光学方面的设计推动产生新的应用领域

     传感器是连接电子世界与外部真实世界的关键接口，设计传感器正是为了跨越这两者之间的鸿沟。但这是一项令人生畏的工作，它需要综合数字和模拟电子学以及物理、化学等方面的知识。传感器元件可以是电极上的一个“DNA”片段，硅芯片中的电位阱，压力传感器或是基于MEMS的加速计。一旦完成此物理系统的设计，从所得到的信号中提取信息的工作就是电子工程师的任务了。他们必须识别和消除噪声，还需要设计能解读保持信息的电路或软件。高性能DSP和复杂的专门系统软件经常被用来承担这些任务。
    
     在本期专栏中，从事光学研究的设计工程师们描述了在信号漂移、噪声和时钟等领域他们最近所关注的问题。例如，图像传感技术是传感器设计中最先进和最复杂的领域之一，这是因为光学系统在技术和产品设计中扮演了重要的角色。电子成像系统在性能和分辨率方面正在迅速超越胶片，先进的硅工艺技术在促成这种变革的过程中发挥了主要作用。不过，片上噪声问题的处理仍是一个挑战，这也是美光科技公司的Eric Fossum在他的有关CMOS有源像素传感器设计文章中将要探讨的话题。Fossum是开发CMOS图像传感器的先锋，同时他还是美国喷气推进实验室(JPL)的研究员，并且是Photobit公司的创始人。Photobit公司一直为专业照相机的设计开发成像芯片，最近该公司被美光收购了。
    
     Fossum指出，CMOS有源像素传感器是高度集成的系统。除了主控自身的基础光探测器外，这种芯片还包含了混合信号电路、模拟信号处理器、模数转换器、偏移发生器、时钟发生器、数字逻辑和存储器等。所有这一切都用来创造各种附加功能，从基本的噪声控制到图像的缩放或快速运动的影像捕获等。
    
     CMOS传感器目前正在追赶更为成熟的电荷耦合器件(CCD)方案。ADI公司产品行销经理Yuzo Shida将探讨一个关键的设计元件——时钟发生器。CCD探测器存储了沿芯片伸展的一排排光子所产生的电荷。然后，电荷包在时钟的控制下被传递给最邻近的下一个包，从而离开此排列。因而，对于这类传感器来说，时钟控制成了重要的设计问题。Shida将展示如何利用可编程时钟发生器进行再设计，来得到高度灵活的CCD系统，这种CCD系统采用本质上相同的电路，却可以满足不同应用的需求。
    
     Texas Advanced Optoelectronic Solutions公司的Carlo Strippoli将从更广的角度阐述光传感技术，他介绍了光传感功能现在如何被内置到具有互联网功能的消费类产品中，不仅提供即时的图像捕获功能，而且还能实现条码读取或血氧监控等功能。
    
     每种传感器都必须解决的一个基本问题就是周围环境(通常指温度的随机变化)造成的信号漂移。利用基本的压力传感器装置，Xicor公司的Axel Kleinitz示范了如何采用可编程的数字电位器来解决这个问题。其中，工作温度范围内的响应参数被记录在一块小容量的片上EPROM中。