基于混合域累加的TDI型CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、時間延遲積分(Time-Delay-Integration，TDI)型圖像傳感器是一種特殊的傳感器,它以面陣圖像傳感器的形式完成線陣掃描成像的功能,能夠?qū)崿F(xiàn)高速掃描和高分辨率影像,可獲得比傳統(tǒng)面陣圖像傳感器更高的分辨率和精度,在空間遙感、航空成像、工業(yè)監(jiān)測控制和安全監(jiān)控等領(lǐng)域具有極其重要的應用價值。隨著CMOS工藝特征尺寸的縮小和CMOS處理電路可集成性的提高,基于標準CMOS工藝的TDI型圖像傳感器已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點。因此,本文

2、立足于混合域累加的系統(tǒng)架構(gòu)和讀出處理電路設計,開展TDI型CMOS圖像傳感器設計的關(guān)鍵技術(shù)研究。
　　本文深入分析現(xiàn)有TDI型圖像傳感器的研究現(xiàn)狀,提出一種可節(jié)省芯片面積并同時實現(xiàn)高速行頻的基于混合域累加的系統(tǒng)研究方案;立足于 CMOS工藝特點和發(fā)展趨勢,設計了一種輸出電流信號的有源像素結(jié)構(gòu);研究可用于實現(xiàn)32級混合域累加的電流型模擬累加器和數(shù)字累加器,并對其噪聲特性進行分析;針對本文研究方案的列級讀出架構(gòu),提出了兩種模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)

3、構(gòu)。一種為帶有誤差校準的單斜ADC,另一種為可直接量化電流信號的Cyclic ADC。本文通過理論分析、系統(tǒng)建模、電路設計仿真以及測試,完成TDI型CMOS圖像傳感器整體系統(tǒng),包括像素與讀出電路的設計,并采用GSMC混合信號工藝對系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊進行投片驗證。仿真與測試結(jié)果表明,所設計的電路能夠滿足系統(tǒng)要求。
　　本文的創(chuàng)新性工作包括:
　　1、基于32級TDI型CMOS圖像傳感器,提出一種新型的混合域累加的讀出電路結(jié)構(gòu)。該

4、讀出結(jié)構(gòu)結(jié)合模擬域累加和數(shù)字域累加各自的優(yōu)勢,能夠大幅節(jié)省累加器占用的芯片面積,在保證高速輸出行頻的基礎上,放寬數(shù)模轉(zhuǎn)換器對轉(zhuǎn)換速率的要求。仿真與驗證結(jié)果表明,該混合域讀電路結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)與單純模擬域累加或單純數(shù)字域累加相同的信噪比提升性能。
　　2、在研究TDI型CMOS圖像傳感器工作原理和時間延遲積分技術(shù)的基礎上,基于混合域累加的讀出結(jié)構(gòu),分析推導出電流累加器的低噪聲設計方法,并設計一種低噪聲的新型電流信號累加電路。