索尼发布 50MP、1/1.28 英寸 LytiaL910 传感器,它有何技术亮点?
虽然 LYTIA L910 和 LYTIA 818/828 都是 50MP,1/1.28" 型尺寸的底,但为了上 LOFIC 实现 100dB 动态范围,LYTIA L910 的 1.22μm 像素进行了重新设计。
索尼在 LYTIA 818 和 LYTIA 828 上使用的上一代 1.22μm 像素的光电二极管在四合一模式下最多输出约 32ke-,刚好比 LYTIA 818/828 在低增益档位(LCG)下的满阱容量(FWC)稍微高一点点,正好够用。
而随着引入 LOFIC 大幅提升了像素可实现的满阱容量限制,光电二极管自然就需要输出更多光电子才能填满由 LOFIC 加持的低转换增益(LCG)阱容,这个时候原本的 1.22μm 像素设计开始不够用了。虽然可以选择增加像素电压的方式以加强光电二极管的电荷输出能力满足需求,但这么做的代价就是更高的像素层功耗。索半把原来 LYTIA 818/828 上源极跟随器晶体管(SF)和重置晶体管(RST)共用的像素电源分离,实现仅提升浮动扩散节点的电压(FD)以降低整体功耗压力(但感觉会增加布线甚至晶体管布置的优化难度)。

此外正如我之前在其他回答中所提到的:LOFIC 巨大的阱容还会导致对应的转换增益过低,不利于压制后端读出噪声[1];同时由于 LOFIC 目标是实现“可控漏电”,这显著增加了像素的优化难度,处理不好又会引入额外噪声[2]。当然这些问题可以依赖多转换增益合成(Multi CG HDR)[3] [4]来克服,但是由于 LOFIC 的转换增益过低,低转换增益(LCG)挡位下的读出噪声相较高转换增益(HCG)挡位差异过大,只用双转换增益合成(DCG HDR)时,会出现明显的信噪比断层(SNR Dip/Drop)问题[1]。
而为了解决这个问题,行业内惯用做法是增加高转换增益挡位(HCG)的满阱容量,让它和带 LOFIC 的低转换增益(LCG)切换点尽可能地往以光子散粒噪声为主导噪声的高光区域靠以减少读噪差异对总体噪声的影响。但这又会涉及到高转换增益(HCG)下高感控噪和满阱容量之间的妥协从而影响到图像传感器的动态范围。
所以相对于 LYTIA 818/828 的双转换增益(DCG)像素设计[5],LYTIA L910 的 1.22μm 像素改用了三转换增益(TCG)设计,通过增加一个中等转换增益(MCG)挡位以减少各级转换增益差距过大导致的信噪比断层。高转换增益(HCG,索尼称之为 UHCG)挡位不再需要迁就低转换增益扩大阱容,可放心通过低阱容抬高转换增益来做到低读噪(0.73e-),从而在三转换增益合成(TCG HDR)下实现高达 100dB 的动态范围。
