大动态范围CMOS图像传感器指数时间采样电路的改进

分析了现有指数时间采样重置电路的结构和写SRAM的工作时序,设计了一种新型的单稳态脉冲生成电路,加入到像素电路中形成新的SRAM写模式.采用此方法使得单个像素的平均写SRAM次数由2-1/2N次降为1次,消除了大动态范围CMOS图像传感器中SRAM的无效写操作.在CSM 0.35μm 2P4M 3.3V的工艺条件下,利用Cadence Spectre和Hspice工具分别对单稳态脉冲电路和改进后的像素电路进行了仿真实验,证明了此方法的有效性.     

用于视觉假体的新型高动态范围图像传感器像素单元电路设计

针对于视觉假体的应用领域,本文提出了一种新型的高动态范围的CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)像素单元电路,该电路采用了列共用单元的条件溢出电容和多次积分技术,大大提高了图像传感器的动态范围,同时使其在低光照时保持较高的灵敏度和信噪比,采用了特许半导体公司的0.35μm CMOS工艺参数对该...     

CMOS探测器自适应信号读出技术研究

设计了一种根据光照强度自动调节增益的CMOS探测器,它能够在一帧时间内实现光照强度与积分增益自动适应,从而实现无论在弱光还是强光条件下CMOS探测器都能有适应的灵敏度和动态范围。相较于传统CTIA电路,自适应信号读出技术新增了比较器电路来控制CTIA积分电容大小,通过短曝光输出电压与参考阈值进行比较,输出信号结果用来调整长曝光积分增益,最终得到每个像素的输出电压和增益挡位。基于0.5μm 5 V-CMOS工艺进行了128×1线阵CMOS探测器设计仿真与流片,仿真结果表明,光电流在2 pA～100 nA六个数量级内分别自适应四个积分增益,都能有良好的信号读出。     

基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器

设计了一款基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器。传感器基于一种新型的结构,其可在时间域下探测高输入光强,在模拟域下探测低输入光强。该设计在传统电容反馈式跨阻放大器(CTIA)的基础上,新增了时间域测量电路,在不改变原有积分过程的同时可实现连续的大动态范围。基于0.35μm,5V-CMOS工艺进行了256×1线列CMOS图像传感器流片,光电二极管面积为22.5μm×22.5μm,并对器件的光电特性进行了后仿真验证。仿真测试结果表明,基于时间域读出的图像传感器可实现96dB的大动态范围,且时间域和模拟域的两路输出信号可同步输出,功耗为7.98mW。     

非制冷红外焦平面阵列读出电路设计

针对SOI二极管型非制冷红外探测器,设计了一种新型读出电路(ROIC)。该电路采用栅调制积分(GMI)结构,将探测器输出电压信号转化为电流信号进行积分。设计了虚拟电流源结构,消除线上压降(IR drop)对信号造成的影响。电路采用0.35μm 2P4M CMOS工艺进行设计,5V电源电压供电。当探测器输出信号变化范围为0~5mV时,读出电路仿真结果表明:动态输出范围2V,线性度99.68%,信号输出频率5MHz,功耗116mW。     

CMOS图像传感器的硬复位电路研究

像素复位电路是CMOS图像传感器的重要组成部分,其特性直接影响着图像的质量.本文对CMOS APS图像传感器的动态范围、抗饱和能力、图像滞后以及非线性等性能进行了分析,并讨论了通过复位电路改善CMOS图像传感器性能的方法.在本文中,设计了两种带有抗饱和电路的硬复位电路,一种是采用传统的交叉耦合结构实现电压转换,另一种是基于改进的锁存器结构并增加阈值补偿管来实现,两种方案各具特点,分别适用不同的应用要求.仿真结果表明,两种电路方案均能够使动态范围提高2~3dB,增强像素抗饱和能力,同时消除了图像滞后与弱光下的非线性.     

一种新型的相关焦平面CMOS读出电路

研究了一种新型相关双采样CTIA结构的焦平面读出电路,该电路采用光学调制器产生的信号来控制MOS管轮流导通,通过积分电容充放电,实现光电流转化为电压的过程。基于CSMC0．6μm DPDM CMOS工艺的BSIM 3V3 spice模型,采用Spectre对电路进行了仿真验证。在5V工作电源下,该读出方式在强背景应用中,不仅能有效地增加图像的动态范围和信噪比,而且也能提高输出电压摆幅、减小电路输出噪声。     

一种低延时、低功耗电压比较器

设计了一种用于大动态范围CMOS图像传感器的OTA(运算跨导放大器)低功耗、低延时电压比较器.该电压比较器以标准OTA电路为基础,使用了非对称的拓扑结构.用0.6 μm DPDM标准数字CMOS工艺参数仿真,在3.3 V供电电源下,功耗2.0 μw,电路最小延时9 ns.将该电压比较器应用到大动态范围图像传感器读出电路中,实现了预期目标.     

