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成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 人類通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)獲取的信息占獲取信息總量的 80%以上，如果說(shuō)計(jì)算機(jī)相 當(dāng)于人類的大腦，那么圖像傳感器則相當(dāng)于人類的眼睛。圖像傳感器作為圖像信 息獲取最重要和最基本的技術(shù)在信息世界中將占據(jù)著極其重要的地位。半導(dǎo)體圖 像傳感器相比傳統(tǒng)的膠片成像具有可實(shí)時(shí)處理和顯示、數(shù)字輸出、便于儲(chǔ)存和管 理等諸多優(yōu)勢(shì)，正在迅速成為圖像傳感器發(fā)展的主導(dǎo)力量。CMOS 圖像傳感器相 對(duì)于 CCD 圖像傳感器具有單片集成、低功耗、低成本、體積小、圖像信息可隨 機(jī)讀取等一系列優(yōu)點(diǎn)。在手機(jī)拍照、PC 攝像、機(jī)器視覺(jué)、視頻監(jiān)控等諸多領(lǐng)域 已經(jīng)取代了 CCD 圖像傳感器。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介： （1）時(shí)間延遲積分型 CMOS 圖像傳感器芯片 通過(guò) 0.18μm 1P4M CMOS 工藝完成了對(duì)最高 128 級(jí)線陣長(zhǎng)度為 1024 像素的 TDI 型 CMOS 圖像傳感器芯片的設(shè)計(jì)、投片和測(cè)試工作。 （2）具有緊湊讀出的多次積分動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展 CMOS 圖像傳感器 提出了一種通過(guò)多次積分?jǐn)U展動(dòng)態(tài)范圍的方法，采用緊湊讀出方式，以降低 對(duì)對(duì)讀出電路的工作速度要求。成功流片 128×128 陣列原型，動(dòng)態(tài)范圍可以擴(kuò)展 39dB,像素讀出時(shí)間相對(duì)于滾筒是曝光增加了 3 倍。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)： ?該領(lǐng)域開(kāi)始向著高清專業(yè)攝像、高精度工業(yè)和醫(yī)療成像、抗輻射太空成像等 專業(yè)高端領(lǐng)域邁進(jìn)。CCD 傳感器的衰退之勢(shì)難以挽回，CMOS 將在未來(lái)幾年保 持優(yōu)勢(shì)地位。2015 年，CMOS 出貨量將達(dá)到 36 億個(gè)，份額達(dá) 97%；而 CCD 出 貨量將下降到只有 9520 萬(wàn)個(gè)，占 3%份額。 應(yīng)用領(lǐng)域： CMOS 圖像傳感器廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類、工業(yè)和科技等各個(gè)領(lǐng)域。民用領(lǐng)域： 拍照手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、可視門(mén)鏡、攝像機(jī)、汽車防盜等；工業(yè)領(lǐng)域：生產(chǎn)監(jiān)控、 安全監(jiān)控等。 技術(shù)轉(zhuǎn)化條件： 四十平方米以上的辦公用房，電腦、工作站若干，相應(yīng)軟件。也可以和 RFID 天線制造單位，卡片封裝單位共同合作。 合作方式及條件：根據(jù)具體情況面議

由西安交大開(kāi)元集團(tuán)自主開(kāi)發(fā)的CMOS可視芯片是目前國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的視覺(jué)芯片，具有集成度高、功能全、體積小、功耗低的特點(diǎn)。以CMOS可視芯片為核心部件的彩色電腦眼是新一代計(jì)算機(jī)圖像輸入器件，具有數(shù)碼相機(jī)、電子相冊(cè)、三維傳真、動(dòng)態(tài)錄像EMAIL、網(wǎng)絡(luò)可視電話、視頻會(huì)議和智能遙控報(bào)警等多種功能。該項(xiàng)目已被列入國(guó)家高新年技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程。

CMOS成像芯片廣泛應(yīng)用于手機(jī)、相機(jī)、安保、工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。該領(lǐng)域的絕大部分市場(chǎng)和技術(shù)被國(guó)外廠商壟斷。成像芯片大量依賴進(jìn)口存在重大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和政治風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，從器件、電路及工藝等多層次突破了高性能CMOS成像芯片的關(guān)鍵技術(shù)，形成了一批國(guó)際、國(guó)內(nèi)發(fā)明專利以及集成電路布圖設(shè)計(jì)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開(kāi)發(fā)了國(guó)際首款128級(jí)TDI型CMOS圖像傳感器芯片，打破了國(guó)外在高端成像技術(shù)上的壟斷。本項(xiàng)目技術(shù)成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，且相關(guān)成像技術(shù)已在產(chǎn)業(yè)界得到應(yīng)用。

