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項目"高性能大動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器設計"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(預處理電路)是指在圖像信號進行模數(shù)轉換之前,對信號的所進行一系列預處理的電路,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計,包括像素內讀出電路、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讀出電路的基本概念以及基本結構和工作原理,主要從增大動態(tài)范圍以及填充因子(光敏感度)的設計角度考慮,實現(xiàn)電路設計,并對流片后的像素單元測試結果進行了細致分析.接著分析改進了傳統(tǒng)的利用雙采樣技術消除像素內固定模式噪聲(FPN)的列讀出電路,通過增加失調電壓補償過程將列FPN從毫伏級降為微伏級,再將芯片測試結果與仿真結果進行分析比較,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,設計了一種采用新的三級流水線結構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:設計具有較大填充因子(47﹪)的像素單元電路,并成功流片