MT9M024: 1/3-Inch CMOS Digital Image Sensor
Features
1/3-Inch CMOS Digital Image Sensor
MT9M024 Data Sheet, Rev. G
For the latest data sheet, please visit
www.onsemi.com
Features
•
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•
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•
•
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•
•
Superior low-light performance
HD video (720p60)
Linear or high dynamic range capture
Video/Single Frame modes
On-chip AE and statistics engine
Parallel and serial output
Auto black level calibration
Context switching
Temperature Sensor
Table 1:
Parameter
Optical format
Active pixels
Pixel size
Key Parameters
Typical Value
1/3-inch (6 mm)
1280 x 960 = 1.2 Mp
3.75m
RGB Bayer or monochrome
Electronic rolling shutter
6 – 50 MHz
74.25 MHz
HiSPi 12-, 14-, or 20-bit
12-bit
45 fps
60 fps
5.48 V/lux-sec
43.9 dB
>115 dB
1.8 or 2.8V*
1.8 V
2.8 V0.4 V or 1.8 V
270 mW (1280 x 720
60 fps Parallel output Linear
Mode)
460 mW (1280 x 720 60 fps
Parallel output HDR Mode)
–30°C to + 70° C (surveillance)
9x9 mm iBGA
Bare die
I/O
Digital
Analog HiSPi
Color filter array
Shutter type
Input clock range
Output clock maximum
Output
Frame
rate
SNR
MAX
Serial
Parallel
Full resolution
720p
Applications
• Video surveillance
• 720p60 video applications
• High dynamic range imaging
Responsivity
Maximum dynamic range
Supply
voltage
General Description
The ON Semiconductor MT9M024 is a 1/3-inch CMOS
digital image sensor with an active-pixel array of
1280H x 960V. It captures images in either linear or
high dynamic range modes, with a rolling-shutter
readout. It includes sophisticated camera functions
such as auto exposure control, windowing, and both
video and single frame modes. It is designed for both
low light and high dynamic range scene performance.
It is programmable through a simple two-wire serial
interface. The MT9M024 produces extraordinarily
clear, sharp digital pictures, and its ability to capture
both continuous video and single frames makes it the
perfect choice for a wide range of applications, includ-
ing surveillance and HD video.
Power consumption
(typical)
Operating temperature
(ambient) -T
A
Package options
*1.8V V
DD
_IO is recommended due to better row noise per-
formance
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Ordering Information
Ordering Information
Table 2:
Part Number
MT9M024IA3XTC-DPBR
MT9M024IA3XTC-DRBR
MT9M024IA3XTM-DPBR
MT9M024IA3XTM-DRBR
Available Part Numbers
Product Description
1.2 MP 1/3" CIS
1.2 MP 1/3" CIS
1.2 MP 1/3" CIS
1.2 MP 1/3" CIS
Orderable Product Attribute Description
Dry Pack with Protective Film, Double Side BBAR Glass
Dry Pack without Protective Film, Double Side BBAR Glass
Dry Pack with Protective Film, Double Side BBAR Glass
Dry Pack without Protective Film, Double Side BBAR Glass
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Table of Contents
Table of Contents
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Ordering Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Functional Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Pixel Data Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Output Data Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
High Dynamic Range Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
Real-Time Context Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Two-Wire Serial Register Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Spectral Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Electrical Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Power-On Reset and Standby Timing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Package Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Revision History. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
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List of Figures
List of Figures
Figure 1:
Figure 2:
Figure 3:
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Figure 8:
Figure 9:
Figure 10:
Figure 11:
Figure 12:
Figure 13:
Figure 14:
Figure 15:
Figure 16:
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:
Figure 33:
Figure 34:
Figure 35:
Figure 36:
Figure 37:
Figure 38:
Figure 39:
Figure 40:
Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Typical Configuration: Serial Four-Lane HiSPi Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Typical Configuration: Parallel Pixel Data Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
9 x 9 mm 63-Ball IBGA Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Pixel Array Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Pixel Color Pattern Detail (Top Right Corner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Imaging a Scene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Spatial Illustration of Image Readout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Default Pixel Output Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
LV Format Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
HiSPi Transmitter and Receiver Interface Block Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Block Diagram of DLL Timing Adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Delaying the Clock with Respect to Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Delaying Data with Respect to the Clock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Line Timing and FRAME_VALID/LINE_VALID Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
HDR Data Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
PLL-Generated Master Clock PLL Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Eight Pixels in Normal and Column Mirror Readout Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Six Rows in Normal and Row Mirror Readout Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Frame Format with Embedded Data Lines Enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Format of Embedded Data Output within a Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Format of Embedded Statistics Output within a Frame. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
Single READ from Random Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Single READ from Current Location. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Sequential READ, Start from Random Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Sequential READ, Start from Current Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Single WRITE to Random Location. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Sequential WRITE, Start at Random Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Quantum Efficiency – Color Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Estimated Quantum Efficiency – Monochrome Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Two-Wire Serial Bus Timing Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
I/O Timing Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Power Supply Rejection Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Differential Output Voltage for Clock or Data Pairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Eye Diagram for Clock and Data Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Skew Within the PHY and Output Channels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Power Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Power Down. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
63-Ball iBGA Package Outline Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
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List of Tables
List of Tables
Table 1:
Table 2:
Table 1:
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Table 8:
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Table 25:
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Key Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Available Part Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Pin Descriptions, 9 x 9 mm, 63-ball iBGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Digital Gain Control for odd and even x_addr_start (R0x3004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Frame Time (Example Based on 1280 x 960, 45 Frames Per Second) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Frame Time: Long Integration Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Knee Points for Compression to 14 Bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Knee Points for Compression to 12 Bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Digital Gain Setting for Each T1/T2 and T2/T3Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Real-Time Context-Switch Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Test Pattern Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Two-Wire Serial Bus Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
I/O Timing Characteristics (2.8V V
DD
_IO)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
I/O Timing Characteristics (1.8V V
DD
_IO)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
I/O Rise Slew Rate (2.8V V
DD
_IO)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
I/O Fall Slew Rate (2.8V V
DD
_IO)
1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
I/O Rise Slew Rate (1.8V V
DD
_IO)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
I/O Fall Slew Rate (1.8V V
DD
_IO)
1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
DC Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
Operating Current Consumption in Parallel Output and Linear Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Operating Current Consumption in Parallel Output and HDR Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Operating Currents in HiSPi Output and Linear Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Operating Current in HiSPi Output and HDR Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Standby Current Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Input Voltage and Current (HiSPi Power Supply 0.4 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Input Voltage and Current (HiSPi Power Supply 1.8 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Rise and Fall Times. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Power-Up Sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Power-Down Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
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