由東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院尤肖虎教授、趙滌燹教授牽頭，聯(lián)合成都天銳星通科技有限公司、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室等單位完成的“Ka頻段CMOS相控陣芯片與大規(guī)模集成陣列天線技術(shù)”項(xiàng)目成果通過(guò)了中國(guó)電子學(xué)會(huì)組織的現(xiàn)場(chǎng)鑒定。 由中國(guó)工程院鄔賀銓院士、陳左寧院士、李國(guó)杰院士、呂躍廣院士、丁文華院士以及來(lái)自中國(guó)移動(dòng)、信通院、華為、中興、大唐電信和國(guó)內(nèi)5所高校的共15位專家組成的鑒定委員會(huì)對(duì)該項(xiàng)成果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鑒定并給予了高度評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為：該項(xiàng)目解決了硅基CMOS毫米波Ka頻段相控陣芯片和天線走向大規(guī)模推廣應(yīng)用的核心技術(shù)瓶頸問(wèn)題，成功研制了Ka頻段CMOS相控陣芯片，并探索出了一套有效的毫米波大規(guī)模集成陣列天線低成本解決方案，多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)屬首創(chuàng)；在硅基CMOS毫米波技術(shù)路線取得重大突破，在大規(guī)模相控陣天線集成度方面國(guó)際領(lǐng)先；成果在5G/6G毫米波和寬帶衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在該領(lǐng)域“卡脖子”技術(shù)上取得關(guān)鍵突破，已在相關(guān)應(yīng)用部門(mén)得以成功推廣應(yīng)用。 目前，用于射頻芯片的40nm和28nm CMOS工藝特征頻率已經(jīng)超過(guò)250GHz，在理論上完全可以滿足毫米波應(yīng)用需求。毫米波硅基CMOS集成電路技術(shù)的突破，將帶來(lái)無(wú)線通信行業(yè)的一次變革，解決相控陣系統(tǒng)“不是不想用，只是用不起”的問(wèn)題，把毫米波芯片及大規(guī)模相控陣變成來(lái)一種極低成本的易耗品。相比鍺硅工藝和化合物半導(dǎo)體工藝，CMOS工藝在成本、集成度和成品率上具有巨大優(yōu)勢(shì)，但其輸出功率相對(duì)較低，器件本身寄生效應(yīng)較大。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)6年的技術(shù)探索與創(chuàng)新，克服了毫米波CMOS芯片技術(shù)的固有瓶頸問(wèn)題，所研制的芯片噪聲系數(shù)為3dB，發(fā)射通道效率達(dá)到15%，無(wú)需校準(zhǔn)便可實(shí)現(xiàn)精確幅相調(diào)控；基于大規(guī)模相控陣的波束成形能力，克服了毫米波CMOS芯片輸出功率受限的問(wèn)題。

已有樣品/n主要技術(shù)指標(biāo)：圖像分辨率 800×600；量化位寬 12bit；圖像幀率 1000fps；動(dòng) 態(tài)范圍 70dB；工作溫度范圍在-25℃至 85℃；芯片功耗 0.67W；同時(shí)定制的圖像傳 感器工藝和設(shè)計(jì)流程，具有更佳的高速圖像獲取能力。 高速圖像傳感器可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智能交通、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)研 究、國(guó)防軍事及其他民用領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，高速圖像傳感器可應(yīng)用于汽車碰撞試驗(yàn)、 火箭發(fā)射、彈道測(cè)試、體育賽事、目標(biāo)追蹤、微表情研究和高速車牌識(shí)別等領(lǐng)域。

TDA（芯片熱設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件是清華航院曹炳陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)全自主研發(fā)的國(guó)際首個(gè)芯片跨尺度熱仿真與設(shè)計(jì)系統(tǒng)。TDA軟件可實(shí)現(xiàn)芯片從納米至宏觀尺寸的熱設(shè)計(jì)與仿真，支持芯片微納結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱輸運(yùn)過(guò)程的模擬研究，直接提高芯片熱仿真精度與結(jié)溫預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高芯片性能、壽命和可靠性。

本發(fā)明公開(kāi)了一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片，包括可尋址加電液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)、面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊

面向日益復(fù)雜多樣的電子產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景，電子設(shè)備的小型化進(jìn)程不斷加快，對(duì)于高集成、多模式、多功能的芯片需求飛速高漲。本項(xiàng)研究成果針對(duì)生物醫(yī)療電子、個(gè)人無(wú)線體域網(wǎng)、近距離無(wú)感支付、車載定位、戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)感知、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航等應(yīng)用需求，提出一種超寬帶無(wú)線通信兼具FMCW雷達(dá)測(cè)距的復(fù)合型收發(fā)機(jī)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)。收發(fā)機(jī)采用超寬帶射頻調(diào)頻+可再生型鑒頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信及雷達(dá)的共架構(gòu)方案；提出多相中頻時(shí)差測(cè)距機(jī)理，將分辨率提高2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到mm級(jí)精確測(cè)距，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大4倍；射頻前端基于電流共享技術(shù)，實(shí)現(xiàn)射頻振蕩器+功放、低噪放+鑒頻+混頻的一體化實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)功耗優(yōu)化40%；提出子載波發(fā)生器+頻率校正環(huán)路的數(shù)字化復(fù)用結(jié)構(gòu)，發(fā)射機(jī)可半數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，從而得到一款支持無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)差/頻差/相差雷達(dá)測(cè)距的極低功耗復(fù)用型收發(fā)芯片。 圖1.研制的通信+雷達(dá)集成收發(fā)機(jī)芯片顯微照片

本發(fā)明公開(kāi)了一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片，包括可尋址加電液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)、面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)被劃分成可獨(dú)立施加電驅(qū)控信號(hào)的多個(gè)液晶微光學(xué)塊，各液晶微光學(xué)塊具有相同的面形和結(jié)構(gòu)尺寸，被加電液晶微光學(xué)塊為液晶微透鏡陣列塊，其余未加電液晶微光學(xué)塊為液晶相移板塊；被液晶微光學(xué)塊化的液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)將與其對(duì)應(yīng)的面陣可見(jiàn)光探測(cè)器劃分成同等面形和規(guī)模的面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊，并且各面陣可見(jiàn)光探

發(fā)展了高性能、低功耗碳基CMOS集成電路技術(shù)，性能和功耗全面超越現(xiàn)有技術(shù)，有望成為未來(lái)主流信息器件。發(fā)表了包括兩篇Science在內(nèi)的SCI論文150余篇；相關(guān)成果兩獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)以及其他重要獎(jiǎng)勵(lì)，多次被NatureIndex等專題報(bào)道。