4.2 掃描方法之比較
4.2.1 緩衝記憶體比較
在 4.1 節裡，我們將三種不同的掃描方法對於後處理系統所需要的緩衝記憶體容量 大小的影響有詳細的分析，在這裡我們更進一步將其因後處理區塊大小(後處理區塊大 小=讀出區塊大小)的不同而分別所需要的後處理緩衝記憶體的容量做比較，
(一) 當感測晶片解析度為512 512× 而後處理區塊大小為 4 4× 此時三種掃描方法所需的後處理緩衝記憶體分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：4 512 2bits× × 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片：4 4 2bits× × 3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：4 4 2bits× ×
由上述可知區塊式掃瞄與區域光柵式掃瞄均節省了 99.21875%的後處理緩衝記憶體。
(二) 當感測晶片解析度512 512× 為而後處理區塊大小為8 8× 此時三種掃描方法所需的後處理緩衝記憶體分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：8 512 2bits× × 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片：8 8 2bits× × 3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：8 8 2bits× ×
由上述可知區塊式掃瞄與區域光柵式掃瞄均節省了 98.4375%的後處理緩衝記憶體。
(三) 當感測晶片解析度512 512× 為而後處理區塊大小為16 16× 此時三種掃描方法所需的後處理緩衝記憶體分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：16 512 2bits× × 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片：N/A
3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：16 16 2bits× ×
由上述可知區域光柵式掃瞄均節省了 96.875%的後處理緩衝記憶體。而此時區塊式掃描
CMOS 影像感測器因其增加的輸出線與連接線已經使得可感光的面積變成零，所以無須
首先就光柵式掃描 CMOS 影像感測器進行分析，假設感測晶片之解析度為M×N， 由於每行像素共用一條輸出線，故在光柵式掃描 CMOS 影像感測器所需要之主動負載 為 N 個；接著就區塊式掃描 CMOS 影像感測器進行分析，假設感測晶片解析度M×N而 後處理區塊大小為W W× ，因為此方法是將主動負載接在整理電路的輸出端，由於其同 時由像素陣列輸出的像素個數為整個區塊裡的像素即W W× 個，故在區塊式掃描 CMOS 影像感測器所需之主動負載為W W× 個；最後就區域光柵式掃描 CMOS 影像感測器進行 分析，假設感測晶片解析度M×N而後處理區塊大小為W W× ，區域光柵式掃描的主動 負載與區塊式掃描一樣都是接整理電路的輸出端，由於其同時由像素陣列輸出的像素個 數為區塊裡的一列即W個，故在區域光柵式掃描 CMOS 影像感測器所需之主動負載為 W個。如此便可將這三種方法因後處理區塊大小(後處理區塊大小=讀出區塊大小)的不 同而所需的主動負載做整理比較，同樣分成三種狀況，比較如下，
(一) 當感測晶片解析度為512 512× 而後處理區塊大小為 4 4× 此時三種掃描方法所需的主動負載分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：512 個 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片：16 個 3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：4 個
(二) 當感測晶片解析度為512 512× 而後處理區塊大小為8 8× 此時三種掃描方法所需的主動負載分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：512 個 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片：64 個 3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：8 個
(三) 當感測晶片解析度為512 512× 而後處理區塊大小為16 16× 此時三種掃描方法所需的主動負載分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：512 個 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片： N/A 3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：16 個
我們將上述之數值整理成表 4.2.2，其中表 4.2.2(a)代表當感測晶片解析度為512 512× 而 後處理區塊大小為 4 4× 時所需之主動負載的比較，表 4.2.2(b)代表感測晶片解析度 512 512× 為而後處理區塊大小為8 8× 時所需之主動負載的比較，表 4.2.2(c)代表感測晶 片解析度512 512× 為而後處理區塊大小為16 16× 時所需之主動負載的比較。
表 4.2.2 因掃描方式不同所需之主動負載 (a)感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小為 4 4×
光柵式掃描 區塊式掃描 區域光柵式掃描
主動負載 512 16 4
(b)感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小為8 8×
光柵式掃描 區塊式掃描 區域光柵式掃描
主動負載 512 64 8
(c)感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小為16 16×
光柵式掃描 區塊式掃描 區域光柵式掃描
主動負載 512 N/A 16
相關二次取樣電路與減法電路
由第三章可知，為了能夠讓訊號能夠很連續的由感測器讀出至外界而不需外加些等 待時間，不管是光柵式掃描 CMOS 影像感測器、區塊式掃描 CMOS 影像感測器或是區 域光柵式掃描 CMOS 影像感測器均使用了兩組相關二次取樣電路與兩組減法電路，故 由此可知這三種不同掃瞄方法因後處理區塊大小(後處理區塊大小=讀出區塊大小)的不 同而所需的相關二次取樣電路與減法電路做整理比較，同樣分成三種狀況，
