CCD圖像傳感器讀出電路研究與設(shè)計.pdf

1、分類號密級UDC1注學(xué)位論文CCD圖像傳感器讀出電路研究與設(shè)計（題名和副題名）羅彥（作者姓名）指導(dǎo)教師姓名李競春副教授電子科技大學(xué)成都（職務(wù)、職稱、學(xué)位、單位名稱及地址）申請專業(yè)學(xué)位級別碩士專業(yè)名稱微電子學(xué)與固體電子學(xué)論文提交日期2009.4論文答辯日期2009.5學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)答辯委員會主席評閱人2009年月日注1：注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號。摘要摘要CCD圖像傳感器讀出電路是CCD器件與后續(xù)數(shù)字信號處理電路之

2、間的接口，其作用是放大CCD器件輸出的微弱信號，并濾除各種噪聲。讀出電路的性能決定了整個CCD系統(tǒng)的精度。隨著CCD器件速度和象元數(shù)的不斷提高，要求讀出電路具有更高的速度、更低的噪聲、更大的動態(tài)范圍以及更多功能的單片集成。本文研究了單片集成的CCD讀出電路，設(shè)計了前置放大器、低通濾波器和相關(guān)雙采樣三個子模塊電路。設(shè)計過程中主要從精度、速度和噪聲三方面探討了各個子模塊的理論模型和相應(yīng)的電路實現(xiàn)途徑，同時基于UMC0.18μmCMOS工藝設(shè)

3、計了讀出頻率為2MHz，精度在10位以上的CCD圖像傳感器讀出電路。主要內(nèi)容包括以下幾方面：1)系統(tǒng)闡述和分析了CCD器件結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生的噪聲，側(cè)重對于在噪聲中占主要成分的輸出復(fù)位噪聲進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了復(fù)位噪聲隨時間變化的表達(dá)式，分析了復(fù)位噪聲的相關(guān)性并計算了相關(guān)系數(shù)。基于復(fù)位噪聲的相關(guān)性，采用相關(guān)雙采樣電路降低復(fù)位噪聲。2)基于前置放大器結(jié)構(gòu)，分析了影響前置放大器精度和速度的因素，如運放有限增益，有限帶寬，噪聲和失調(diào)電壓等。通過分析，推

4、導(dǎo)了用于讀出電路的運算放大器的指標(biāo)。同時基于2MHz讀出頻率和相關(guān)雙采樣抑制噪聲的要求，確定了低通濾波器的3dB帶寬。3)設(shè)計了用于CCD讀出電路各個模塊的運算放大器，包括可驅(qū)動低阻抗的帶輸出級的運放和用于緩沖隔離的普通運放。運放設(shè)計過程中還分析和推導(dǎo)了噪聲和失調(diào)電壓，通過優(yōu)化參數(shù)將噪聲和失調(diào)電壓降至最低。仿真結(jié)果，運放增益78dB，單位增益帶寬30MHz，相位裕度58?，滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。4)推導(dǎo)了相關(guān)雙采樣的系統(tǒng)函數(shù)。設(shè)計了兩種相