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线扫描CMOS图像传感器读出电路关键技术研究

gecimao 发表于 2019-07-15 13:58 | 查看: | 回复:

  对于可应用于星载地质灾害监测系统的CMOS图像传感器,必须要考虑的问题是监测系统相对于地面的移动速度极快,导致图像传感器的曝光时间很短,若采用传统的面阵凝视型成像方式,必然会出现图像的残影,成像质量不佳,因此要采用新的成像方式。目前行业内多采用时间延迟积分(TDI)形式的线扫描图像传感器,通过对目标景物的多次曝光,将信号进行累加,相当于增加了曝光时间,从而提升了图像信噪比。本文围绕TDI型CMOS图像传感器读出电路,重点研究了其同步累加时序方式和提升有效累加级数的问题。本文首先根据该读出电路的框架对各个基本模块进行了分析和仿真,并确定采用具有拼接型光电二极管的3管像素结构作为后续仿真的基础,其次,为了保证输出信号摆幅较大时能够有效输出,采用了轨对轨形式的输出缓冲器,该缓冲器能在输入幅度为1.5V~4V,输入频率为2MHz的方波情况下,有效驱动20pF的电容负载,且失调电压小于1mV。接着分析了相关双采样的几种结构,将单端输出结构修改成双端输出结构后应用于本文所研究的读出电路中,以验证运放失调电压对于读出电路的影响,结果表明,修改后的双端结构能够有效抑制失调电压对于读出电路的影响。最后,重点研究了具有TDI功能的模拟域累加器,通过大量的公式推导证明了该结构的合理性,并通过仿真验证了TDI的同步累加性;随后针对有效累加级数的问题做了寄生参数建模,对原结构进行了修改,并通过公式推导证明了该结构的可行性,仿真结果也表明,修改后的结构有利于提高该模拟域累加器的有效累加级数。本文的仿线μm的工艺,最终的TDI型CMOS图像传感器读出电路采用的规模为100级,以便阐述和验证该结构的合理性。其中,渡越时间即每行的积分时间定为90μs,最终的仿真表明该累加器线%。

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