基于PPD結(jié)構(gòu)的TOF測距圖像傳感器設(shè)計.pdf

1、隨著市場對3D成像系統(tǒng)需求的增加，越來越多的研究致力于獲得完整的類似人眼的3D信息。實時的3D成像系統(tǒng)相對傳統(tǒng)的光強度成像系統(tǒng)有更多的應(yīng)用領(lǐng)域，比如：汽車安全、生物醫(yī)學裝置、機器人、娛樂設(shè)備、工業(yè)控制以及虛擬現(xiàn)實儀器等領(lǐng)域上，其中Time-of-Flight(TOF)測距方法是3D成像距離測量中最合適的方法之一。CMOS圖像傳感器可以把圖像處理電路和感光部分集成在一塊芯片上，相比其它的成像技術(shù)有著高集成度、低功耗和低價格的優(yōu)點，也可以同

2、時獲得二維圖像和距離信息，使它成為發(fā)展3D成像的最佳選擇。
　　本文首先分析了間接 TOF測距原理的可行性，包括相位解調(diào)和時間-選通積分法的原理，再進行系統(tǒng)精度分析，歸納出幾個重要的影響因素，包括光源功率、噪聲、測量范圍、反射系數(shù)、解調(diào)效率和背景光強度，再制定出系統(tǒng)指標來輔助設(shè)計?；阢Q位光電二極管(PPD：Pinned Photodiode)結(jié)構(gòu)的2-抽頭(2-tab)解調(diào)像素設(shè)計，在傳統(tǒng)PPD的基礎(chǔ)上進行改進與優(yōu)化，提高光電混

3、頻器的電子轉(zhuǎn)移效率和工作帶寬，設(shè)計出高解調(diào)效率的光電解調(diào)像素。圖像傳感器的電路部分包括像素電路、相關(guān)雙采樣電路、驅(qū)動電路、行列譯碼電路等，其中像素單元采用共享式結(jié)構(gòu)，在電荷區(qū)域提高信噪比，而且可以提高像素填充系數(shù)，列級采用相關(guān)雙采樣電路來消除像素KTC和固定圖形噪聲。基于本文設(shè)計的圖像傳感器芯片搭建三維TOF測距系統(tǒng)，主要包括圖像傳感器、LED光源、ADC、CPLD等硬件。采用的LED光源的功率為3.4 W，調(diào)制光信號的頻率為0.5 M