CMOS-TDI圖像傳感器研究與芯片實現(xiàn).pdf

1、時間延時積分（TDI）型圖像傳感器是一種特殊的線陣圖像傳感器，在高速掃描狀態(tài)下可獲得比傳統(tǒng)線陣圖像傳感器更高的信噪比和靈敏度，在空間成像、醫(yī)學(xué)成像和工業(yè)監(jiān)測等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價值。隨著 CMOS工藝特征尺寸的縮小和電路集成度的提高，基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的TDI型圖像傳感器已經(jīng)成為研究熱點。本文立足于模擬域累加型和數(shù)字域累加型 CMOS-TDI圖像傳感器的系統(tǒng)架構(gòu)和讀出電路設(shè)計，開展CMOS-TDI圖像傳感器的研究與芯片實現(xiàn)。

2、>　　本文深入分析了CMOS-TDI圖像傳感器的研究現(xiàn)狀，提出了能夠在模擬域和數(shù)字域完成信號累加的兩種 CMOS-TDI圖像傳感器架構(gòu)；針對模擬域架構(gòu)，研究了模擬域累加器，并對其寄生效應(yīng)進行了分析，提出了兩種克制寄生效應(yīng)的方法；針對數(shù)字域架構(gòu)，提出了兩種列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一種是帶有信號預(yù)處理功能的Cyclic ADC，另一種是帶有失調(diào)消除的電容失配非敏感Cyclic ADC；針對長線陣圖像傳感器的IR-drop和時鐘驅(qū)動問題進行了分析并

3、提出了一些解決方法；本文通過理論分析、系統(tǒng)建模、電路仿真完成了模擬域累加型和數(shù)字域累加型CMOS-TDI圖像傳感器整體設(shè)計，并采用GSMC0.18μm CMOS工藝完成了原型芯片的投片驗證。測試結(jié)果表明，所設(shè)計的讀出電路滿足在線陣長度1024像素、3875/s行頻條件下128級TDI圖像傳感器系統(tǒng)的要求。
　　本文的創(chuàng)新性工作包括：
　　1、提出了一種適用于模擬域累加型CMOS-TDI圖像傳感器的模擬域累加器，基于運算放大器

4、共享和輸入失調(diào)存儲技術(shù)降低了模擬域累加器對面積和功耗的要求，同時降低了列FPN，該模擬域累加器同時能夠完成相關(guān)雙采樣操作降低了像素的讀出噪聲。同時利用加入去耦合電容的方法降低了模擬域累加器中的寄生效應(yīng)，進而可實現(xiàn)更高級數(shù)的累加功能。
　　2、提出了一種動態(tài)電源IR-drop非敏感電流源電路，該電路使用電壓鉗位的方法保持了傳統(tǒng)電流源柵漏電壓的恒定，降低了電源IR-drop對電流源輸出電流的影響。該電路解決了長線陣 CMOS-TDI圖