數(shù)碼相機(jī)解決方案

數(shù)碼相機(jī)解決方案原理以及技術(shù)數(shù)碼相機(jī)的曝光采用CMOS傳感器，存儲(chǔ)照片使用內(nèi)置的閃存或可移動(dòng)存儲(chǔ)卡。CMOS傳感器由一個(gè)光電二極管陣列組成，當(dāng)拍完一張照片時(shí)，CMOS傳感器曝光，然后讀取圖像數(shù)據(jù)。這個(gè)信息被發(fā)送到一個(gè)協(xié)處理器或者后端控制器。協(xié)處理器負(fù)責(zé)所有處理過程，直到最后圖像被壓縮并保存在任何一種存儲(chǔ)器中。背照式CMOS傳感器的具體結(jié)構(gòu)如上圖所示（源自索尼資料，其他芯片廠家的產(chǎn)品可能在細(xì)節(jié)上有不同，但大體意思是相同的），橙色的為光線路，黃色線為受光面。左邊的傳統(tǒng)式，明顯看到光線通過微透鏡后還需要經(jīng)過電路層才能到達(dá)受光面，中途光線必然會(huì)遭到部分損失（包括被阻擋或被減弱）。背照式CMOS傳感器的元件則不同，在改變了結(jié)構(gòu)后，光線通過微透鏡后就可以直接到達(dá)感光層的背面，完成光電反應(yīng)，從進(jìn)光量上改善了感光過程。然后我們更細(xì)一點(diǎn)分析，由于中間沒有阻隔，背照式CMOS傳感器的感光面離微透鏡更近了，也就是說光線的入射角度和覆蓋的面都能得到優(yōu)化，感光元件就有可能輸出更為優(yōu)秀的信號。綜合以上的因素，背照式CMOS傳感器比傳統(tǒng)CMOS傳感器在靈敏度會(huì)上有質(zhì)的飛躍，結(jié)果就是在低光照度下的對焦能力和畫質(zhì)有極大的提升。130萬像素?cái)?shù)碼相機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案此130萬像素CMOS數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括硬件和軟件兩大部分。硬件結(jié)構(gòu)包括外殼、鏡頭、CMOS圖像傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、影像存儲(chǔ)器、顯示器和電源電路等部件。軟件在DSP中實(shí)現(xiàn)圖像壓縮功能，把拍攝下來的影像以高質(zhì)量、高速度、高容量存儲(chǔ)在數(shù)碼相機(jī)存儲(chǔ)器和移動(dòng)式PCMCIA卡中。主芯片是一塊DSP(臺灣Sunplus的SPCA533A)和一個(gè)CMOSSensor(美國OmniVision的OV9620)。130萬像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的電路框圖如圖所示。130萬像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的電路框圖130萬像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的電路圖可以分為三個(gè)部分：OV9620傳感器部分，SPCA533構(gòu)成的主要處理單元，以及閃光燈部分。(一)CMOS圖像傳感器OV9620 OV9620是OmniVision公司推出的高性能的130萬像素CMOS彩色圖像傳感器。它集成了1280×1024(SXGA)圖像陣列和一個(gè)10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于處理靜止圖像和視頻信號。全分辨率130萬像素(SXGA)拍攝時(shí)，可達(dá)15FPS的速率。分辨率30萬像素(VGA)拍攝時(shí)，則可達(dá)30FPS的速率。它采用高級算法消除固定圖樣噪聲FPN(FixedPatternNoise)，清除拖尾效應(yīng)并急劇減小了光暈?zāi)：F(xiàn)象(blooming)。所有的攝像功能，比如曝光，灰度校正(gamma)，增益，白平衡，色彩矩陣，窗口等，都可以通過I2C接口進(jìn)行編程控制。OV9620可以應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、視頻會(huì)議、可視電話、可視郵件、靜止畫面、PC多媒體等。(二)圖像處理芯片SPCA533A 凌陽科技的SPCA533A是用于DSC(DigitalStillCamera：數(shù)碼相機(jī))的高集成度芯片。它包括圖像處理機(jī)制、圖像壓縮機(jī)制、存儲(chǔ)接口控制器、TV編碼器、LCD接口控制器和一個(gè)USB接口。SPCA533A支持多種傳感器，包括絕大部分常用的CMOS傳感器和CCD傳感器。靈活的內(nèi)部緩存器控制使SPCA533能夠支持高達(dá)400萬像素的分辨率，SPCA533A能夠同時(shí)支持TFTLCD屏和STNLCD屏。由于SPCA533A對CMOS數(shù)碼相機(jī)的主要外設(shè)的全面支持，使得客戶能夠以最小的花費(fèi)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)DSC系統(tǒng)。該部分是數(shù)碼相機(jī)的主體部分，包括了圖像處理芯片SPCA533為主的電路，同時(shí)該部分電路還包括了數(shù)碼相機(jī)的Power、NAND_GATEFlash&CF、SDRAM&ROM、LCD/VIDEO-OUT、UI(用戶接口)等幾個(gè)部分。系統(tǒng)時(shí)鐘SPCA533有三個(gè)外部時(shí)鐘(晶振)。第一個(gè)是32.768KHz，用于內(nèi)部的RTC模式，當(dāng)RTC模式不用時(shí)，這個(gè)晶振能夠被共用，第二個(gè)晶振(TVCrystal)是27MHz，當(dāng)SPCA533內(nèi)置的視頻編解碼器使用的時(shí)候，這個(gè)晶振是必需的。第三個(gè)晶振(USBCrystal)用來提供SPCA533的主要工作的頻率。