差分有源像素圖像傳感器的設(shè)計(jì).pdf

1、傳統(tǒng)圖像傳感器在低電壓下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)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(dāng)前研究的熱點(diǎn)。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(duì)圖像傳感器應(yīng)用的性能指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)分辨率為1024×768、掃描速度為70幀/秒、總體動(dòng)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(fù)用器，采樣/保持電路(S/H)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)組成。 設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)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(shí)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(gè)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?hào)可以大幅電源中的噪聲以及環(huán)境中的電磁干擾。版圖布局中，對(duì)稱放置PIXEL中的差分信號(hào)通路以抵抗共模噪聲，合

3、理使用接地點(diǎn)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(diǎn)。本文設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)范圍為71.9dB。 在讀出電路的設(shè)計(jì)中，對(duì)使用ADC直接對(duì)像素單元輸出進(jìn)行相關(guān)雙取樣的數(shù)據(jù)讀出方式進(jìn)行了分析并得到ADC的設(shè)計(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)了一個(gè)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