Специалисты группы компаний Sony Semiconductor Solutions Corp., Sony Semiconductor Manufacturing Corp. и Sony LSI Design Inc разработали новый тип CMOS-датчика, в структуру которого были включены элементы цифровой обработки сигналов и динамическая память DRAM. За счет такой высокой степени интеграции новый датчик позволяет производить съемку видео с высоким разрешением со скоростью до 960 кадров в секунду, не сильно нагружая при этом центральный процессор, что делает этот датчик идеальным для использования в смартфонах и другой портативной электронике.

Традиционные датчики, используемые в камерах современных смартфонов, имеют двухслойное строение. На верхнем слое располагаются собственно светочувствительные элементы, а на нижнем — элементы логических схем, выполняющих функции преобразования сигналов и передачи цифровых данных. На сей раз группа компании Sony добавила между двумя этими слоями третий дополнительный слой, состоящий из ячеек динамической памяти и дополнительных цифровых логических элементов.

Появление третьего слоя в структуре датчика позволило ему производить съемку с очень высокой скоростью. К примеру, при полной разрешающей способности датчика в 19.3 мегапикселя скорость съемки может составлять 120 кадров в секунду, а съемка видео с разрешением 1920 на 1080 пикселей может производиться уже со скоростью в 960 кадров в секунду.

Без наличия в датчике дополнительной динамической памяти скорость его работы ограничивается скоростью работы его интерфейса передачи данных. Однако, при наличии промежуточной буферной памяти, информация с датчика может быть сохранена в ней и подвергнута быстрой предварительной обработке при помощи дополнительных цифровых схем. Упаковка обработанных данных позволяет передавать по интерфейсу больший объем информации и это делает скорость работы камеры менее зависимой от скорости работы интерфейса.

Размер нового датчика составляет 1 на 2.3 дюйма. На его поверхности содержится 21.2 миллиона пикселей, размером 1.22 микрометра, что обеспечивает разрешающую способность 5520 на 3840 пикселей. Получаемые изображения могут иметь соотношение сторон 4:3 и 16:9, и разрешающую способность от 1.71 до 19.3 мегапикселя.

Интерфейс камеры поддерживает стандарты MIPI D-PHY (2.2 Gbps) и MIPI C-PHY (2.0 Gsps). Когда камера снимает 4K-видео с частотой более 30 кадров в секунду, расход энергии составляет 424 мВт, а динамический диапазон датчика составляет 64.8 децибела. Максимальная пропускная способность шины данных датчика составляет 102 Гбит/сек (512 бит, 200MHz), а динамической памяти — 1 Гбит/сек (128 бит, 200 МГц x 4 канала).

Собственно датчик и элементы его цифровых схем изготовлены с использованием 90 нм (1AL5Cu), 30 нм (3AL1W) и 40 нм (1AL6Cu) технологических процессов. А в состав цифровой схемы входит аналого-цифровой преобразователь, препроцессор, главный процессор и схемы интерфейса сопряжения датчика с внешними устройствами.