主要工作品率由主要的鎖相環(huán)(MPLL)產(chǎn)生，MPLL的輸入時(shí)鐘頻率可以是6MHz、12MHz、24MHz，這些取決于IO-TRAP的值。系統(tǒng)的時(shí)鐘選擇Pin(134)IO-trap(4:3)USBcrystalTVcrystal006MHzNC0112MHzNC0224MHzNC0348MHzNC1NC27MHz控制CMOS傳感器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器(CCD傳感器系統(tǒng))的時(shí)鐘對控制幀頻和曝光時(shí)間是非常重要的。SPCA533通過MPLL來提供這個(gè)時(shí)鐘，另外，SPCA533也可以通過一個(gè)專門的鎖相環(huán)來產(chǎn)生這個(gè)時(shí)鐘(TGPLL)。時(shí)鐘頻率的選擇是由傳感器的像素時(shí)鐘決定的。TV/LCD的接口控制器的時(shí)鐘可以通過相關(guān)的設(shè)置進(jìn)行編程。SPCA533有一個(gè)內(nèi)建的全局時(shí)鐘，計(jì)數(shù)間隔為1s，這個(gè)計(jì)時(shí)器是個(gè)通用計(jì)時(shí)器，我們可以用它作為時(shí)間測量或用作WATCH-DOG。SPCA533內(nèi)置的RTC(RealTimeClock)是由一個(gè)48比特的計(jì)數(shù)器組成的，RTC的輸入時(shí)鐘頻率是32.768kHz，firmware把計(jì)數(shù)器的值轉(zhuǎn)換成年、月、日期和時(shí)間，這些由SUNPLUS來提供這些轉(zhuǎn)換。RTC模塊的電源與其他部分是不同的，當(dāng)SPCA533關(guān)閉的時(shí)候，程序必須給RTC供電以保持RTC的工作，這樣能夠保證最小的電流消耗。2、數(shù)碼相機(jī)的工作模式模式發(fā)生器允許SPCA533輸出一個(gè)預(yù)先定義的模式，當(dāng)應(yīng)用程序需要一個(gè)PWM脈沖控制的時(shí)候，我們就可以用上這個(gè)功能。SPCA533支持四種模式寄存器(register0X2098～0X209B)，每個(gè)寄存器定一個(gè)8比特的基本模式。一個(gè)模式是由很多個(gè)基本模式組成的，寄存器0X2094～0x2095定義了基本模式重復(fù)的次數(shù)，寄存器0X2096～0X2097定義了每個(gè)基本模式持續(xù)的時(shí)間，寄存器0X2096～0X2097定義了一個(gè)8比特的停頓時(shí)間，這個(gè)停頓時(shí)間放在寄存器0X2090～0X2092，是可編程的。停頓時(shí)間最小為20ns，最大為336ms。在停頓期間，模式發(fā)生器可以編程輸出0或1。最后，寄存器0X2093定義了一個(gè)大的模式重復(fù)的次數(shù)。當(dāng)寄存器0X209E設(shè)置好之后，發(fā)生器開始發(fā)送時(shí)序，寄存器0X209f[0]匯報(bào)是否所有的預(yù)定義的波形已經(jīng)被發(fā)送。3、用戶接口SPCA533通過3-Pin串口和UI模塊(SunplusSPL10A)進(jìn)行通信，SunplusSPL10A是Sunplus的用戶接口模塊，它能夠管理LCD，并具有鍵盤掃描功能，SPCA533能夠發(fā)送數(shù)據(jù)到UI模塊。例如，圖片的數(shù)量能夠被傳送到UI模塊并顯示在LCD上，SPCA533也能夠從用戶接口模塊讀取鍵盤的狀態(tài)信息，SPCA533和SPL10A的連接關(guān)系如下圖所示：SPCA533和UI模塊的通信在Camera整個(gè)系統(tǒng)中，SPL10A作為一個(gè)SLAVE，不會(huì)向SPCA533發(fā)送數(shù)據(jù)，而是由SPCA533周期性的讀取鍵盤的狀態(tài)信息，整個(gè)過程用硬件實(shí)現(xiàn)。4.存儲(chǔ)介質(zhì)除了SDRAM，SPCA533支持五種存儲(chǔ)介質(zhì)，有兩種方式對FlashMemory進(jìn)行讀寫操作，一種是PIO模式，另一種是DMA模式，存儲(chǔ)介質(zhì)的接口如下：(1)Nand-gateFlashMemory接口，這個(gè)接口也能應(yīng)用于SmartMedia。(2)CompactFlashcards接口。他支持PCCardMemory模式和IDE模式。IDE模式也能應(yīng)用在IDECDRW，例如SPCA533能夠?qū)DECDRW進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的操作。(3)SPI接口。這種接口也可應(yīng)用于MultiMediaCard。(4)NextFlashserialFlashMemory串行借口。(5)SDMEMORYCARDS接口。SPCA533總共用了30個(gè)Pin腳作為存儲(chǔ)介質(zhì)的接口，管腳的定義根據(jù)不同的存儲(chǔ)介質(zhì)而又不同的定義。我們使用的是三星的NAND-GATEFLASH。電源數(shù)碼相機(jī)電源電路包括了I/F電源、鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用電源、LCD電源、背光電源等，如何優(yōu)化這些電源設(shè)計(jì)關(guān)系到整機(jī)的低功耗、小尺寸和輕重量等關(guān)鍵特性?，F(xiàn)在，使用在數(shù)碼相機(jī)上的系統(tǒng)電源可以分為一個(gè)復(fù)合IC來完成不同輸出，以及由幾個(gè)DC/DC變換器組合來完成不同輸出。圖1的例子中采用了幾個(gè)DC/DC變換器組合來實(shí)現(xiàn)，其中CCD電源是通過使用變壓器來產(chǎn)生+15V和-5.5V電壓。這個(gè)電路中使用了VDD/VOUT分離型升壓DC/DC變換器(S-8357P50),以PWM模式并通過外接晶體管進(jìn)行開關(guān)控制，輸出電壓可以通過改變變壓器匝數(shù)來產(chǎn)生需要的電壓。I/F電源

