LOFIC技术，全称：Lateral overflow integrated    capacitor，是一种横向溢出集成式电容技术。这项技术的诞生和发展与应用端对高动态范围的需求有着密切的关联。

众所周知，动态范围（以下简称：DR）是当下CMOS图像传感器（以下简称：CIS）的一项关键性能参数，尤其是在汽车应用方面。一般手机CIS的动态范围在60dB左右，而汽车CIS对高动态的需求在120dB+、甚至140dB的更高标准。要达到140dB，就意味着要在汽车CIS内实现比手机应用高一万倍的动态范围。（具体公式如下）

随着CIS技术的发展，要提高动态范围有许多方式，如多次曝光或大小像素等。然而，这些方式多会带来诸如运动伪影、色彩串扰和采集LED影像合成时产生闪烁等问题。因此，如何在单次曝光的方式下有效提升DR成为汽车应用CIS的关键技术。而LOFIC技术正是能够解决这一痛点。

LOFIC技术如何提升动态范围？

CMOS的成像原理主要是通过把光线转换成电荷，进而形成画面，如果我们用一个“桶”来承载单个像素所转换出来的电荷，那这个桶能容纳电荷的多少就决定了这个像素成像的明暗细节程度。如果桶里是空的，那此时的画面就是全黑的；反之如果桶里的电荷数量多到溢出了桶外，那这时的画面就是一片白色，毫无细节。一颗300万像素分辨率的CIS，就有300万个像素（以及对应的桶），而每个像素的明暗差距按顺序排列组合之后，就成为了一张照片。因此明暗差距之间的变化程度越细微，细节也越清晰和丰富，这就是高动态成像。

如何将明暗变化程度更精细地呈现出来，就需要对承载电荷的“桶”进行扩容，通俗来讲这就是LOFIC技术所使用的像素内电容器。在C_FD的旁边扩增一个LOFIC电容（即用于收集横向溢出电荷的电容），当电荷数量超过像素C_FD原本能承载的最大限度（即最大阱容），多余的电荷就会流到相邻的“桶”里，而不是溢出来。之后通过读取“桶”里的电荷再结合数字算法技术就能够获得比原先更高的动态范围。

△图片来自：3d tof的《HDR技术详细解析》一文

链接：https://mp.weixin.qq.com/s/1QoM0-VdCRuPaIWfI4ZSaw

不过，要掌握LOFIC技术却并非易事。综合来看，LOFIC技术对CIS设计企业在像素设计、模拟电路设计以及数字算法能力三大方面都有着极高的要求。

LOFIC技术是CIS设计综合能力的一种体现

【像素结构更复杂】

因为在原本的像素结构以外增设了电容，因此像素结构设计的复杂程度也会显著地增加。例如因晶体管增加而带来的串扰问题，尤其是FD浮空节点的增多大大增加对噪声控制的难度。

△ 图为LOFIC中的pixel架构图

【模拟电路设计难度的增加】

为了实现更高的动态范围，LOFIC中收集的溢出电荷会经过多次读出。而多次读出势必带来对模拟架构方案设计中控制时序的难度提高，并且多次读出下如何有效的控制功耗的问题也是一大难点，这就对CIS设计企业的模拟电路设计能力提出了很高的要求。

【数字算法融合的挑战性加剧】

成像过程中，在数据读出后要通过数字算法及ISP将读出的数据进行融合，以还原出像素原本“最真实”的亮度数据，与非LOFIC技术相比，多次读出收集的多个数据要进行妥善的融合及运算，对CIS设计企业的数字算法能力同样会带来重大的挑战。

综上所述，要在CIS中实现LOFIC技术并不容易，何况作为智能车载视觉核心器件的CMOS图像传感器还需要满足车规功能安全的要求。因此目前在国内仅有“极少数”企业能够掌握这项技术。值得一提的是，元视芯MAT Series图像传感器正是采用了LOFIC+DCG HDR技术的面向汽车应用的CIS系列产品。（可参阅往期文章：让汽车“洞察秋毫”，HDR已成车规级CIS必看硬指标!）这也标志着元视芯在像素设计、模拟电路以及数字算法上均拥有行业先进的技术能力。得益于LOFIC技术的加持，元视芯MAT Series 能够实现高达120dB~140dB+的超高动态范围，并具备LFM（LED闪烁抑制）功能，以满足汽车ADAS应用的切实需求。

后续，元视芯还会将LOFIC技术布局应用于其高端智能手机应用产品的开发，通过持续的前沿技术创新为各类视觉应用的发展贡献自己的力量！