一种具有高填充因数和动态数字双采样技术的CMOS图像传感器

介绍了基于0.35μm工艺设计的单片CMOS图像传感器芯片.该芯片采用有源像素结构,像素单元填充因数可达到43%,高于通常APS结构像素单元30%的指标.此外还设计了一种数字动态双采样技术,相对于传统的双采样技术(固定模式噪声约为0.5%),数字动态双采样技术具有更简洁的电路结构和更好抑制FPN噪声的效果.传感器芯片通过MPW计划采用Chartered 0.35μm数模混合工艺实现.实验结果表明芯片工作良好,图像固定模式噪声约为0.17%.     

CMOS图像传感器的未来

在与CCD的竞争中 ,CMOS必须面对或超越CCD的关键价格及性能特点。采用互补金属氧化物半导体 (CMOS)加工工艺制作的图像传感器阵列芯片的首次应用于 2 0世纪 80年代末得到了验证。自那时起 ,能够以动态随机存取存储器(DRAM)的成本在单模片上集成所有模拟及数字成像电路就成为设计者心中的神圣目标。然而 ,CCD制造商为了将CMOS传感器排挤出市场 ,始终坚持不懈地减小阵列体积 ,同时大幅削减其价格。近 30年来 ,在大容量电子图像捕获应用中 ,CCD在速度、灵敏度、可靠性、封装及价格等方面始终保持优势 ,因而统治着市场。产品设计人…     

APS CMOS图像传感器复位电路的设计研究

本文分析了APS CMOS图像传感器传统像素复位电路引起的动态范围缩小、固定图像噪音增大和图像滞后等问题.比较了两种复位电路改进方案的优势与不足.提出了采用电荷泵电路设计APS CMOS图像传感器复位电路的新方案.该方案增加了CMOS图像传感器的动态范围,消除了复位引起的固定图像噪音和图像滞后,避免了前两种方案的不足.所有的电路仿真均在CHRT 0.35 μm工艺基础上完成.     

一种新型CMOS图像传感器的设计

为了提高CMOS图像传感器的图像质量,通过对图像主要的噪声源以及图像失真的分析,提出一种新型的CMOS有源像素图像传感器.该CMOS图像传感器使用4T有源像素,大大提高了图像传感器的灵敏度.通过在传感器中集成图像预处理功能,对改善图像的质量起到了很好的效果.     

一种基于标准CMOS工艺的新型单片集成紫外图像传感器

我们提出了一种基于标准CMOS工艺的浮栅紫外图像传感器。传感器单元是由一个非常紧凑的紫外线灵敏器件构成。整个紫外图像传感器有一CMOS像素单元阵列、高压开关、读出电路和数字控制等部分组成。在一0.18μm标准工艺上实现了1个1616的图像传感器芯片。我们对传感器单元和阵列进行了测试,测试结果表明传感器的灵敏度为0.072 V/(mJ/cm2),并且可以获得紫外图像。此紫外图像传感器适合于大规模集成的生物医药和太空探测等领域。     

一种应用于CMOS图像传感器数字双采样ADC的PGA电路

提出了一种应用于CMOS图像传感器数字双采样模数转换器(ADC)的可编程增益放大器(PGA)电路。通过增加失调采样电容,采集PGA运放和电容失配引入的失调电压,在PGA复位阶段和放大阶段进行相关双采样和放大处理,通过数字双采样ADC将两个阶段存储电压量化,并在数字域做差,降低了PGA电路引入的固定模式噪声。采用0.18μm CMOS图像传感器专用工艺进行仿真,结果表明:在输入失调电压-30~30mV变化区间,提出的PGA的输出失调电压可以降低到1mV以下,相比传统PGA输出失调电压随输入失调电压单倍线性关系而言大大降低了列固定模式噪声。     

低照度CMOS图像传感器设计与实现

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器型（Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA）像元电路与双采样（Delta Double Sampling,DDS）的低照度CMOS图像传感器系统。采用CTIA像元电路提供稳定的光电二极管偏置电压以及高注入效率,完成在低照度情况下对微弱信号的读取;同时采用数字DDS结构,通过在片外实现像元积分信号与复位信号的量化结果在数字域的减法,达到抑制CMOS图像传感器中固定图案噪声的目的,进一步提高低照度CIS的成像质量。基于0.35 m标准CMOS工艺对此基于CTIA像元电路的CMOS图像传感器芯片进行流片,像元阵列为256256,像元尺寸为16 m16 m。测试结果表明该低照度CMOS图像传感器系统可探测到0.05 lx光照条件下的信号。     

