差分有源像素圖像傳感器的設計.pdf

1、傳統圖像傳感器在低電壓下會出現嚴重的性能下降，甚至不能工作。隨著便攜式電子產品的發(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圖像傳感器已經取代CCD圖像傳感器，成為低壓圖像傳感領域的主要解決方案。 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/數字轉換器(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構和差分工作模式，其中，亢余結構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；差分模式傳輸的光生信號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)現象的產生。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雙取樣的數據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、有效位數為9位的流水線ADC，其微分非線性度和積分非線性