核心技术100%自研，国产高端CMOS芯片问世，成功打破日韩垄断

文/BU 审核/子扬 校对/知秋

CMOS图像传感器是电子设备的“眼睛”，是数字影像的核心。如今在相机、智能手机、安防监控之上，CMOS的应用尤为广泛。而在未来，随着视频内容的兴起，视频拍摄变得愈发重要，CMOS的地位将更为不可动摇。

国产高端CMOS芯片问世

而在这一关键领域，中国企业实现了关键突破——长光辰芯牵头的“8K超高清图像传感器芯片及系统应用”课题在今年10月份圆满验收。

据悉，长光辰芯的这一课题属于“核高基重大专项”的十六个科技重大专项之一。所谓“核高基”是指核心电子器件、高端通用芯片和基础软件产品，其重要程度不亚于载人航空工程。

由此不难看出，CMOS传感器芯片的关键地位。而长光辰芯及联合的3家公司不负众望，打造出两款8K超高清传感器。

长光辰芯完成的这颗8K传感器芯片瞄准的为电影相机，这一具有颇高挑战难度的市场，为中国具有自己的超高清录像设备带来了更多的可能性。而长光辰芯也的确做到了这一点。

这预示着，我国在超高清产业的发展上将更进一步。同时，这也表示我国在高端CMOS传感器领域，进一步打破了日韩企业的垄断，为扭转我国在这一领域依赖进口的局面带来了希望。

日韩垄断严峻

回顾全球数码摄影发展之路不难发现，日系相机一直占据行业主导位置。这得益于日本相机企业在CMOS图像传感器领域，长久以来的垄断地位。

直到如今，日企的垄断地位也没能被撼动。

据英国iHSMarket公布的数据显示，在全球CMOS图像传感器市场中，日本索尼便一举拿下了50.1%的市场，可见日本企业的强悍。

而韩国企业也不甘落后，三星电子独自占有20.5%的市场。全球90.3%的CMOS传感器市场，都被前5大巨头掌控在了手中，行业寡头垄断的情况十分明显。

而中国企业所占据的市场，根本就寥寥无几。尤其是在高端CMOS图像传感器市场，国产行业几乎是一片空白，没有能撼动日韩企业的能力。

因此在很长时间里，我国对于日韩CMOS传感器的依赖程度都颇高。在这样“核高基”产业上被“卡脖子”，如此境况显然应引起警惕。

CMOS突破不易

但是，想要在CMOS图像传感器领域突围哪有那么容易。

一是，行业格局已经稳固，想要撼动已有的格局就要耗费更大的力气，这并不是一件容易事。

二是，CMOS图像传感器门槛极高。

有日本人曾表示，CMOS图像传感器并不是竞争对手在短时间里，就能够复制得到的技术。而事实也的确如此。

CMOS是复杂光电一体化芯片系统，涉及光学、色彩学、高速接口电路等诸多高精尖领域。同时，CMOS的加工工艺也很是复杂，需要颇高的工艺技术。

因此，后来者需要投入大量的资金、物力、人才，才有实现CMOS传感器技术突破的可能性，不能一蹴而就。

受以上因素的影响，我国在CMOS图像传感器领域迟迟难以突破。

国产迎来曙光

但令人欣慰的是，在国产企业的努力之下，我国在CMOS领域的受垄断程度有所放缓。

智能手机赛道的崛起，更是给国产CMOS带来了新的切入点。在中国手机品牌市场中，本土企业的渗透率已经提升至颇高的地位。

据旭日大数据公布的信息显示，在2021年第三季度，中国厂商格科微以3.53亿颗的出货量排在全球第一位。而在2018年，被中国企业收购的豪威科技也取得了优异的成绩，凭借着2.83亿的出货量排在全球第四。

不难看出，我国在CMOS图像传感器领域正在快速崛起，正在占据更高的市场份额，在产能上已经形成了相当的份额。

而在制造质量、产品成像性能等方面，我国正努力缩小着与日韩企业的差距，并且传来了越来越多的好消息。长光辰芯近来的成就，便是一个巨大的好消息。

实现CMOS突破不易，希望我国能在这一领域走得更快。

【专利解密】灵明光子 光电传感芯片

【嘉德点评】灵明光子发明的光电传感芯片，通过将光电传感结构、信号处理电路和多路选择器集成于同一半导体结构内，这样组装形成的光电探测器，能够有效的减小寄生电容，加快反应速率，并且整个芯片面积也比较小。

