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《高帧频大动态范围CMOS图像传感器时序控制电路的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第11期电子学报Vol.32No.112004年11月ACTAELECTRONICASINICANov.2004高帧频大动态范围CMOS图像传感器时序控制电路的设计与实现陈敏思,姚素英,赵毅强,张生才,李树荣,徐江涛,王天盛(天津大学电子信息工程学院ASIC设计中心,天津300072)摘要:本文主要论述了CMOS图像传感器时序控制电路的系统设计和实现方法.针对双采样结构的图像传感器,分析了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式两种时序控制方法及其具体实现过程,并根据时序控制电路的功能仿真和在FPGA上的验证结果,对二者进行了比较,证明了这两种方法的可行性.关键词:CMOS图像传感器;时序控制;
2、高帧频;大动态范围中图分类号:TN4文献标识码:A文章编号:037222112(2004)1121922204TimingControlMethodsforNewCMOSImageSensorwithHighFrameRateandWideDynamicRangeCHENMin2si,YAOSu2ying,ZHAOYi2qiang,ZHANGSheng2cai,LIShu2rong,XUJiang2tao,WANGTian2sheng(TianjinUniversityASICDesignCenter,Tianjin300072,China)Abstract:Thesystemdesigna
3、ndimplementationmethodsoftimingcontrolcircuitforanewCMOSimagesensorareproposed.Usingdual2samplingpixelarchitecture,theCMOSimagesensorcanachievebothhighframerateandwidedynamicrange.Twoeffi2cienttimingcontrolmethods(onenamed“rollexposuremode”,andtheother“parallelexposuremode”)arebothprovedrightandfea
4、2sible,byanalyzingtheirtheoreticaloperationprincipleandtheresultsfromfunctionandtimingsimulationandFPGAverification.Keywords:CMOS;imagesensor;timingcontrol;highframerate;widedynamicrange内获得强光条件下的图像信息,将两次积分相继获得的图像1引言信息存于同一像素中,读出电路将图像组合后一次读出,这样目前,成像系统采用的CCD图像传感器技术一般有如下既可获得大的动态范围,也保证了较高的帧频.缺点:驱动电路和信号处
5、理电路难与CCD成像阵列单片集这种双采样结构分为两成;像元间电荷转移要求严格准确,时钟脉冲复杂;需要相对种:一种是列共用处理电路的高的工作电压;不能与亚微米深亚微米的VLSI工艺兼容;成像素单元结构,它的特点是每品率低;成本高;蓝光响应差,有光晕,图像信息不能随机读取列共用两次曝光的存储节点.等.随着CMOS集成电路工艺的日益成熟,利用CMOS工艺,另一种是具有像素级处理电路把光电接收器和放大、读出、A/D转换等电路集成进单个芯片的像素单元结构,它的特点是图1CMOS图像传感器的[1]系统结构越来越可行.两次曝光的存储节点集成在一本文所提出的时序控制模块是CMOS图像传感器的核心个像素单元内
6、部.控制模块,主要功能是提供对像素单元图像信息采集的控制为了实现CMOS图像传感器的设计要求,我们所采用的[3]信号、各级放大器的放大和复位信号、A/D转换器的控制信号结构如图1所示.等.应用于传感器的性能指标为:10243768像素阵列,帧频CMOS图像传感器各个模块需要由时序控制电路产生的200帧/秒.控制信号有:(1)像素单元部分2CMOS图像传感器的总体结构像素单元复位信号pr;长积分采样信号s1;短积分采样信目前,CMOS图像传感器获得大动态响应范围的常用方号s2;行选择信号RowSel.法是采用多次曝光技术,利用每次曝光的时间不同,对应不同(2)第一级放大部分的光强范围,组合后得
7、到一个大的动态响应范围.但多于两次第一级放大器偏置补偿信号fpn:用来消除由列间的运算的曝光,需要片上或片外存储器的支持,会显著降低传感器的放大器的偏置电压失配引起的固定图像噪声.第一级放大器帧频.本设计中,像素单元采用两次曝光的双采样存储结复位信号rst;第一级放大器采样信号acc;第一级放大器放大[2]构,长积分时间内获得弱光条件下的图像信息,短积分时间信号read.收稿日期:2004202211;修回日
