基于自适应曝光的CMOS图像传感器的设计与实现

从硬件结构、曝光策略和模拟结果入手，在传统滚筒式曝光基础上，通过对用户设定区域像素饱和值的统计和曝光时间选择算法，提出了一种CMOS图像传感器大动态范围自适应曝光的设计。曝光时间可从1ps至65ms，探测光强范围达到10^1～10^6lux，设计将充分发挥现有像素性能，实现快速实时的自适应曝光需求。     

基于LUPA4000图像传感器扩展动态范围方法研究

基于CMOS图像传感器LUPA4000,对双斜率光积分进行研究。选用Altera公司的EP3C25Q240C8N作为硬件设计载体,使用VHDL语言对LUPA4000像素内部驱动信号进行描述,并采用QutartusⅡ软件对所做的设计进行功能仿真,最后采用基于LUPA4000的相机系统,实现了同步快门模式下的双斜率光积分操作。实验结果表明,双斜率光积分有效扩展了普通线性转移成像器的光学动态范围,提升了成像质量。     

一种新型大动态范围CMOS图像传感器

提出了一种具有新型像素结构的大动态范围CMOS图像传感器,通过调整单个像素的积分时间来自适应不同的局部光照情况,从而有效提高动态范围。设计了一种低延时、低功耗、结构简单的新型pixel级电压比较器及基于可逆计数器的时间-电压编码电路。采用0.6μm DPDM标准数字CMOS工艺参数对大动态范围像素单元电路进行仿真,积分电容电压Vcint与光电流呈良好的线性关系,其动态范围可达126dB。在3.3V供电电压下,单个像元功耗为2.1μW。     

基于CPLD的CIS积分时间软调节

传统图像传感器修改积分时间的过程比较麻烦,为了能实现积分时间的在线调节,设计一种能通过SPI口在线实时改变积分时间的图像传感器系统。该系统是在1片可编程逻辑器件CPLD里集成图像传感器的驱动电路和积分时间调节电路,单片微机通过SPI同步串口和CPLD交换数据。仿真结果表明该系统可以实现在线修改积分时间。     

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。     

CIS片上系统中伽玛校正的低功耗设计

为了实现CMOS图像传感器(CIS)片上系统(SoC)中伽玛(γ)校正的低功耗设计,同时又保证校正的精度,提出一种查找表和直线拟合相结合的γ校正技术。算法对灰度值较低的像素使用直接查找表方法校正,对于γ曲线上升缓慢部分的像素采用分段直线拟合的方法。在直线分段时,使用外层分段与内层分段相结合的方法,达到了分段优化的目的。算法保证了图像校正精度,与使用完全查找表法相比,误差在0.5 pixel之内。基于该方法设计了一个8 bit输入/8 bit输出的VLSI模块,通过FPGA对模块进行了验证,模块占用723个LE和195个LC寄存器,比完全查找表法减少了硬件资源耗费,实现了低功耗设计。系统最大工作频率可达148 MHz,完全满足实时处理的需求。     

基于CMOS图像传感器的多斜率积分模式

CMOS图像传感器由于器件本身的特点,相比CCD传感器,其动态范围较小。以CYPRESS公司生产的高性能CMOS图像传感器IBIS5-A-1300为研究对象,对其多斜率积分原理进行研究,提出了采用同步快门多斜率积分的方法来扩展CMOS图像传感器的动态范围。以FPGA+DSP为系统的硬件处理平台,给出了多斜率积分驱动时序的具体设计思路和方法,并在QuartusⅡ7.0环境下对所设计的驱动时序进行功能仿真。采用所设计的多斜率积分时序驱动,将CMOS图像传感器的动态范围由原来单斜率积分模式下的64 dB扩展到了90 dB。实验结果表明,采用多斜率积分模式可以实现动态范围扩展的要求。     

CIS实时多帧组合方法研究与设计

多帧组合是扩展CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor, CIS)动态范围的有效方法。在已流片成功的CMOS图像传感器基础上对实时多帧组合方法开展研究,提出一种实时自适应控制与多次采样组合相结合的控制方法。通过获取加权光强平均值以及饱和像素数目和严重欠曝光像素的数目,对场景光强进行评价,对采样控制方式、次数和积分时间和组合算法进行实时控制,完成30万像素版图设计验证和FPGA验证。模拟仿真结果证明该方法的实时性和有效性。     

高帧频大动态范围CMOS图像传感器时序控制电路的设计与实现

本文主要论述了CMOS图像传感器时序控制电路的系统设计和实现方法.针对双采样结构的图像传感器,分析了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式两种时序控制方法及其具体实现过程,并根据时序控制电路的功能仿真和在FPGA上的验证结果,对二者进行了比较,证明了这两种方法的可行性.     