一种基于电荷泵的CMOS图像传感器

提出一种基于电荷泵的CMOS图像传感器.使用一个基本的电荷泵电路提高重置脉冲信号的幅值至5.8 V,使像素单元中的充电节点电压在充电周期可以达到电源电压;同时调整像素单元中的源极跟随器的参数,降低充电节点电压在积分周期的摆动范围下界,充电节点电压的摆幅提高了53.8%,传感器的动态范围提高了3.74 dB.这种方案也减小了充电时间常数,使充电周期减小到10 ns,有效地提高了传感器的图像采集帧率.     

基于15位像素级模数转换器的640×512规格中波红外成像用48 mW数字读出电路

提出了一种用于中波红外成像的基于15位像素级单斜率模数转换器的低功耗数字读出电路。像素级模数转换器采用一种新型功耗自适应的脉冲输出型比较器,只有当斜坡电压信号接近积分电压时,比较器才产生功耗。此外,比较器输出脉冲信号,降低了15位量化结果存储器上消耗的动态功耗。该存储器采用三管动态结构,仅占约54 μm²面积,以满足15 μm像素中心距的面积约束。量化结果以电流模式读出到列级,避免相邻列总线间的电压串扰。基于0.18 μm CMOS工艺,采用该结构,设计并制造了640×512 规格的数字读出电路。测试结果表明,在120 Hz的帧频下,功耗仅为48 mW,总积分电容为740 fF,电荷处理能力为8.8 Me^-。在满阱状态,等效到积分电容的噪声电压为116 μV,峰值信噪比为84 dB。     

一种新型的宽线性范围差分电压输入电流传输器及其应用

设计了一种带有共模检测电路的宽线性范围差分电压输入电流传输器(DVCCⅡ).所提出的电路具有动态的长尾电流的差分对,可获得较大的动态线性输入范围.所提出的电路可以得到精确跟随特性和宽线性输入范围,且比较已有电路具有低电压低功耗等特点.采用SMIC 0.18μm工艺,用Spectre对电路进行仿真,电源电压是1.8 V,...     

A Novel Ultra Low Power High Performance Atto-Ampere CMOS Current Mirror with Enhanced Bandwidth

A novel CMOS atto-ampere current mirror （AACM） is proposed which reaches the minimum yet reported current range of 0.4 aA. Operation of this circuit is based on the source voltage modulation instead of the conventionally used gate voltage modulation which interestingly prevents usage of commonly required voltage shifting in those circuits. The proposed circuit has a simple structure prohibiting large chip area consumption which consumes extremely low power of 1.5 μW. It is thus the best choice for ultra low power low voltage （ULPLV） applications. By using a very simple frequency compensation technique, its bandwidth is widened to 15.8 kHz. Simulation results in SMIC （Semiconductor Manufacturing International Corporation） 0.18 μm CMOS technology with Hspice are presented to demonstrate the validation of the proposed current mirror.     

新型电流镜积分红外量子阱探测器读出电路的设计分析

设计了一种偏压可调电流镜积分(Current Mirroring Integration,CMI)红外量子阱探测器焦平面CMOS读出电路。该电路适应根据偏压调节响应波段的量子阱探测器,其中探测器偏压从0.61 V到1.55V范围内可调。由于CMI的电流反馈结构,使得输入阻抗接近0,注入效率达0.99;且积分电容可放在单元电路外,从而可以在一定的单元面积下,增大积分电容,提高了电荷处理能力和动态范围;为提高读出电路的性能,电路加入撇除(Skimming)方式的暗电流抑制电路。采用特许半导体(Chartered)0.35 m标准CMOS工艺对所设计的电路(16×1阵列)进行流片,测试结果表明:在电源电压为3.3V,积分电容为1.25pF时,电荷处理能力达到1.3×107个电子;输出摆幅达到1.76V;功耗为25mW;动态范围为75dB;测试结果显示CMI可应用于高性能FPA。     