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。     

基于CMOS图像传感器的计花器设计

阐述了新型CMOS图像传感器ME1010的结构模块与工作方式,设计出了以ME1010为核心的计花器系统,给出了系统硬件、软件结构,对硬件和软件进行了计算机仿真分析。仿真结果表明该系统能够满足高支纤维生产过程对计花作业的要求,具有实用价值。     

CMOS图像传感器固定模式噪声抑制新技术。

针对有源像素(APS)CMOS图像传感器中的固定模式噪声(FPN),设计了一种动态数字双采样的噪声抑制新技术;该技术比普通双采样技术具有更佳的抑制效果,其电路结构简单,适合于像素尺寸不断缩小的CMOS图像传感器发展趋势。通过MPW计划,采用Chartered0.35μmCMOS工艺制作了测试ASIC芯片,试验结果表明动态数字双采样技术有效抑制了FPN噪声。     

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。     

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.     

低功耗高动态范围CMOS图像传感器的设计

设计了一种低功耗高动态范围的CMOS图像传感器16×16像素阵列电路,采用条件重置的方法,钟控比较器的低功耗设计及相关时序电路的优化,在扩展CMOS图像传感器的动态范围下,极大地降低了系统的功耗.实验表明,基于标准CSM 0.35μm 2P4M CMOS工艺,用HSPICE仿真,动态范围最大可以达到普通传感器的4倍,在3.3 V下每列功耗仅为6.6μW.     

应用于微小卫星的CMOS图像传感器芯片设计

针对小卫星以至微纳卫星领域的应用需求,文章对具有抗辐照能力的CMOS图像传感器的芯片架构和关键技术进行了研究,着重对行列选电路、低噪声信号读出、可编程增益放大器和片上ADC等电路设计技术进行了分析和仿真验证.基于0.35 μm CMOS抗辐照技术和工艺开展了芯片的关键电路仿真、设计和整体版图设计验证.流片后的测试结果表明,该CMOS图像传感器具有高动态、低噪声和抗辐照特点,其噪声电子为42 e-,动态范围为69 dB,当辐射总剂量大于100 krad(Si)时,器件噪声指标符合预期.     

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。     

基于HV-CMOS工艺集成PIN光敏元的CMOS传感器设计

PIN光电二极管相对于pn结型光电二极管具有结电容小、量子效率高等优点,但采用标准低压CMOS(LV-CMOS)工艺研制的CMOS传感器只能实现基于n阱/p衬底的pn结光敏元与片上电路的集成,高压CMOS(HV-CMOS)工艺的发展为CMOS电路与PIN光敏元列阵的单片集成提供了可能。基于HV-CMOS工艺设计了一种集成PIN光敏元列阵的CMOS传感器,并对器件的光电响应进行了测试评估。结果表明,集成PIN光敏元的CMOS传感器具有更高的像素增益和量子效率,而暗电流、输出摆幅、线性度等特性保持良好。在500~900nm宽波段范围内,器件的量子效率均达到80%以上,在950nm附近的量子效率达到25%,优于采用其他工艺制作的CMOS传感器。     

基于I2C总线的CMOS图像传感器接口电路设计

详细阐述了一种用于百万像素数码相机的CMOS图像传感器接口电路设计及其VLSI实现;文章按照数码相机的功能要求进行整体设计,由上而下讨论了各个子模块的设计,并给出了电路的FPGA验证;本设计作为数码相机专用芯片的一部分用0.6 μ m工艺实现.     

高分辨率双快门模式CMOS图像传感器控制电路的设计与仿真

主要介绍了一种可用于空间信息获取的高分辨率双快门模式CMOS图像传感器,分析比较了该CMOS图像传感器卷帘式和同步式两种快门模式的工作原理和特点,设计了两种快门模式的时序控制电路并进行了仿真和验证,结果表明了控制电路设计的正确性,并可适用于空间微纳型卫星的成像系统。