差分有源像素圖像傳感器的設計.pdf

1、傳統(tǒng)圖像傳感器在低電壓下會出現(xiàn)嚴重的性能下降，甚至不能工作。隨著便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，低電壓、低功耗的圖像傳感器成為當前研究的熱點。由于基于CMOS工藝的電路工作電壓低、功耗小，所以CMOS圖像傳感器已經(jīng)取代CCD圖像傳感器，成為低壓圖像傳感領(lǐng)域的主要解決方案。 本文針對圖像傳感器應用的性能指標要求，設計一個分辨率為1024×768、掃描速度為70幀/秒、總體動態(tài)范圍高于8bit的圖像傳感器中的重要組成部分：像素單元陣列與讀出電

2、路。該電路的主要模塊由像素單元，多路復用器，采樣/保持電路(S/H)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)組成。 設計時重點考慮像素單元的低電壓工作特性、工作穩(wěn)定性和抗噪聲干擾能力。差分有源像素單元同時采用亢余結(jié)構(gòu)和差分工作模式，其中，亢余結(jié)構(gòu)可以大幅減小整個像素單元的失效概率，從而大幅提高像素單元的工作穩(wěn)定性；差分模式傳輸?shù)墓馍盘柨梢源蠓娫粗械脑肼曇约碍h(huán)境中的電磁干擾。版圖布局中，對稱放置PIXEL中的差分信號通路以抵抗共模噪聲，合

3、理使用接地點防止鎖死(litch-up)現(xiàn)象的產(chǎn)生。本文中提出的差分有源像素單元具有工作穩(wěn)定，噪聲性能優(yōu)良的特點。本文設計的圖像傳感器中像素單元最小工作電壓為1.75V，功耗為7.48μW/Pixel，動態(tài)范圍為71.9dB。 在讀出電路的設計中，對使用ADC直接對像素單元輸出進行相關(guān)雙取樣的數(shù)據(jù)讀出方式進行了分析并得到ADC的設計指標。設計了一個采樣率為0.54M次/秒、有效位數(shù)為9位的流水線ADC，其微分非線性度和積分非線性