CMOS圖像傳感器中前級處理電路的研究.pdf

1、本論文是天津市科委重點科技攻關(guān)項目"高性能大動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器設(shè)計"研究工作的一部分.主要研究CMOS圖像傳感器系統(tǒng)中前級處理電路,前級處理電路(預(yù)處理電路)是指在圖像信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前,對信號的所進行一系列預(yù)處理的電路,如光信號的讀出、放大、消噪等.前級處理電路不僅影響圖像傳感器系統(tǒng)的動態(tài)范圍,而且也極大地影響著系統(tǒng)功能的擴展. 本論文著重闡述了前級處理電路中各模塊的電路設(shè)計,包括像素內(nèi)讀出電路、列讀出電路以及功能強

2、大的可編程增益放大器.首先分析介紹了有源像素單元內(nèi)讀出電路的基本概念以及基本結(jié)構(gòu)和工作原理,主要從增大動態(tài)范圍以及填充因子(光敏感度)的設(shè)計角度考慮,實現(xiàn)電路設(shè)計,并對流片后的像素單元測試結(jié)果進行了細(xì)致分析.接著分析改進了傳統(tǒng)的利用雙采樣技術(shù)消除像素內(nèi)固定模式噪聲(FPN)的列讀出電路,通過增加失調(diào)電壓補償過程將列FPN從毫伏級降為微伏級,再將芯片測試結(jié)果與仿真結(jié)果進行分析比較,驗證電路功能,并進一步介紹了雙采樣技術(shù)在列讀出電路中的功能

3、擴展,包括時間雙采樣與空間雙采樣.最后分析比較了可編程增益放大器的幾種電容陣列編碼方式,設(shè)計了一種采用新的三級流水線結(jié)構(gòu)以及運用多種編碼方式的可編程增益放大器,并對三級電路具體形式以及電路中的核心模塊運算放大器進行了細(xì)致分析,最后通過電路仿真驗證該系統(tǒng)在20M采樣速率下實現(xiàn)以1/8dB為步長的128個線性增益步進,并具有較低的功耗以及良好的線性度. 本論文獨創(chuàng)性的工作包括:設(shè)計具有較大填充因子(47﹪)的像素單元電路,并成功流片