低电压大动态范围CMOS图像传感系统的研究

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1、摘要摘要在电子技术迅速发展，计算机网络广泛应用的今天，图像传感系统作为人类感知外界信息的一种途径，成为当前以及未来市场关注的对象。作为传统的图像传感系统，CCD具有图像质量高，噪声小等优点，但其生产成本也偏高，同时不宜同外围电路集成。近年来，CMOS图像传感系统以功耗低、易于与外围电路集成、可靠性高、制造成本低等优点逐渐取代CCD，成为了市场的主流和研究热点。本文对目前应用比较多的几种CMOS图像传感系统的像素结构进行了分析，根据在低电压环境下应用的需要，设计出一种新型的像素结构，能有效地提高低电压下图像传感系统的动态范围。目前CMOS图像传感系统在噪声抑制方面

2、还有需要改进的地方。文中提出了一种采用单电容的相关双采样结构，在减少版图面积的同时有效抑制像素端输出的噪声。在模数转换器部分，从设计的灵活性、工作频率、功耗以及像素填充因子等多方面综合考虑，采用了列级ADC的结构。比较器部分采用了级联结构，并且应用了失调校准技术。基于SMICO．35微米lp4mN阱CMOS工艺，最终设计结果为：ADC的分辨率为7位；每列像素共用一个ADC，单个像素的面积为15／amxl5／am，填充因子达到40％。CMOS图像传感系统的模拟电路部分功耗小于120mW，动态范围是79dB，采样速率是每秒30帧。关键词：CMOS图像传感系统大动态范

3、围低功耗相关双采样——————————————』堕型L一一AbstractNowadays，withthequickdevelopmentofelectricaltechnologyandthebroadapplicationofnetwork,imagesensorsystemhasbecamethefocusofmepresent趾dmturemarketasanimportantwaybywhichpeoplecontact、)I，itlltheirenvimfmlents．UCU蚰agesensorsystem,asatraditionalone，has

4、goodpe墒nnanceandloⅥ惯noise．HoweVer，thecostofCCDishighanditisdifficulttointeg阳胞CCD嘶moutsidecircultsinachip·Duringrecentyears，CMOSimagesensorSystemhaSgot觚1mportantrolemthemarketandtheresearchfieldinsteadofCCDbeeause“sc胁徼tensticsoflow棚wer，easinesstointegratewiththesurroundingcircuits，hi吐

5、reliabilityandlow-costtoproduce．。1量1isarticleanalysesseveralkindsofpixelstructureofCISS(CMOSimagesensorsyst锄_)，anddesignanewkindofpixelwhichcalleffectivelyincreasethedynaIIlicrangemtheapplicationoflow-voltage．ComparedwithCCD，CISSstillhaSmuchtodotoenhanceitsperformanceagainstnoise．Int

6、hearticle，anewCDS(co仃elateddoublesample)structurewithsingle-capacitancehasbeenbroughtfonll，itreducestheareaoflayoutandcanrestrainthenoiseofpixeleffectively．InthepanofADC，columnp锄11elADChasbeenchosenaccordingtotheflexibilityofdesigrt,、Ⅳo越ng雠quency，power-costandthefillfactor．Amulti-sta

7、gecomparatorisdesigned，whichiscomposedof3pre—amplifiersandaoutputcircuit．AnoffsetcancellationtecllIliqueisappliedtoo．‘TheCISShasbeendesignedinSMIC0．35urnlp4mn．wells伽dardCMDSprocess·TheresolutionofADCis7-bit,thepixelsinonecolumnshareoneADCaIld也eareaofoliepixelis15／gmx15,urn，the觚factor

8、is40％．Thepow