I/F電源使用了PWM/PFM切換模式的升壓DC/DC變換器(S-8358P33)，常用輸出電壓為3.3V。因?yàn)槭峭饨覨ET，所以可以適用于500mA以上的大電流。另外，在使用如600kHz的高頻DC/DC產(chǎn)品時(shí)可以使用小型電感。CPU內(nèi)核電源常用輸出電壓是1.8V，所以會(huì)采用降壓DC/DC變換器(如S-8521E18)，使用PWM/PFM切換較理想，即使是消耗電流很低的情況下也可以通過PFM方式工作來提高效率。2.鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用電源

鏡頭驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用的電源通常使用5V電壓，由于工作電流較大，所以會(huì)使用PWM控制模式及外接FETDC/DC(S-8357P50)。這個(gè)電路的特點(diǎn)是使用了單個(gè)DC/DC變換器，接線比較靈活，可以在基板上選取較為合適的地方安裝。而如果用一個(gè)復(fù)合IC來得到不同輸出電壓的話，接線會(huì)受到限制，無法合理利用基板的空間，可能導(dǎo)致基板面積增大。所以，使用單個(gè)DC/DC變換器可以達(dá)到小型化目的。3.LCD驅(qū)動(dòng)電源

LCD用正電壓和負(fù)電壓的應(yīng)用電路，它用一個(gè)升壓DC/DC變換器來產(chǎn)生正負(fù)電壓。電路中使用了VDD/VOUT分離型器件S-8356Q50，在Vout端子接口，通過使用電阻對輸出電壓進(jìn)行分壓，這樣可以調(diào)整輸出電壓。通過R1和R2正電壓可以達(dá)到很高，負(fù)電壓可以通過C1、SD3、SD2使正電壓反轉(zhuǎn)為負(fù)電壓。在這個(gè)電路中，正電壓直接反轉(zhuǎn)為負(fù)電壓，所以正電壓和負(fù)電壓不會(huì)產(chǎn)生不平衡的電壓。需要不平衡電壓時(shí)，可在輸出端通過晶體管等做成穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定電壓。4.白光LED用電源

由于白光LED是電流控制，因此需要穩(wěn)定的電流。此電路中，流過LED的是穩(wěn)定電流。為控制各LED亮度偏差，LED采用串聯(lián)的方式排列。DC/DC變換器采用了S-8356Q15VDD端子與VOUT端子分離型，輸出電壓為1.5V。在此電路中，決定流過LED電流大小