集成电路CMOS图像传感器测试方法-编制说明

国家标准《集成电路CMOS图像传感器测试方法》

（征求意见稿）编制说明

一、工作简况

1．任务来源

本标准任务来源于“军民融合标准转换项目”，项目计划编号为20182264-T-339。本标准由中国科学院提出，由全国半导体器件标准化技术委员会集成电路分技术委员会（SAC/TC78SC2）归口，由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所负责起草。

2、主要工作过程

本标准于2017年7月由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所作为主体单位通过“军民融合标准转换项目”完成申请，于2018年11月通过立项评审，由主要承办单位中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和两家副主办单位重庆光电技术研究所和天津大学共同成立了编制组。

2018年11月~2019年2月，编制组开展了大量的调研工作，包括国内外的有关现有标准，以及国内外各类型CMOS图像传感器的测试及应用情况，开始起草标准草案。调研的标准包括ESA/SCC Basic Specification NO.25000 《ELECTRO-OPTICAL TEST METHODS FOR CHARGE COUPLED DEVICES》、EMVA1288 《Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras》、GJB7951-2012《电荷耦合成像器件测试方法》等相关的国内外标准。

2019年3月~2019年7月，编制组编制完成了标准征求意见稿。

2019年8月~2019年10月，编制组将标准征求意见稿发送国内各有关单位征求意见，同时通过国家标准委系统在网上公开征求意见。

3、标准编制的主要成员单位及其所做的工作

本标准的主要承办单位是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，副主办单位为重庆光电技术研究所和天津大学。三家单位共同成立了标准编制组，编制组成员包括技术人员、试验人员及标准化的专业人员，标准编制组人员组成和分工见表1。

主要承办单位和两家副主办单位共同讨论规划了标准的主体框架，确定了参数类型和测试方法，主要承办单位主笔完成标准内容的编制，副主办单位完成内容校对。

表1 编制组人员分工

二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

1、编制原则

本标准编制原则如下：

a).覆盖性原则

本标准在编制过程中对CMOS图像传感器的类型以及测试参数进行了全方位的调研，最终确定的测试参数覆盖了CMOS图像传感器光电、光谱、成像质量等各个方面，且提供的测试方法能够覆盖黑白/彩色、线阵/面阵以及TDI扫描型图像传感器等各种类型。

b). 通用性原则

本标准总结了多年来我国科学级图像传感器测试试验经验，充分考虑了军民融合需求，该标准可适用于军用级、科学级、商用级等各级别器件的测试。

c).实用性原则

本标准在测试参数确定和测试方法编制时，充分考虑了实用性原则，根据测试方法描述的测试流程和数据处理方法可以很好的完成全部测试环节，得到理想的测试结果。

2、确定主要内容的依据

编制本标准的主要依据是CMOS图像传感器的经典噪声模型和光子传递理论，经典噪声模型源于光电效应和半导体物理基础理论；光子传递理论则源于噪声分布的数学模型。

3、编制过程中解决的主要问题

编制过程中着重围绕以下问题开展工作：

a)确定测试参数集，保证测试参数能够从各角度全面地体现CMOS图像传感器的综合性能；

b)确定参数测试方法，保证测试方法客观可行，并具备通用性和普适性；

c)根据实际测试条件和测试能力的不同，对同一参数提供了不同的测试方法和数据处理方法，保证了测试能力的覆盖性；

d)给出了静态MTF和动态MTF的测试方法和测试系统构建方案，提高了参数测试覆盖性。

三、主要试验情况分析

总体上，本标准所列的测试参数和测试方法均已经在多个型号器件测试上得到了成熟的应用，通过对CMOSIS、SONY等公司生产的不同型号器件测试结果和芯片手册提供的参考值比对，验证了测试方法的正确性。

3.1 光电类参数试验验证情况

以积分球作为均匀光源，对转换增益、暗信号、暗信号非均匀性、读出噪声、

响应非线性、满阱电荷数、动态范围、信噪比、光响应非均匀性、灵敏度、缺陷参数的测试方法进行了验证，被测器件包含了黑白/彩色、面阵/线阵、TDI各种类型，测试结果无论重复性精度和数据与芯片手册的符合度均良好。

3.2 光谱类参数试验验证情况

以复合光源、单色仪结合积分球作为照明光源，以光功率计作为标准探测器，对量子效率、光谱响应度、峰值响应波长、光谱响应范围的测试方法进行了验证，被测器件包含了黑白/彩色、面阵/线阵、TDI各种类型，测试结果无论重复性精度和数据与芯片手册的符合度均良好。

3.3 其他参数试验验证情况

以中科院长春光学精密机械与物理研究所自研的器件成像性能评测系统对静/动态调制传递函数（奈奎斯特频率）、电荷滞留、抗弥散性能、角度响应曲线参数的测试方法进行了验证，被测器件包含了黑白/彩色、面阵/线阵、TDI各种类型，测试结果无论重复性精度和数据与芯片手册的符合度均良好。

四、采用国际标准和国外先进标准情况

本标准在起草过程中对国内外相关的标准进行了总结和比对分析，参考借鉴了一些测试项目和测试方法，并结合实际应用需求和测试系统构建的可实现性进行了总结和提炼，使标准的实用性和可执行性更加符合我国的实际国情。

本标准在编制过程中参考和比对分析的国际国外相关标准包括ESA/SCC Basic Specification NO.25000 《ELECTRO-OPTICAL TEST METHODS FOR CHARGE COUPLED DEVICES》和EMV A1288 《Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras》。

ESA/SCC Basic Specification NO.25000《ELECTRO-OPTICAL TEST METHODS FOR CHARGE COUPLED DEVICES》是欧空局1993年7月发布的，该标准从CCD器件测试角度出发，提炼了电学、光电两大类共34个参数，其中电学参数包括栅电极漏电流、引脚间漏电流、输出放大器电源电流、负载输出阻抗等；光电参数包括电荷转移效率、暗信号、响应非均匀性、响应度等。由于CCD器件和CMOS图像传感器均隶属于光电成像器件，其部分参数及测试方法可共用，但是由于其工作机理不尽相同，所以不能直接转换使用，例如CMOS 器件一般在像元内部就完成了信号预处理，一般直接输出数字信号，不存在CCD 器件的电荷转移过程，所以该标准中的电荷转移效率等参数对CMOS不适用。