微光CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微光成像技術(shù)在軍事、醫(yī)療、科學(xué)探測等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。目前的微光成像技術(shù)存在成本高、工藝復(fù)雜、設(shè)計(jì)制造難度大等缺點(diǎn)。因此,本文采用CMOS圖像傳感器(CIS)技術(shù)進(jìn)行微光圖像傳感器的開發(fā)。CIS具有工藝成熟、成本低、易于單片集成圖像處理電路的優(yōu)勢。但是,現(xiàn)有的CIS并不適合于在微光條件下成像。因此,本文針對微光CIS系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究。
　　 首先,針對目前CIS中像素和讀出電路在微光條件下信噪比(SNR)低的

2、問題,對像素和讀出電路進(jìn)行研究。通過對像素中噪聲源的分析,提出了像素輸出信噪比的理論模型。通過對該模型的分析,可以確定在不改變像素結(jié)構(gòu)條件下,合理增大像素面積和積分時(shí)間是提高像素輸出SNR的最好選擇。同時(shí),為了提.高讀出電路的SNR,提出了一種雙并行相關(guān)雙采樣電路和一種適應(yīng)微光條件的.高增益可編程增益放大器電路,通過理論推導(dǎo)和仿真,驗(yàn)證這兩個(gè)讀出電路可以提高電路的信噪比。
　　 其次,根據(jù)一個(gè)具有512×512像素陣列、可以在1

3、0-4lux光強(qiáng)下成像的微光CIS系統(tǒng)的要求,提出一個(gè)具有14位精度、3MS／s處理速度的流水線ADC設(shè)計(jì)原型。ADC設(shè)計(jì)采用全差分1.5位每級結(jié)構(gòu),緩解了模擬電路設(shè)計(jì)壓力,并且從系統(tǒng)上消除了流水線.ADC中誤差的偶數(shù)階項(xiàng)。同時(shí),采用具有高直流增益的余數(shù)放大器、高精度比較器、二階補(bǔ)償帶隙參考電路、電容陣列DAC電路等高精度模擬電路模塊,從模擬電路設(shè)計(jì)角度保證設(shè)計(jì)滿足精度要求。通過對電路的理論分析、仿真,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
　　

4、 再次,針對CIS系統(tǒng)行間或幀間信號處理可以不連續(xù)的特點(diǎn),提出一種適合CIS系統(tǒng)的、流水線ADC前臺數(shù)字校準(zhǔn)算法。這種算法利用CIS系統(tǒng)中幀間或行間信號處理的間隙,對流水線ADC進(jìn)行校準(zhǔn)處理。校準(zhǔn)算法通過對被校準(zhǔn)級傳輸曲線端點(diǎn)誤差的估計(jì),提取出校準(zhǔn)算法所需的校準(zhǔn)參數(shù),利用這些參數(shù)校準(zhǔn)流水線ADC的增益誤差、參考電壓偏移等誤差。通過各個(gè)層次的驗(yàn)證,證明了算法的正確性。同時(shí),為了配合提出的校準(zhǔn)算法,在流水線ADC工作模式中加入校準(zhǔn)模式。AD