高性能CMOS图像传感器测试与评价系统的设计与实现

论文摘要

随着半导体集成电路工艺和电路设计技术的进步,CMOS图像传感器在成像质量上逐渐拉近了与CCD图像传感器的差距,国际上对CMOS图像传感器的研究日益增多。凭借着工艺与标准CMOS工艺兼容的巨大优势,CMOS图像传感器正在向集图像采集电路与图像处理电路为一体的SoC芯片方向发展。在CMOS图像传感器的研制过程中,对CMOS图像传感器的功能测试和性能评价是极其重要的一个环节。本文设计并实现了一套高性能的CMOS图像传感器测试与评价系统,主要作用包括:CMOS图像传感器功能测试,如输出图像质量评价,控制功能测试等;CMOS图像传感器性能测试,如输出图像动态范围与噪声分析等;基于CMOS图像传感器的图像处理算法实时验证。系统主要模块包括:大容量FPGA,除了作为控制系统以外还负责验证数字图像处理算法的RTL模型;USB传输系统,用于传输图像数据和控制信号;SDRAM存储系统,用于缓存图像数据;上位机软件,用于提供用户友好的操作界面和实时验证数字图像处理算法。和其他类似系统相比,上位机软件中带有Tcl脚本的支持,可以把测试中部分工作自动化。经大量测试验证,本文设计的CMOS图像传感器测试与评价系统达到设计功能,已经成功用于VGA彩色CMOS图像传感器的测试中,完全满足使用要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 CMOS 图像传感器发展
• 1.1.2 CMOS 图像传感器研制中面临的问题
• 1.2 课题主要研究内容和方向
• 1.3 论文章节安排
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 系统性能需求分析
• 2.2 系统设计方案
• 第三章 USB 总线及其实现
• 3.1 USB 介绍
• 3.1.1 USB 总线的基本概念
• 3.1.2 USB 总线体系结构
• 3.1.3 USB 传输中的数据格式
• 3.1.4 USB 传输中的事务类型
• 3.2 USB 芯片CY7C68013 的介绍
• 3.3 USB 总线的实现
• 3.3.1 USB 固件的设计
• 3.3.2 USB 的驱动程序和应用程序接口API
• 3.3.3 USB 接口电路的设计
• 3.4 USB 接口电路与12C Master 的交互
• 3.5 USB 接口电路与12C 接口电路的验证
• 第四章 存储系统的设计与实现
• 4.1 SDRAM 的介绍
• 4.1.1 SDRAM 电路结构与工作原理
• 4.1.2 SDRAM 操作与相应的时序参数
• 4.2 SDRAM 芯片介绍
• 4.3 SDRAM 控制电路的介绍
• 4.4 SDRAM 接口电路的实现
• 4.5 SDRAM 接口电路的验证
• 第五章 上位机软件的设计与实现
• 5.1 上位机软件功能的介绍
• 5.2 上位机软件的设计
• 5.3 给应用程序添加脚本支持
• 5.3.1 脚本语言与Tcl 的介绍
• 5.3.2 在程序中嵌入Tcl
• 第六章 系统的分析、验证、综合与调试结果
• 6.1 系统的时钟与复位
• 6.2 系统验证
• 6.3 系统的综合
• 6.4 系统的板级调试结果
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