CMOS-TDI圖像傳感器研究與芯片實(shí)現(xiàn).pdf

1、時(shí)間延時(shí)積分（TDI）型圖像傳感器是一種特殊的線陣圖像傳感器，在高速掃描狀態(tài)下可獲得比傳統(tǒng)線陣圖像傳感器更高的信噪比和靈敏度，在空間成像、醫(yī)學(xué)成像和工業(yè)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著 CMOS工藝特征尺寸的縮小和電路集成度的提高，基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的TDI型圖像傳感器已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。本文立足于模擬域累加型和數(shù)字域累加型 CMOS-TDI圖像傳感器的系統(tǒng)架構(gòu)和讀出電路設(shè)計(jì)，開(kāi)展CMOS-TDI圖像傳感器的研究與芯片實(shí)現(xiàn)。

2、>　　本文深入分析了CMOS-TDI圖像傳感器的研究現(xiàn)狀，提出了能夠在模擬域和數(shù)字域完成信號(hào)累加的兩種 CMOS-TDI圖像傳感器架構(gòu)；針對(duì)模擬域架構(gòu)，研究了模擬域累加器，并對(duì)其寄生效應(yīng)進(jìn)行了分析，提出了兩種克制寄生效應(yīng)的方法；針對(duì)數(shù)字域架構(gòu)，提出了兩種列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一種是帶有信號(hào)預(yù)處理功能的Cyclic ADC，另一種是帶有失調(diào)消除的電容失配非敏感Cyclic ADC；針對(duì)長(zhǎng)線陣圖像傳感器的IR-drop和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了分析并

3、提出了一些解決方法；本文通過(guò)理論分析、系統(tǒng)建模、電路仿真完成了模擬域累加型和數(shù)字域累加型CMOS-TDI圖像傳感器整體設(shè)計(jì)，并采用GSMC0.18μm CMOS工藝完成了原型芯片的投片驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的讀出電路滿足在線陣長(zhǎng)度1024像素、3875/s行頻條件下128級(jí)TDI圖像傳感器系統(tǒng)的要求。
　　本文的創(chuàng)新性工作包括：
　　1、提出了一種適用于模擬域累加型CMOS-TDI圖像傳感器的模擬域累加器，基于運(yùn)算放大器

4、共享和輸入失調(diào)存儲(chǔ)技術(shù)降低了模擬域累加器對(duì)面積和功耗的要求，同時(shí)降低了列FPN，該模擬域累加器同時(shí)能夠完成相關(guān)雙采樣操作降低了像素的讀出噪聲。同時(shí)利用加入去耦合電容的方法降低了模擬域累加器中的寄生效應(yīng)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)更高級(jí)數(shù)的累加功能。
　　2、提出了一種動(dòng)態(tài)電源IR-drop非敏感電流源電路，該電路使用電壓鉗位的方法保持了傳統(tǒng)電流源柵漏電壓的恒定，降低了電源IR-drop對(duì)電流源輸出電流的影響。該電路解決了長(zhǎng)線陣 CMOS-TDI圖