TDI型CMOS图像传感器时序控制设计与实现.pdf

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1、第24卷第12期传感技术学报V0l_24No．122011年12月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec．20l1DesignandImplementationofTimingControlforTDICMOSImageSensorSANGMeizhen，XUJiangtao，NIEKaiming，YAOSuying(Schoolofelectronicandinformationengineering，TianjinUniversity，Tianfin300072，China)Abstract：Thetimingcontrolcircuito

2、f1024x128time-delay-integration(TDI)CMOSimagesensorwasdesigned．Thesynchronizationofchargetransferbetwelenpixelsandsignalaccumulationwasimplemented．basedonalong-track-rollingexposuremodeandthroughincreasingthefrequencyofexposure．Thetimingcontrolcircuitsofpixelarray，accumulatorandcolumnlevelADCw

3、eredesignedandverified．I2Cbuscontrolledvariationoftherelatedpa．rameters．Thedesigncosts761standardcells，andthelayoutsizeis125IxmX1601xm．Totaldynamicpowerconsumptionis40．55W，andleakagepowerconsumptionis10．43W．Timingiscorectandmeetstherequirements．Thecombinationoftimingcontrolcircuitandanalogcirc

4、uitimplementsaTDICMOSimagesensor．Keywords：CMOSimagesensor；TDI；timingcontrol；along-track·rollingexposureEEACC：7230G；1265Bdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2011．12．010TDI型CMOS图像传感器时序控制设计与实现水桑美贞，徐江涛，聂凯明，姚素英(天津大!学电子信息工程学院，天津300072)摘要：设计了1024×128时间延迟积分型(TDI)CMOS图像传感器的时序控制电路。基于沿扫描方向的行滚筒式曝光方式、通过增加曝光频率实现了像

5、素间电荷转移的同时性和信号累加的同步性。完成了像素阵列、像素外电荷累加和列级ADC的时序控制电路，相关参数通过12C总线控制。设计共耗费761个标准逻辑单元，版图大小为125vmx160~m，总的动态功耗40．55w，泄漏功耗为1O．43w，时序正确并满足要求。时序控制电路与模拟电路的结合实现了TDI型CMOS图像传感器。关键词：CMOS图像传感器；时间延迟积分；时序控制：行滚筒式曝光中图分类号：TN492文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)12—1707—05时间延迟积分(TDI)是一种能获得较高的信噪种可行的TDICMOS图像传感器方案]，德国行星比(SNR)

6、和灵敏度的先进技术[】]，所以线阵图像研究院的HaraldMichaelis等人设计了2560×16的传感器可采用TDI工作方式来改善SNR和灵敏度，TDICMOS图像传感器[1。但具体的TDICMOS图弥补一维线阵捕获二维图像时扫描速度严重影响曝像传感器的时序控制设计尚未有详细资料和报道。光时间的缺陷[3]。传统上，TDI技术多使用电荷耦本文基于沿扫描方向的行滚筒式曝光方式．通合器件CCD工艺，像素间电荷直接累加且低噪声，过增加曝光频率对曝光时序进行改进，以解决电荷转移具有同时性l4；但其功耗高、集成度低、CMOS线阵图像传感器实现TDI功能时的电荷转移成本高、抗辐照能力差。随着

7、近年来集成电路工艺同时性和像素外信号累加同步性的问题。像素阵列水平和设计技术显著提高，CMOS图像传感器快速和累加器的配合时序、列级ADC的控制时序、Ic总发展。通过标准CMOS工艺实现的TDI线阵图像传线的参数控制与模拟部分结合可完成多级长线阵感器具有集成度高、功耗低、低成本、芯片可缝接等TDICMOS图像传感器的设计。优点[7]，还可以实现全色和多频谱的TDI线阵图1工作原理像传感器]。近几年，国内外已开始对TDICMOS线阵图像传感器进行研究和设计_1“]，国内