数字域tdi型cmos图像传感器系统建模及时序控制电路的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关

2、部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要时间延迟积分(TimeDelayIntegration，TDI)是指对移动中的同一物体进行多次曝光并将曝光结果进行累加，等效增加像素对物体的曝光时间，减少像元间响应不均匀和固定图像噪声的影响，从而提高图像传感器的信噪比和灵敏度，使其在低照度条件下仍能获得高分辨率的图像，广泛应用于航空遥感、医学成像等领域。本文通过系统建模验证128级TDICMOS图像传感器数字域累加方案，并对时序控制电路进行研究。本文介绍了TDICMOS图像传

3、感器的工作原理，并分析了全局曝光与滚筒式曝光这两种曝光方式各自的特点；结合相关双采样与过采样滚筒式曝光，在降低读出噪声的同时实现信号的同步采集；分析了传感器扫描速度与像素尺寸的关系，研究了积分采样过程和速度失配对于系统调制传输函数的影响；针对模拟积分电路容易出现电压饱和的情况，采用先量化、后累加的数字域累加方法，充分利用模数转换器的量化范围。采用Verilog-A和VerilogHDL分别对TDICMOS图像传感器中的像素、模数转换器及累加电路进行建模后，配合时序控制电路进行仿真，验证了数字域累加方案的可行性。根据数字域TDI算法设计并优化电路结构，每列共用加法

4、器以降低芯片面积，通过仿真观察512列负载对时序控制信号线的影响；在像素阵列上按照红、绿、蓝三色为一组的排列方式放置彩色滤光片，并对电路结构及时序控制电路做出修改，使TDICMOS图像传感器输出RGB模式真彩色图像。本文通过模数混合仿真验证电路的功能，并完成时序控制电路的逻辑综合、布局布线、静态时序分析及物理验证，采用GSMC0.18m工艺进行流片。系统主时钟为40M，累加电路为1~129级可调，渡越时间34s、258s可调，单列累加电路版图面积为30m6023m，时序控制电路版图面积为116m5200m。关键词：CMOS图像传感器时间延时积分

5、建模数字域累加时序控制ABSTRACTTimedelayintegration(TDI)referstothatthemovingobjectsareexposedrepeatedlyandexposureresultsareaccumulated.Thetotalexposuretimeisequivalentlyincreasedandtheeffectofresponsenonuniformityandfixedpatternnoiseisreduced.Signaltonoiseratioandsensitivityoftheimagesensorare

6、increased,sothatitisabletoachievehighresolutionimagesinlowilluminationconditions.TDItechnologyiswidelyusedintheaviationremotesensing,medicalimagingandotherfields.Inthisthesis,128-stagedigitalaccumulationschemeinTDICMOSimagesensorwasverifiedthroughsystemmodelingandthetimingcontrolcirc

7、uitwasresearched.ThisthesisintroducedtheprincipleofTDICMOSimagesensorandanalyzedthecharacteristicsofglobalshutterandrollingshutter.Combinedcorrelateddoublesamplingwithoversamplerollingshutter,readoutnoisewasreducedandsignalwasacquiredsynchronously.Therelationshipbetweensensorscanning

8、speedandpixe