【摘 要】
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随着微电子技术工艺水平的不断提高,CMOS图像传感器的性能已经达到甚至超过了CCD的性能,CMOS图像传感器开始广泛应用于工业、交通、多媒体、医学等领域。对于CMOS图像传感器,
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随着微电子技术工艺水平的不断提高,CMOS图像传感器的性能已经达到甚至超过了CCD的性能,CMOS图像传感器开始广泛应用于工业、交通、多媒体、医学等领域。对于CMOS图像传感器,动态范围是关系其成像质量的关键因素,决定着图像传感器的使用前景,因此提高CMOS图像传感器的动态范围成为研究热点之一。本文介绍了CMOS图像传感器并探讨了影响动态范围的因素,基于对一些常见的动态范围扩展技术的分析,设计了一种像素积分时间自适应结构的高动态CMOS图像传感器,通过调整单个像元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。该高动态范围像元电路除具有常规的CMOS APS电路外,主要还包含一个高速电压比较器和两个存储电容构成的采样保持电路,另外,在传感器芯片上还设计了一个公用的时间-电压编码电路,详细阐述了其工作原理。在像元的各部分电路中,高速电压比较器起到了很重要的作用,其性能直接影响到整个电路的性能。为此,设计了一种用于高动态范围像元的OTA(运算跨导放大器)改进型电压比较器,该电压比较器以标准OTA电路为基础,借鉴了局部正反馈电压比较器的拓扑结构。仿真结果表明,该比较器具有增益高,延时小,功耗低以及结构简单的优点。对所设计的高动态范围像素单元电路进行了仿真,结果表明该电路的动态范围达到120dB。在上述像元电路的基础上,设计了4×4像素阵列,仿真结果表明,所设计的高动态范围图像传感器电路工作正常。论文介绍了版图设计规则以及版图设计的流程和注意事项,并以0.35μm N阱标准CMOS工艺为基础,设计了单个像素单元电路的版图。
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