(一) 當感測晶片解析度為512 512× 而後處理區塊大小為 4 4× 此時三種掃描方法所需的相關二次電路與減法電路分別為，
1) 光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：1024 個 2) 區塊式掃描 CMOS 影像感測晶片：32 個 3) 區域光柵式掃描 CMOS 影像感測晶片：8 個
表 4.2.3 因掃描方式不同所需之相關二次電路與減法電路
晶片解析度512 512× 為而後處理區塊大小為8 8× 時所需之相關二次電路與減法電路的 比較，表 4.2.2(c)代表感測晶片解析度512 512× 為而後處理區塊大小為16 16× 時所需之相 關二次電路與減法電路的比較。
4.2.3 數位電路之比較
這裡所謂的數位電路指的便是行(列)解碼器，接下來同樣的亦將其因後處理區塊大 小的不同而有哪些不同處來做比較，在此僅探討輸出個數較多的訊號，並且因這部分主 要是以位移暫存器所組成的，所以之後都會以位移暫存器的個數來做比較。
(一) 光柵式掃描 CMOS 影像感測器
在 3.1 節已有提及其整體架構裡，數位電路只有兩部份便是列解碼器與讀出解碼器 (亦即行解碼器)，接著將分別闡述，
列解碼器
此處之列解碼器是用於控制重置訊號VREST與 row-select 訊號Vrow select− ，故當感測晶 片解析度M×N時，所需之位移暫存器為 2M 個。
讀出解碼器
此處之讀出解碼器是用於控制經過相關二次取樣與減法電路處理過後而存在取樣
∕保留(Sample and Hold)電路裡的訊號是否要讀出至外界，故當感測晶片解析度M×N 時，所需之位移暫存為2N 個。
(二) 區塊式掃瞄 CMOS 影像感測器
在 3.2 節已有提及其整體架構裡，數位電路有三部分，分別為列解碼器、行解碼器 與讀出解碼器，接著將分別闡述，
列解碼器
此處之列解碼器是用於控制重置訊號VREST與 row-select 訊號Vrow select− ，由於區塊式 掃瞄是同時將一個區塊內的的像素值讀出至下一級電路，除了每列分別共用VREST 和
row select
V − 外，還有每個區塊內也將分別共用VREST 與Vrow select− ，所以當感測晶片解析度 M×N而後處理區塊大小為W W× 時，所需之位移暫存器為M
W 個。
行解碼器
此處之行解碼器是用於控制某個區塊是否執行曝光與讀出之訊號，故當感測晶片解 析度M×N而後處理區塊大小為W W× 時，所需之位移暫存器為 N
W 個。
讀出解碼器
此處之讀出解碼器是用於控制此處之讀出解碼器是用於控制經過相關二次取樣與 減法電路處理過後而存在取樣∕保留(Sample and Hold)電路裡的訊號是否要讀出至外 界，故當感測晶片解析度M×N而後處理區塊大小為W W× 時，所需之位移暫存器為
2 W× 2個。
(三) 區域光柵式掃瞄 CMOS 影像感測器
如同區塊式掃瞄 CMOS 影像感測器，其整體架構裡，數位電路有三部分，分別為 列解碼器、行解碼器與讀出解碼器，接著將分別闡述，
列解碼器
由於區域光柵式掃瞄是以某個區塊內的一列為基準將像素值輸出至下一級電路，所
以其VREST 和Vrow select− 的佈局方式與光柵式相同為每列分別共用訊號VREST 和分別共用訊
號Vrow select− ，故當感測晶片解析度M×N而後處理區塊大小為W W× 時，所需之位移暫存
器為 M 個。
行解碼器
此處之行解碼器是用於控制某個區塊是否執行曝光與讀出之訊號，故當感測晶片解 析度M×N而後處理區塊大小為W W× 時，所需之位移暫存器為 N
W 個。
讀出解碼器
此處之讀出解碼器是用於控制此處之讀出解碼器是用於控制經過相關二次取樣與 減法電路處理過後而存在取樣∕保留(Sample and Hold)電路裡的訊號是否要讀出至外 界，故當感測晶片解析度M×N而後處理區塊大小為W W× 時，所需之位移暫存器為
2 W× 個。
4.3 掃描方法之模擬
(a)區塊式(處理區塊 4X4) (b)區塊式(處理區塊 8X8)
(c) 區域光柵式(處理區塊 4X4) (d)區域光柵式(處理區塊 8X8)
(e) 區域光柵式(處理區塊 16X16) (f)系統輸出 圖 4.3.1 感測器模擬結果
4.3.1 暫態分析
類比電路模擬結果
本節模擬的對象有五個 1) 感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小為 4 4× 的區 塊式掃瞄 CMOS 影像感測器、2) 感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小為8 8× 的 區塊式掃瞄 CMOS 影像感測器、3) 感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小為 4 4× 的區域光柵式掃瞄 CMOS 影像感測器、4) 感測晶片解析度為512 512× 後處理區塊大小 為8 8× 的區域光柵式掃瞄 CMOS 影像感測器和 5) 感測晶片解析度為512 512× 後處理區 塊大小為16 16× 的區域光柵式掃瞄 CMOS 影像感測器，我們以一固定電流源來模擬光電 流並令其與 photodiode 並聯，模擬結果如圖 4.3.1，其中圖 4.3.1(a)到 4.3.1(e)為像素電路 的輸出值而 4.3.1(f)為經過相關二次取樣與減法電路處理後的值，從圖 4.3.1(a)到 4.3.1(e) 可以發現本論文所設計之區塊式掃瞄與區域光柵式掃瞄 CMOS 影像感測器之像素電路 能夠順利的執行重置模式與積分模式。最終之輸出值因為五個對象使用之固定電流源都 一樣故只以第三個模擬對象做為代表。
4.3.2 能量分析
類比電路能量
本篇論文統計能量的方法是按照公式 E= × ，其中 E 代表能量、P 代表在各種掃P T 瞄方式下所統計到的讀出基準功率(例如：光柵式掃瞄之讀出基準是以一列單位)，而T 代 表處理一張畫面(Frame)所需的時間；首先我們討論光柵式掃瞄下的各種狀況：
1) 當後處理區塊為 4 4× 時，所統計到的讀出基準功率為4.5738 10× −4watt，而處理 一張畫面所需的時間為 512 512× μ，故可得E=11.99 10× −5J。
2) 當後處理區塊為8 8× 時，所統計到的讀出基準功率為4.5738 10× −4watt，而處理
2) 當後處理區塊為8 8× 時，所統計到的讀出基準功率為4.5738 10× −4watt，而處理