[发明专利]基于交叉容错读出的3D堆叠结构图像传感器读出方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D堆叠结构图像传感器基于交叉容错方法读出的布局布线设计，模拟集成电路设计和3D叠层封装工艺技术领域，是一种同时满足创新性、高帧频、小尺寸、低成本需求的图像传感器。具体讲,涉及基于交叉容错读出的3D堆叠结构图像传感器读出方法。

背景技术

3D堆叠结构图像传感器利用各层芯片间的垂直互联，可以实现信号的并行处理。相比于因模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)转换速度而使帧频受限制的传统平面CMOS图像传感器，3D堆叠结构图像传感器可以在电路性能不变的前提下减小芯片面积、降低功耗同时成倍地提高帧频。在3D堆叠图像传感器(结构如图1所示)中，像素单元采集的信号经微凸块μbump、ADC和通过硅片通道(ThroughSiliconVias,TSV)传递到图像信号处理器(ImageSignalProcessor,ISP)中。由于ADC单元面积大于像素单元面积，不可能为每个像素单元设置一个独立的ADC模块，因此将整个像素阵列切割成相同大小的子阵列，每个子像素阵列使用一个ADC进行量化工作，每一个ADC经由TSV通路连接到ISP层。在μbump、ADC和TSV的信号传输路径中任意部分失效都会使像素阵列信号丢失，最终导致图像质量严重下降。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于线性插值算法和交叉容错读出方法的3D堆叠结构图像传感器，消除由于μbump、ADC或TSV失效使整个像素阵列信号无法读出而最终导致图像质量降低的问题。本发明采用的技术方案是，基于交叉容错读出的3D堆叠结构图像传感器读出方法，设M表示共享1个模数转换器ADC的像素数目，N表示共用1个ADC的像素之间的间隔，图像传感器像素采用背照工艺实现，像素阵列读出信号交叉连接通过μbump传输到ADC层，ADC层的输出信号通过TSV传输到ISP层，当某一个像素信号读出通路上的微凸块μbump、ADC或硅片通道TSV失效时，则利用其相邻像素信号在图像信号处理器ISP中采用线性插值的方法恢复该失效像素信号。

线性插值算法是，以相邻两像素信号值的平均值充当失效像素的信号值。

M、N的数值存在如下关系：共享同一个ADC的像素单元数M越小，所需ADC数目越多，并行度越高，要求ADC面积越小；共用1个ADC的像素间隔N越大，某条信号传输路径失效后对图像质量的可视化影响越小，但布线越复杂。

本发明的特点及有益效果是：

通过像素阵列和ADC的交叉连接，保证当某一个像素阵列读出通路上的μbump、ADC或TSV失效时，在ISP中可利用线性插值算法恢复该失效像素信号，降低像素信号失效对图像质量的影响。共用同一个ADC的相邻像素之间的像素间隔越大，当某一条信号通路失效时对图像质量造成的影响越小。

附图说明：

图1传统3D堆叠图像传感器结构图。

图2基于交叉容错读出方法的3D堆叠结构图像传感器结构图。

图3线性插值算法。

具体实施方式

本发明提出的图像传感器二维架构如图2所示，图中以M＝3，N＝3示意画出。其中M表示共享1个ADC的像素数目，N表示共用1个ADC的像素之间的间隔。像素采用背照工艺实现，像素阵列读出信号交叉连接通过μbump传输到ADC层，ADC层的输出信号通过TSV传输到ISP层。当某一个像素信号读出通路上的μbump、ADC或TSV失效时，由于其相邻像素信号可正常读出，则在ISP层采用线性插值的方法恢复该失效像素信号。线性插值算法如图3所示，即以相邻两像素信号值的平均值充当失效像素的信号值。共享同一个ADC的像素单元数M越小，所需ADC数目越多，并行度越高，要求ADC面积越小；共用1个ADC的像素间隔N越大，某条信号传输路径失效后对图像质量的可视化影响越小，但布线越复杂。

本发明采用基于交叉容错的读出方法，当信号传输路径中的μbump、ADC或TSV任意部分失效时图像质量无明显下降。