底大一级真的能压死人？我们来聊聊CMOS吧

不错，美国针对华为的科技打压力度还在继续加大，从国内报道的消息看，美国针对华为的芯片供应环节，开始从4G入手了，如果真的是这样，高通无法为华为供应4G SOC了。更严重的是，国内供应链的5G射频芯片的自研道路还只是刚刚开始，也就是处于从无到有的阶段，目前也就紫光展锐成功的研发了5G基带，且成功商用了。但是，核心问题是，紫光展锐的5G SOC依旧是台积电代工的，而台积电却在美国的实际控制之内~~

国内供应链真的需要加快速度研发+制造，这个不光是华为、紫光展锐，中芯国际等几家头部企业的责任，还是需要国内整个产业链自上而下的整体发展。

这次还是就华为作为起点，聊聊当今机圈卷到死的CMOS板块。

先不说2022年下半年年发布的mate50系列，我们把目光拉回到2021年的P50，因为那是华为无法使用自研SOC的开始，现在想起来也是一言难尽~~

还依稀记得P50系列没有了所谓徕卡加持，没有了华为&索尼联合研发的RYYB。这似乎让使用习惯了的华为用户，总感觉少了点什么。尤其是对影像实力安卓顶流的华为P系列而言，在缺少了RYYB的情况下，回归到了传统的RGB。

尽管发布会里面没有明确说明coms具体信息，但是华为还是带来了很多华为自己研发的影像技术，比如全新移动影像技术、XD Fusion硬件实时视频HDR等。但是本次文章，先不急着为大家科普华为新的影像技术。但从CMOS这个角度，为大家全面且专业的从框架的角度，为大家分析。

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）的缩写。它是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片，是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。因为可读写的特性，所以在设备主板上用来保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据，这个芯片仅仅是用来存放数据的。

电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。而对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方便地对系统进行设置。因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置。

“芯片相机”上的带有有缘像素转换器的CMOS有效像素传感器

CMOS图像传感器（CIS）是模拟电路和数字电路的集成。主要由四个组件构成：微透镜、 彩色滤光片（CF）、光电二极管（PD）、像素设计。

微透镜：具有球形表面和网状透镜；光通过微透镜时，CIS的非活性部分负责将光收集起来并将其聚焦到彩色滤光片 。

彩色滤光片（CF）：拆分反射光中的红、绿、蓝（RGB）成分，并通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。

光电二极管（PD）：作为光电转换器件，捕捉光并转换成电流；一般采用PIN二极管或PN结器件制成 。

像素设计：通过CIS上装配的有源像素传感器(APS)实现。APS常由3至6个晶体管构成，可从大型电容阵列中获得或缓冲像素，并在像素内部将光电流转换成电压，具有较完美的灵敏度水平和的噪声指标 。

感光元件上的每个方块代表一个像素块，上方附着着一层彩色滤光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分后，通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。经典的Bayer阵列是以2 2共四格分散RGB的方式成像，Quad Bayer阵列扩大到了4 4，并且以2 2的方式将RGB相邻排列。

Bayer阵列滤镜与像素

滤镜上每个小方块与感光元件的像素块对应，也就是在每个像素前覆盖了一个特定的颜色滤镜。比如红色滤镜块，只允许红色光线投到感光元件上，那么对应的这个像素块就只反映红色光线的信息。随后还需要后期色彩还原去猜色，最后形成一张完整的彩色照片。感光元件 Bayer滤镜 色彩还原，这一整套流程，就叫做Bayer阵列。

彩色滤镜块工作原理

早期的CIS采用的是前面照度技术FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜尔阵列滤镜与光电二极管（PD）间夹杂着金属（铝，铜）区，大量金属连线的存在对进入传感器表面的光线存在较大的干扰，阻碍了相当一部分光线进入到下一层的光电二极管（PD），信噪比较低。技术改进后，在背面照度技术BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的结构下，金属（铝，铜）区转移到光电二极管（PD）的背面，意味着经拜尔阵列滤镜收集的光线不再众多金属连线阻挡，光线得以直接进入光电二极管；BSI不仅可大幅度提高信噪比，且可配合更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。

前面照度技术和背面照度技术

帧率（Frame rate）：以帧为单位的位图图像连续出现在显示器上的频率，即每秒能显示多少张图片。而想要实现高像素CIS的设计，很重要的一点就是Analog电路设计，像素上去了，没有匹配的高速读出和处理电路，便无办法以高帧率输出出来。

索尼早于2007年chuan’gan发布了首款Exmor传感器。Exmor传感器在每列像素下方布有独立的ADC模数转换器，这意味着在CIS芯片上即可完成模数转换，有效减少了噪声，大大提高了读取速度，也简化了PCB设计。

2000年，夏普首次推出可拍照的手机；随着智能手机时代到来，主摄像头素质不断提升；目前，双摄/多摄已成为主流 。前置摄像头素质同步提升，目前越来越多厂商加入人脸识别功能。

摄像模组构成

随着技术的发展，越来越多的手机开始注重拍照的硬件升级。摄像头和CMOS成为了产品突出差异性的卖点之一。抛开镜头差异，成像质量与CMOS大小成正比，主摄像素提升推动CMOS迭代升级。

手机摄像头过去以像素升级为主；受CMOS尺寸限制，手机摄像开始注重变焦能力 。

变焦有光学变焦与数码变焦两种。光学变焦通过光学原理调整焦距，成像画质无损。数码变焦就是通过软件算法来放大/缩小，通过插值计算，成像有损，有较多噪点。

为了进一步提升手机成像素质，注重变焦能力；而传统专业相机的光学系统无法移植到手机上。手机变焦往往会采用“双摄变焦”，采用两个定焦镜头，利用其物理焦距的不同，实现变焦效果；显然，单摄已经无法满足对光学变焦的需求了。

目前主流的 3D 深度摄像主流有两种种方案：结构光、TOF。iPhone采用前者，华为采用后者。

结构光（Structured Light）：结构光投射特定的光信息到物体表面后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。

结构光：结构光投射特定的光信息到物体表面后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。

手机摄像头数量增加，CIS出货量成倍增长。为了提高照相画质，手机引入了双摄、甚至三摄、四摄。

在目前全球市场，有三大cmos供应商牢牢把持着全球市场，最大、最强的索尼，中间的三星，异军突起的豪威科技。

接下来，通过索尼的一个演讲材料，一起了解cmos的技术演进。

上述材料内容转自半导体行业观察发送的有关索尼公司最新的关于cmos发展的资料。可谓是非常详细的分析了cmos的研发流程。

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