低延迟低电压电流比较器

设计了一种基于改进共源共栅电流镜的CMOS电流比较器,该比较器在1 V电压且电压误差±10%的状态下都正常工作,同时改进后的结构能够在低电压下取得较低的比较延迟。电路的输入级将输入的电流信号转化为电压信号,电平移位级的引入使该结构能够正常工作在不同的工艺角和温度下,然后通过放大器和反相器得到轨对轨输出电压。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺进行了版图设计,并使用SPECTRE软件在不同工艺角、温度和电源电压下对电路进行了仿真。结果表明,该电路在TT工艺角下的比较精度为100 nA,平均功耗为85.53μW,延迟为2.55 ns,适合应用于高精度、低功耗电流型集成电路中。     

一种高电源抑制比带隙基准电压源的设计

设计了一种基于反馈电路的基准电压电路。通过正、负两路反馈使输出基准电压获得了高交流电源抑制比(PSRR),为后续电路提供了稳定的电压。采用NPN型三极管,有效消除了运放失调电压对带隙基准电压精度产生的影响,并对电路进行温度补偿,大大减小了温漂。整个电路采用0.35μm CMOS工艺实现,通过spectre仿真软件在室温27℃、工作电压为4 V的条件下进行仿真,带隙基准的输出电压为1.28 V,静态电流为2μA,在-20~80℃范围内其温度系数约为18.9×10-6/℃,交流PSRR约为-107 dB。     

一种改进型高性能电流舵电荷泵电路设计

提出一种改进型高性能单端电荷泵电路 ,该电路基于电流舵结构 ,使用运放将偏置电路与充放电电路分开。该电路具有低的输出抖动、宽的电源范围 ,使用级连电流镜像消除过冲注入电流。基于 CMOS0 .3 5工艺 ,用 SPECTRE对该电路进行仿真 ,改进后的电路可消除 1.2 m A的注入电流 ,稳定工作在 2 5 /12 .5 MHz下 ,其最低工作电压为 2 .2 V,静态功耗为 0 .44m A,达到设计目标。     

Design of a 16 gray scales 320×240 pixels OLED-on-silicon driving circuit

A 320×240 pixel organic-light-emitting-diode-on-silicon (OLEDoS) driving circuit is implemented using the standard 0.5 μm CMOS process of CSMC. It gives 16 gray scales with integrated 4 bit D/A converters. A three-transistor voltage-programmed OLED pixel driver is proposed, which can realize the very small current driving required for the OLEDoS microdisplay. Both the D/A converter and the pixel driver are implemented with pMOS devices. The pass-transistor and capacitance in the OLED pixel driver can be used to sample the output of the D/A converter. An additional pMOS is added to OLED pixel driver, which is used to control the D/A converter operating only when one row is on. This can reduce the circuit's power consumption. This driving circuit can work properly in a frame frequency of 50 Hz, and the final layout of this circuit is given. The pixel area is 28.4×28.4 μm2 and the display area is 10.7×8.0 mm2 (the diagonal is about 13 mm). The measured pixel gray scale voltage shows that the function of the driver circuit is correct, and the power consumption of the chip is about 350 mW.     

一种启动电流为0的CMOS低功耗低成本电流源

根据传统电流源结构,设计了一种启动电流为0的CMOS低功耗电流源。电流源的启动电路仅采用一个耗尽型MOS管,电路正常工作后启动电路会自动关断。仿真结果显示电路正常工作后启动部分消耗的电流基本降为0,整个电路功耗24．9μW。这种结构降低了整个电路的功耗,大大节省了芯片面积。电路基于TSMC0．18μm CMOS工艺,电源电压1．8V,仿真软件为Hspice。     

一种用于生物信号采集的CMOS全差分前置跨阻放大器设计

针对生物信号微弱、变化范围大等特点设计了一种用于检测微弱电流的全差分跨阻放大器(TIA)电路结构。不同于传统电路的单端输入,该结构采用高增益的全差分两级放大器实现小信号输入及轨到轨输出。基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,采用1.8V电源电压对设计的电路进行了仿真,仿真结果表明:TIA输入电流动态范围为100nA^10μA,最大跨阻增益达到104.38dBΩ,-3dB带宽为4MHz,等效输入噪声电流为1.26pA/Hz。对电路进行跨阻动态特性仿真表明,在输入电流为100nA时,输出电压的动态摆幅达到3.24mV,功耗仅为250μW,总谐波失真(THD)为-49.93dB。所设计的高增益、低功耗、宽输入动态范围TIA适用于生物医疗中极微小生物信号的采集,可作为模块电路集成在便携设备中。