有源像素CMOS圖像傳感器讀出電路的研究.pdf

1、隨著微電子技術工藝水平的不斷提高，從亞微米工藝向深亞微米的發(fā)展，CMOS圖像傳感器的性能已經達到甚至超過了CCD的性能，CMOS圖像傳感器成為圖像傳感器研究的熱點。本文首先概述了國內外CMOS圖像傳感器的發(fā)展歷史和現狀，比較了CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的性能特點，指出了本課題研究的目的和意義。在介紹半導體光電知識的基礎上，詳細分析了熱平衡狀態(tài)和光照條件下的PN結特性，深入探討了用于CMOS圖像傳感器的光電二極管的光電特性，給出

2、了光電二極管的I-V特性和等效電路。針對傳統光電二極管型有源象素單元復位晶體管采用NMOS管，信號傳輸時存在閾值損失，從而限制了電路的輸出擺幅，本文提出用PMOS代替NMOS作為復位晶體管的像素單元結構，并對電路中各個晶體管進行了設計優(yōu)化，用HSPICE軟件仿真，結果顯示改進后的像素單元電路具有較大的輸出擺幅，有效的提高電路的動態(tài)范圍。讀出電路是CMOS圖像傳感器的重要單元，本文分析了傳統結構的相關雙取樣電路的基本原理，并對其性能進行了

3、模擬。傳統結構電路需要兩路采樣保持電路，每路中都有一個采樣控制MOS管，一個采樣保持電容，一個輸出緩沖級，且還要有一個公共的差分放大器來實現差分輸出，大量晶體管的采用占用了大量的芯片面積，并增加了電路的功耗。本文提出了一種新結構的相關雙取樣讀出電路，該電路不僅結構簡單，同時具有功耗低、噪聲小、單端輸出等優(yōu)點。模擬結構表明，在電源電壓為1.8V的情況下，像素單元以及CDS電路工作時消耗的能量僅為1.277μW，而相同條件下，傳統結構CDS