大動(dòng)態(tài)范圍CMOS圖像傳感器技術(shù)研究與相關(guān)電路設(shè)計(jì).pdf

1、本文主要圍繞CMOS圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)展開研究，總結(jié)分析了當(dāng)前主要的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)，選用性能較優(yōu)的條件重置技術(shù)作為本文的核心，深入研究了條件重置像素結(jié)構(gòu)各參數(shù)的選取依據(jù)，并且對(duì)指數(shù)時(shí)間采樣條件重置像素結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種新型的12位擴(kuò)展ADC，作為指數(shù)時(shí)間采樣條件重置CMOS圖像傳感器的列級(jí)ADC。 本文首先闡述了光電管的特性以及數(shù)理等效模型，包括電路模型和主要噪聲模型，在此基礎(chǔ)上給出CMOS圖像傳感

2、器關(guān)鍵參數(shù)的推導(dǎo)，主要包括動(dòng)態(tài)范圍、信噪比兩個(gè)重要參數(shù)模型，進(jìn)而以這兩個(gè)參數(shù)為主要依據(jù)對(duì)常規(guī)條件重置技術(shù)和指數(shù)采樣條件重置技術(shù)進(jìn)行性能分析，給出了相關(guān)參數(shù)(比較電壓、采樣時(shí)間)的選取依據(jù)。 通過對(duì)指數(shù)時(shí)間采樣條件重置像素工作時(shí)序的分析，得出像素在積分周期內(nèi)存在多次的無效寫SRAM操作的結(jié)論。對(duì)電路的工作時(shí)序進(jìn)行優(yōu)化，并加入脈沖生成電路，消除SRAM的無效寫操作。設(shè)計(jì)了一種新型的可配置單穩(wěn)態(tài)脈沖生成電路，利用工作在亞閾值區(qū)域的NM

3、OS管作為電容的充放電回路，電路結(jié)構(gòu)更好地與CMOS工藝兼容。對(duì)整個(gè)像素單元進(jìn)行數(shù)模混合仿真驗(yàn)證，證明SRAM寫操作的有效性以及新型指數(shù)時(shí)間采樣條件重置像素工作的可靠性。像素單元的動(dòng)態(tài)范圍在常規(guī)條件重置電路的基礎(chǔ)上提高12dB，SRAM平均寫操作次數(shù)由2-1/2N次降為1次。 針對(duì)新型指數(shù)時(shí)間采樣條件重置像素輸出信號(hào)的特殊性，設(shè)計(jì)了一種新型的12位擴(kuò)展ADC(基于8位逐次逼近ADC結(jié)構(gòu))，可以對(duì)像素的模擬輸出電壓和SRAM中重置