自适应光强高动态范围cmos图像传感器的研究

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1、＇’Ｖ：－Ｉ／＇Ｉ．１■．１’：＂４击种故Ａ葦ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＭＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ；＜ｉ＊＾／也！■＾气论文題目自适应光强高动态范围ＣＭＯＳ图像传感器的妍究学科专业微电子学与固体电子学学号２０１３２１０３０１２８化者姓名雷晓指导教师王向展副教授

2、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作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，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为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。Ｊ日期ｒ作者签名；＾峻：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和

3、磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可ｉＵ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）、作者签名：重餐＾导师签名；峭爲、日期：Ｗ／谷年月苗日分类号密级注1UDC学位论文自适应光强高动态范围CMOS图像传感器的研究（题名和副题名）雷晓（作者姓名）指导教师王向展副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2016.3.18

4、论文答辩日期2016.5.10学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONLIGHT-ADAPTIVEHIGH-DYNAMIC-RANGECMOSIMAGESENSORAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolidStateElectronicsAuthor:LeiXiaoA

5、dvisor:Prof.WangXiangzhanSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要由于成本、功耗以及集成度方面的优势，CMOS图像传感器已经逐步成为现代成像系统的研究热点。论文从CMOS图像传感器动态范围增强措施入手，通过电路仿真设计了一种新的曝光控制方案，该方案能精确锁定成像目标所处环境的光照强度，实现了曝光时间的自动调整。论文首先介绍了CMOS图像传感器的基本框架，包括三种标准工艺下常用的集成光电二极管、三种常用的像素读出

6、电路结构、模拟域和数字域的相关双采样电路以及图像传感器中常用的四种模数转换器架构。然后，论文详细讨论了现有的动态范围增强措施，介绍了自动重置、图像压缩和自适应积分这三种方法的工作原理和主要缺陷，详细推导了二次曝光和多重曝光的动态范围与信噪比公式，从而解释了分段曝光模式下信噪比突降的原因。在分析已有动态范围增强技术优劣的前提下，论文提出了一种改良后的曝光控制方案。接着，论文基于0.18μmBiCMOS工艺，逐步完成了读出链上各模拟电路环节的仿真设计。图像传感器的读出链是指从像素到信号处理电路的一整条图像信号处理电路

7、链。论文使用由N+有源区和P衬底组成的N+-Psub光电二极管作为光电探测器，像素读出电路采用源随结构，源随像素的重置不完全问题是这一部分的设计重点。论文的信号处理电路包含电荷放大器、单斜率模数转换器以及数字相关双采样电路，电荷放大器是兼具信噪比增强功能的采保电路，单斜率模数转换器负责图像数据转换、为光强检测提供数据支撑，数字相关双采样电路则是抑制固定模式噪声的重要手段。最后，论文讨论了时序控制电路部分的仿真设计，并完成了图像传感器的整体仿真。传统图像传感器的时序电路包括分频器和阵列扫描电路，通常只是读出链的辅助

8、电路。但是在论文设计的自适应光强CMOS图像传感器中,由计数器组成的光强检测电路和以可编程分频器为核心的曝光控制电路是时序设计的关键。图像传感器的整体仿真分强光环境、弱光环境和中等光强环境三种情况，仿真对比了传统曝光模式和自适应曝光模式的成像结果，仿真结果符合设计预期。关键词：CMOS图像传感器，动态范围，曝光控制，自适应光强IABSTRACTABSTRACTDuetoa