(yīng)用，如通信、模式識(shí)別、決策論、不確定性理論、信號(hào)處理、估計(jì)理論、最優(yōu)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)融合技術(shù)中。

3.CMOS工藝兼容

目前，國(guó)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(jié)構(gòu)及制造工藝流程，探求在制造工藝和微機(jī)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，隨著微機(jī)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(dāng)前研究的熱點(diǎn)。圖像傳感器在CMOS工藝兼容基礎(chǔ)上使得其動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)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(jī)理、新結(jié)構(gòu)、新作用和新功能的高科技微型系統(tǒng)，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(shì)：尺寸上的縮微和性質(zhì)上的增強(qiáng)性；各要素的集成化和用途上的多樣化；功能上的系統(tǒng)化、智能化和結(jié)構(gòu)上的復(fù)合性。

由于CMOS圖像傳感器目前普遍采用的是I2C總線功能集中的一個(gè)子集，因此該接口比一個(gè)完整的主I2C總線要更簡(jiǎn)單。它的讀寫周期如下：當(dāng)要進(jìn)行I2C總線寫操作時(shí)，先發(fā)送所使用的CMOS傳感器特定ID寫地址，緊接著發(fā)送需要寫的寄存器的地址(sub_address),再發(fā)送數(shù)據(jù)(data)；當(dāng)進(jìn)行I2C總線讀操作時(shí)，先發(fā)送所使用的CMOS傳感器特定ID寫地址，緊接著發(fā)送需要寫的寄存器的地址(sub_address),再發(fā)送CMOS傳感器特定ID讀地址，最后接收數(shù)據(jù)(data)。對(duì)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)[3]、61h(讀)Motorola公司為66h(寫)[4]、67h(讀)。