一种高性能高动态范围CMOS模拟开关

基于3V、0．34μm CMOS工艺技术，设计了一种提高信号幅度的自举模拟开关，其线性区的导通电阻约为0．5Ω；输入信号通过该开关后，动态范围达到满幅度，并能将O～3V的时钟电压提升到0～6V。该开关适用于A／D转换器中的采样／保持电路和开关电容的滤波电路。     

一种宽输入范围CMOS模拟乘法器的优化设计

设计了一种基于CMOS工艺设计的宽输入范围的Gilbert单元乘法器.通过在乘法器的输入端加入有源衰减器和电位平移电路,增大了乘法器的输入范围(±4 V).该乘法器采用TSMC 0.35 μm的CMOS工艺进行设计,并用HSpice仿真器对电路进行了仿真,得到了电源电压为±4 V,以及线性电压输入范围为±4 V时,非线性误差小于1.0%,乘法运算误差小于0.3%,x输入端的-3 dB带宽为470 MHz,y输入端的-3 dB带宽为4.20 GHz的良好结果,整个乘法器电路的功耗为2.82 mW.     

CMOS图像传感器用像素级双采样存储技术

多次曝光技术是扩展CM O S APS图像传感器动态范围较为有效的方法,但多于两次的曝光,信号处理复杂,使传感器的帧频受到限制,而像素级双采样存储技术将两次曝光采样及图像组合处理在像素内实现,在获得高动态范围的同时,可有效提高图像实时处理的速度,并且可以工作于高速同步曝光模式。     

对指数采样CMOS图像传感器动态范围扩展方法的改进

为了进一步减少CMOS图像传感器的采样次数,系统分析了基于指数时间采样扩展CMOS图像传感器动态范围的基本方法,并对其进行了改进,提出了通过合理选取采样时间,可以进一步减少采样次数的方法.在此基础上,提出了一种新型的电路实现结构,采用此方法在每个积分周期采样N/2 1次(N为大于零的偶数),最大可以扩展CMOS图像传感器动态范围2N倍,较以往的方法减少采样N/2次.最后,在CSM 0.35μm 2P4M 3.3V的工艺下,利用Hspice软件进行仿真实验,证明了此方法的有效性.     

一种2.5Gb/s CMOS宽动态范围光接收机模拟前端电路

基于55nm CMOS工艺,设计了一种具有宽动态范围的2.5Gb/s光接收机模拟前端电路。作为光接收机的输入级电路,为了获得低噪声和高灵敏度性能,跨阻放大器(TIA)基于三级反相器级联结构,同时采用双自动增益控制(DAGC)电路来扩大输入信号的动态范围。为了提高增益,引入后置放大器,包括电平转换电路和三级差分放大电路,同时利用电容简并的方法来进一步拓展带宽,最后进行缓冲器输出。测试结果表明,在误码率为10-12的情况下,光接收机的输入灵敏度为-26dBm,过载光功率为3dBm,动态范围达到29dBm。光接收机在3.3V供电电压下,电流功耗为36mA,整体芯片面积为1176μm×985μm。     

扩大感光动态范围的象限光电传感器的研究

介绍了一种可调整感光动态范围的象限传感器的设计。该传感器采用 0 .6微米 CMOS标准工艺制造 ,包含有 1 6× 1 6有源光电管阵列 ,相关二次采样 (CDS)电路 ,输出缓冲放大电路和数字控制电路几个主要功能模块 ,实现了象限传感器与 CMOS处理电路的兼容集成。该传感器对目标单帧传感的感光动态范围为 60 d B,通过变频二次扫描进行感光动态范围的调整后 ,传感器总的感光动态范围可以提高为 84d B。     

约束时间常数大动态数字AGC的设计

自动增益控制(AGC)能够根据信号输入大小自动调整增益,动态范围和时间常数是其中的两个关键指标.从模拟AGC的性能分析入手,给出了数字AGC恒定时间常数结构和时间常数的计算方法,仿真验证了大动态信号输入下约束时间常数数字AGC的瞬态工作特性,并结合恒定时间常数实现方法给出大动态AGC的结构方案.相关研究结论已应用于某单通道单脉冲数字跟踪接收机中恒定时间常数中频AGC的FPGA实现.     

大动态范围增益可控固态放大器系统的实现

针对雷达发射多波束的需求,研制了一套基于氮化镓高电子迁移率晶体管三代半导体器件的增益可控固态放大器系统。描述了系统中微波放大模块、幅相控制和相位补偿的实现方案,分析了功率放大器栅极电压与放大器增益和输出信号相位的关系。通过幅相控制电路实现发射通道输出信号幅度和相位快速转换,满足发射多波束的需求。经试验验证,研制的大动态范围增益可控固态放大器系统,提高了效率和工作带宽,解决了传统发射多波束系统中的问题。