[发明专利]一种基于3D集成芯片的时序同步方法

说明书

本发明涉及一种基于3D集成式芯片的时序同步方法，引入时序同步控制装置与3D集成芯片，3D集成芯片内部包括CCD芯片和CMOS芯片，包括：利用时序同步控制装置产生用于CCD芯片和CMOS芯片的时序触发脉冲；根据时序触发脉冲，启动CCD芯片和CMOS芯片的工作时序；利用时序测试口测量CCD芯片和CMOS芯片的时序同步情况，记录时序同步误差；根据时序同步误差，采用时序同步控制装置，微调CCD芯片时序触发脉冲和CMOS芯片时序触发脉冲的相对位置，进而实现CCD芯片和CMOS芯片的完全时序同步；本发明实现方式比较灵活，对工艺中的不确定因素不敏感，时序同步精度可调，具有较强适应性，解决了CCD工艺和CMOS工艺之间异质集成所带来的延迟不确定性和时序同步风险问题。

技术领域

本发明涉及一种基于3D集成式芯片的时序同步方法，尤其涉及一种CCD像素结构与CMOS电路融合的3D集成式图像传感器时序同步技术。

背景技术

图像传感器作为摄像机最为核心的部件，主要有CCD(Charge Couple Device,电荷耦合器件)与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)两种类型。其中，CCD图像传感器具有满阱容量大，动态范围高，宽光谱高量子效率的特点，常应用于高光谱成像以及军事目标探测和分析，但相机系统比较复杂，存在功耗高、体积大、成本较高等缺点。而CMOS图像传感器具有低成本、低功耗、高集成度以及更快读出速度的优势，常应用于高清监控等大数据量的场景中，但其在某些性能上又不如CCD图像传感器。因此，为了融合CCD与CMOS的优势，基于CCD结构与CMOS电路融合的3D集成式图像传感器受到了越来越多的研究。

3D集成图像传感器中涉及到多芯片集成，除了需要考虑集成工艺影响，还需要考虑各芯片在工艺制程、工作电压、信号延迟等方面所存在的差异，鉴于上述因素影响，3D集成图像传感器可能出现内部芯片间接口时序不同步，无法按照预期时序要求工作的问题。针对该问题，积极探索一种可消除时序延迟不确定性因素进而实现3D集成式图像传感器内部各子芯片间协同工作的时序同步方法，这就变得十分重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于3D集成芯片的时序同步方法，引入时序同步控制装置与3D集成芯片，3D集成芯片内部包括CCD芯片和CMOS芯片，该方法包括：

利用时序同步控制装置分别产生用于CCD芯片的时序触发脉冲和用于CMOS芯片的时序触发脉冲；

根据用于CCD芯片的时序触发脉冲和用于CMOS芯片的时序触发脉冲，分别启动CCD芯片和CMOS芯片的工作时序；

工作时序启动后，测量CCD芯片和CMOS芯片的时序同步情况，记录时序同步误差；

根据时序同步误差，采用时序同步控制装置，微调CCD芯片时序触发脉冲和CMOS芯片时序触发脉冲的相对位置，进而实现CCD芯片和CMOS芯片的完全时序同步。

进一步的，3D集成芯片一帧数据读出的过程包括：

当CCD芯片接收到CCD时序触发脉冲后，发出CCD驱动时序信号，经过固定时序延时td1对当前帧信号进行积分；

积分完成后，产生CCD电荷包信号，将CCD电荷包信号从CCD芯片阵列的第一行向最后一行进行转移，转移完成后CCD芯片产生图像电流信号或者CCD复位电压信号和CCD图像电压信号；

将产生的CCD图像电流信号或CCD复位电压信号和CCD图像电压信号发送给CMOS芯片后，CCD芯片开始对下一帧信号进行积分；

当CCD时序触发脉冲经过可调节的时序延时td2后，时序同步控制装置产生CMOS时序触发脉冲；