MT9D015: 1/5-Inch 2 Mp CMOS Digital Image Sensor
Features
1/5-Inch 2 Mp CMOS Digital Image Sensor
MT9D015 Datasheet, Rev. M
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www.onsemi.com
Features
•
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•
•
•
Superior low light performance
High sensitivity
Low dark current
Simple two-wire serial interface
Auto black level calibration
Programmable controls: gain, frame size/rate,
exposure, left–right and top–bottom image reversal,
window size and panning
Data interface: CCP2 compliant sub-low-voltage
differential signaling (sub-LVDS) or single lane serial
mobile industry processor interface (MIPI)
SMIA 1.0 compatible; MIPI 1.0 compliant
On-chip phase-locked loop (PLL) oscillator
Bayer-pattern down-size scaler
Integrated lens shading correction
Internal power switch for ultra-low standby
current consumption
30 fps at full resolution
2D defect pixel correction
2624-bit one-time programmable memory (OTPM)
for storing module information and lens shading
correction.
Table 1:
Parameter
Die size
Optical format
Key Performance Parameters
Value
4356.15
m
(H) x 4354.85
m
(V)
1/5-inch UXGA (4:3)
2.828 mm (H) x 2.128 (V)
1608 H x 1208 V
1.75 x 1.75
m
RGB Bayer pattern
Electronic rolling shutter (ERS)
6–27 MHz
640 Mb/s (CCP) and 768 Mb/s (MIPI)
Programmable up to 21 fps in profile
0 mode (RAW10)
Programmable up to 30 fps in profile
1/2 mode (RAW10)
Programmable up to 42 fps in profile
0 mode (RAW10)
Programmable up to 61 fps in profile
1/2 mode (RAW10)
30 fps
30 fps (RAW10)
60 fps (RAW10)
30 fps (RAW10)
10-bit
0.86 V/lux-sec
62 dB
38.7 dB
2.40–2.90 V (2.80 V nominal)
1.70–1.90 V (1.80 V nominal)
272 mW at 30 fps (TYP)
–30°C to +70°C
Bare die
Active imager size
Active pixels
Pixel size
Color filter array
Shutter type
Input clock frequency
Maximum data rate
UXGA
(1600 x 1200)
CCP
frame
rate
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•
•
XGA
(1024 x 768)
HD (1280 x 720)
UXGA
(1600 x 1200)
General Description
The ON Semiconductor MT9D015 is a 1/5-inch
UXGA-format CMOS active-pixel digital image
sensor with a pixel array of 1600H x 1200V
(1608H x 1208V including border pixels). It incorpo-
rates sophisticated on-chip camera functions such as
windowing, mirroring, column and subsampling
modes. It is programmable through a simple two-wire
serial interface and has very low power consumption.
MIPI
frame
rate
VGA (640 x 480)
HD (1280 x 720)
QVGA (320X240) 120 fps (RAW10)
ADC resolution
Responsivity
Dynamic range
SNR
MAX
Supply Analog
voltage Digital
Power consumption
Operating temperature
Packaging
Applications
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•
Cellular phones
Digital still cameras
PC cameras
PDAs
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MT9D015: 1/5-Inch 2 Mp CMOS Digital Image Sensor
Ordering Information
Ordering Information
Table 2:
Part Number
MT9D015D00STCMC25BC1-200
MT9D015D00STCPC25BC1-400
Available Part Numbers
Product Description
2 MP 1/4" CIS
2 MP 1/4" CIS
Orderable Product Attribute Description
Die Sales, 200m Thickness
Die Sales, 400m Thickness
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2
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MT9D015: 1/5-Inch 2 Mp CMOS Digital Image Sensor
Table of Contents
Table of Contents
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Ordering Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Functional Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Operating Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Signal Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Two-Wire Serial Register Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Embedded Data Format and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Programming Restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Control of the Signal Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
Clocking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Sensor Core Digital Data Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Digital Data Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
Timing Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
Electrical Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
Chief Ray Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
SMIA and MIPI Specification Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
Revision History. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
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List of Figures
List of Figures
Figure 1:
Figure 2:
Figure 3:
Figure 4:
Figure 5:
Figure 6:
Figure 7:
Figure 8:
Figure 9:
Figure 10:
Figure 11:
Figure 12:
Figure 13:
Figure 14:
Figure 15:
Figure 17:
Figure 18:
Figure 19:
Figure 20:
Figure 21:
Figure 22:
Figure 23:
Figure 24:
Figure 25:
Figure 26:
Figure 27:
Figure 28:
Figure 29:
Figure 30:
Figure 31:
Figure 32:
Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Pixel Color Pattern Detail (Top Right Corner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Typical Configuration (Connection) – Serial Output Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Typical Configuration (Connection) – MIPI Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Single READ from Random Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Single READ from Current Location. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Sequential READ, Start from Random Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Sequential READ, Start from Current Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Single WRITE to Random Location. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Sequential Write, Start at Random Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Effect of Limiter on the SMIA Data Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Timing of SMIA Data Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
MT9D015 System States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
MT9D015 SMIA Profile 1/2 Clocking Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
MT9D015 SMIA Profile 0 Clocking Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Full Resolution Frame Structure Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Effect of horizontal_mirror on Readout Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Effect of vertical_flip on Readout Order. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Effect of x_odd_inc = 3 on Readout Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Pixel Readout (No Subsampling). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Pixel Readout (x_odd_inc = 3, y_odd_inc = 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
100 Percent Color Bars Test Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Fade-to-Gray Color Bars Test Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Test Cursor Behavior when image_orientation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Data Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
Power-Up Sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
Power-Down Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Soft Standby and Soft Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
Definition of Timing for Two-Wire Serial Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Internal Power-On Reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Chief Ray Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
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List of Tables
List of Tables
Table 1:
Table 2:
Table 3:
Table 4:
Table 5:
Table 6:
Table 7:
Table 8:
Table 9:
Table 10:
Table 11:
Table 12:
Table 13:
Table 14:
Table 15:
Table 16:
Table 17:
Table 18:
Table 19:
Table 20:
Table 21:
Table 22:
Table 23:
Table 24:
Table 25:
Table 26:
Table 27:
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Key Performance Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Available Part Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Signal Descriptions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Address Space Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Embedded Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Definitions for Programming Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Programming Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
PLL in System States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Signal State During Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Streaming/STANDBY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Row Address Sequencing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Minimum Row Time and Blanking Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Minimum Frame Time and Blanking Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
fine_integration_time Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Gain Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Test Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Power-Up Sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Power-Down Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
Electrical Characteristics (EXTCLK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
Two-Wire Serial Interface Electrical Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
Two-Wire Serial Interface Timing Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Electrical Characteristics (Serial CCP2 Pixel Data Interface) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Electrical Characteristics (Serial MIPI Pixel Data Interface) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Electrical Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
Power-On Reset Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
DC Electrical Definitions and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Absolute Maximum Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
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