集微网消息，光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（可见及紫外镭射光）转变成为电信号的器件，具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样等特点。

光电传感芯片中集成有光电传感结构以及与光电传感结构连接的信号处理电路，为适应不同场合的需求，一个光电传感信号中会集成多个光电传感结构，各光电传感结构在输入端相互连接并通过输入电路接入电压，且各光电传感结构在输出端分别连接一个单独的信号处理电路。

当光电传感结构产生感应信号时，可通过与其对应的信号处理电路进行处理后输出。由于光电传感芯片内集成有多个光电传感结构，将该光电传感芯片置于多种不同的场合均能进行工作，从而提高了芯片的适用范围。

然而，上述光电传感芯片中的电路分布较多，寄生效应严重，结构较为复杂。同时，当芯片的输入电路接入电压时，各传感结构和对应的信号处理电路同时工作，导致芯片功耗较大，散热问题严重。

因此为了解决这样的问题，灵明光子在19年6月3日申请了一项名为“光电传感芯片”的发明专利（申请号：201910476115.0），申请人为深圳市灵明光子科技有限公司。

根据目前公开的专利资料，让我们一起来看看这项光电传感芯片专利吧。

首先要对于光电传感芯片进行一些基本的介绍，光电传感芯片具有电输入端Vop用于接入工作电压，并具有电输出端Output用于输出处理信号，光电传感芯片包括输入电路、信号处理电路以及连接于输入电路和信号处理电路之间的多个光电传感结构，光电传感芯片内具有N个光电传感结构。

其中，各光电传感结构的输入端通过多路选择器与输入电路连接，连接于各光电传感结构的输入端和输入电路之间的多路选择器为第一多路选择器MUX1，多路选择器具有一个主连接端和多个次连接端，第一多路选择器的主连接端与输入电路连接，并且其多个次连接端与各光电传感结构的输入端一一对应连接。

如上图所示为连接有第一多路选择器的光电传感芯片的结构示意图，光电传感芯片具有N个光电传感结构，各光电传感结构具有单输出端，各光电传感结构的输入端通过一个第一多路选择器与一个输入电路连接，各光电传感结构的输出端直接与一个信号处理电路连接。

如上图所示为连接有第二多路选择器的光电传感芯片的结构示意图，光电传感芯片内包括M个第二多路选择器和M个信号处理电路，即第二多路选择器的数量与信号处理的数量相同，M＜N。

其中第二多路选择器与信号处理电路一一对应连接，每一个信号处理电路均通过一个独立的第二多路选择器与各光电传感结构的输出端连接。

当M＝1时，各光电传感结构与电输入端直接连接，而各光电传感结构与信号处理电路通过一个第二多路选择器连接，此时芯片一次只会处理一个光电传感结构的感应信号并输出一路处理信号。

如上图所示为连接有第一多路选择器和第二多路选择器的光电传感芯片的结构示意图，当光电传感结构具有单输出端时，芯片具有M个第一多路选择器、M个第二多路选择器和M个信号处理电路。

其中，M个信号处理电路和M个第二多路选择器的主连接端一一对应连接，M个第二多路选择器的次连接端分别与各光电传感结构的输出端连接，M个第一多路选择器的主连接端与输入电路连接，M个第一多路选择器的多个次连接端与各光电传感结构的输入端一一对应连接。

当M＝1时，光电传感结构与电输入端之间以及光电传感结构与信号处理电路之间分别连接有一个第一多路选择器和一个第二多路选择器。此时当电输入端接入电压时，仅一个光电传感结构进入工作状态，芯片仅输出一路处理信号。

最后我们来看看具有多个电输入端的光电传感芯片的结构是怎么样的。

如上图所示，这种芯片具有多个电输入端，输入电路与各电输入端之间连接有多路选择器，定义为第三多路选择器。芯片设置多个电输入端，且电输入端通过第三多路选择器与输入电路连接，此时各电输入端可接入不同的电压，芯片可以通过第三多路选择器，选择接通所需的电输入端，使得芯片应用更加灵活。

同时通过调整多路选择器的连接，可以快速切换工作电压。例如各电输入端所接入的电压包括最小工作电压、最大工作电压以及均分从最小工作电压和最大工作电压区间的中间电压。

以上就是灵明光子发明的光电传感芯片，通过将光电传感结构、信号处理电路和多路选择器集成于同一半导体结构内，这样组装形成的光电探测器，能够有效的减小寄生电容，加快反应速率，并且整个芯片面积也比较小。

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