基于PPD結(jié)構(gòu)的TOF測(cè)距圖像傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著市場(chǎng)對(duì)3D成像系統(tǒng)需求的增加，越來(lái)越多的研究致力于獲得完整的類(lèi)似人眼的3D信息。實(shí)時(shí)的3D成像系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)的光強(qiáng)度成像系統(tǒng)有更多的應(yīng)用領(lǐng)域，比如：汽車(chē)安全、生物醫(yī)學(xué)裝置、機(jī)器人、娛樂(lè)設(shè)備、工業(yè)控制以及虛擬現(xiàn)實(shí)儀器等領(lǐng)域上，其中Time-of-Flight(TOF)測(cè)距方法是3D成像距離測(cè)量中最合適的方法之一。CMOS圖像傳感器可以把圖像處理電路和感光部分集成在一塊芯片上，相比其它的成像技術(shù)有著高集成度、低功耗和低價(jià)格的優(yōu)點(diǎn)，也可以同

2、時(shí)獲得二維圖像和距離信息，使它成為發(fā)展3D成像的最佳選擇。
　　本文首先分析了間接 TOF測(cè)距原理的可行性，包括相位解調(diào)和時(shí)間-選通積分法的原理，再進(jìn)行系統(tǒng)精度分析，歸納出幾個(gè)重要的影響因素，包括光源功率、噪聲、測(cè)量范圍、反射系數(shù)、解調(diào)效率和背景光強(qiáng)度，再制定出系統(tǒng)指標(biāo)來(lái)輔助設(shè)計(jì)?；阢Q位光電二極管(PPD：Pinned Photodiode)結(jié)構(gòu)的2-抽頭(2-tab)解調(diào)像素設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)PPD的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，提高光電混

3、頻器的電子轉(zhuǎn)移效率和工作帶寬，設(shè)計(jì)出高解調(diào)效率的光電解調(diào)像素。圖像傳感器的電路部分包括像素電路、相關(guān)雙采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、行列譯碼電路等，其中像素單元采用共享式結(jié)構(gòu)，在電荷區(qū)域提高信噪比，而且可以提高像素填充系數(shù)，列級(jí)采用相關(guān)雙采樣電路來(lái)消除像素KTC和固定圖形噪聲。基于本文設(shè)計(jì)的圖像傳感器芯片搭建三維TOF測(cè)距系統(tǒng)，主要包括圖像傳感器、LED光源、ADC、CPLD等硬件。采用的LED光源的功率為3.4 W，調(diào)制光信號(hào)的頻率為0.5 M