????????本篇文章包含對果凍效應(yīng)、前照式與背照式、堆棧式和DRAM層，以及Gen1~Gen6的工藝迭代的介紹與講解。

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在無反時(shí)代，CIS一個(gè)人擔(dān)起了所有，因此它的速度直接代表了無反相機(jī)的性能

一、果凍效應(yīng)

????????當(dāng)讀出CIS接收到的信息時(shí)，需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。但在成本制約下，此過程只能以行為單位，逐行讀出。該過程所需的時(shí)間與ADC的速度和后端芯片對數(shù)據(jù)處理的速度有關(guān)；這種曝光方式稱為卷簾快門。

????????當(dāng)某物的像水平掃過CIS時(shí)，像的下部（物體的上部）先開始和結(jié)束曝光，因此拍攝出的物體的圖像會(huì)向運(yùn)動(dòng)的反方向傾斜，當(dāng)錄制視頻頻繁出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，畫面會(huì)像果凍一樣，因此稱為果凍效應(yīng)。

????????當(dāng)畫面的光源閃爍時(shí)，例如交流電頻閃，就相當(dāng)于一個(gè)以極高速度移動(dòng)的物體周期性出現(xiàn)，最終在畫面中留下條紋。

二、CIS的結(jié)構(gòu)

1.前照式（FSI）與背照式（BSI）：

????????在OCL與CFA后，是像素層和電路層（這里的電路層的作用是傳導(dǎo)電信號(hào)）。有些CIS的像素層上方會(huì)先是電路層，而較新的CIS則是先像素層后電路層。

????????以往工藝落后時(shí)，無法將電路層做在像素層下方，即濾光片后先是電路，后是像素，這種稱為前照式，反之稱為背照式。

????????相比FSI，BSI具有低功耗、低噪聲、透光量高（高QE）的優(yōu)點(diǎn)。近期隨著FSI技術(shù)的提升，透光量低和高噪聲的問題有了較大改善，但功耗依然很高。

????????目前絕大多數(shù)SONY的CIS均為背照式（截至目前，SONY的A6000系列APS-C畫幅相機(jī)使用的為前照式），絕大多數(shù)Canon的CIS為前照式，這使得即便二者電池的容量相似，但Canon的微單續(xù)航要比SONY的新機(jī)型短。

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2.堆棧（Stacked）式：也稱堆疊式。

????????在非堆棧CIS上，除了像素本身占用面積，還有處理電路（與FSI、BSI中的電路不是同一個(gè)），其作用主要是對ADC后的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，布置在感光區(qū)域的外圍。

????????和CPU一樣，它的制程在一定程度上越高越好。普通的CIS在晶圓上進(jìn)行光刻時(shí)，只能采用相同的制程，因此為了提高制程和處理的效率，將處理電路和像素分別制作后堆疊在一起，稱為堆疊式傳感器。

????????堆疊式傳感器大幅提高了讀取速度，此外由于將處理電路放在了感光區(qū)域的下方，因此減小了CIS的體積。

????????世界首款堆疊式CIS由SONY開發(fā)并首先應(yīng)用在手機(jī)上，SONY給其商標(biāo)為Exmor RS（BSI為Exmor R）。

????????目前堆疊式CIS主要運(yùn)用在手機(jī)CIS上，近年幾乎所有手機(jī)CIS都為堆疊式；在相機(jī)上只有極少數(shù)采用堆疊式CIS，其中包含SONY的速度旗艦α1和α9的CIS。

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3.DRAM層（DRAM，Dynamic RAM）：

????????在堆疊式中，電信號(hào)的處理速度大幅提升，但若不及時(shí)輸出，仍會(huì)限制讀出速度加劇果凍效應(yīng)。因此加設(shè)DRAM層以臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可大幅提升讀取速度。

????????α1采用的CIS中便有DRAM層，因而能做到4ms的讀取速度，在民用CMOS微單中首次做到電子快門的閃光燈同步。

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4.CIS的工藝與結(jié)構(gòu)：

????????Gen1為普通的背照式（前照式是最傳統(tǒng)的，在Gen1之前），Gen2為普通的堆疊BSI。

????????Gen4為Gen2升級(jí)，加入第三層堆疊（例如上文提到的DRAM）。Gen3也為Gen2的升級(jí)，將硅穿孔（TSV）改成DBI，從只能在芯片周圍開孔改為可以在芯片的任意位置開孔。

????????Gen5為Gen3升級(jí)，可以做到像素級(jí)的直連。Gen6在Gen5的基礎(chǔ)上做到3層堆疊。具體的我也不會(huì)了，看到過的圖片都放上了。

圖一：SONY采用DBI的CIS不需要專門的TSV區(qū)域，因此像素面積占比更高

圖二：像素直連可以在像素區(qū)域的下方，而TSV只能在像素的周圍

????????更先進(jìn)的工藝不會(huì)直接影響CIS成像的畫質(zhì)，其根本目的是提高CIS的速度和增加一些其它的功能，從而如在手機(jī)上，可以在相同時(shí)間內(nèi)得到更多的圖像，達(dá)到更好的HDR合成等等。 ?? ???

????????目前手機(jī)CIS中，已知的Gen4為imx345、imx400； Gen5為imx563；Gen6為imx445、imx555、imx557.

????????對于相機(jī)，提升CIS速度的好處不僅僅是減少了果凍效應(yīng)。由于無反相機(jī)的對焦工作也依賴于CIS，因此CIS的速度提升后還可以提高相機(jī)追焦、測光等的速度，例如α9可以做到每秒60次對焦測光計(jì)算，而α1更是高達(dá)120次。

目錄：

下一篇涉及機(jī)械快門、電子前簾、電子全域快門的講解
將于2.16左右發(fā)布

????????我不是專門學(xué)這個(gè)的，這些知識(shí)都是我在購買相機(jī)前，以及個(gè)人興趣從網(wǎng)上的文章中學(xué)的，結(jié)合自己的理解寫的這一系列的文章?；蛞?yàn)樵恼卤旧碛姓`，或因?yàn)槲业挠洃浕蚶斫獬霈F(xiàn)差錯(cuò)，不能保證文章的內(nèi)容都是正確的。如果文章中有錯(cuò)誤，可以在評論區(qū)指出或私信與我討論。