【摘 要】
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近年来CMOS图像传感器在医疗和工业等领域中得到了越来越广泛的应用。作为CMOS图像传感器的前端处理电路,多通道积分器阵列的性能参数直接决定了传感器的成像质量并成为该领
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近年来CMOS图像传感器在医疗和工业等领域中得到了越来越广泛的应用。作为CMOS图像传感器的前端处理电路,多通道积分器阵列的性能参数直接决定了传感器的成像质量并成为该领域的研究热点。本课题的主要研究内容是低噪声积分器阵列的设计与实现。
本文从CMOS图像传感器的发展历史和国内外研究现状入手,提出了本课题的研究目的和意义。在介绍半导体光电知识的基础上,简要分析了光电二极管的特性并建立了用于模拟仿真的等效电路模型。用简化模型对积分器建模,推导出各工作状态下噪声的传递函数和噪声功率。用MATLAB对电路模型进行系统仿真,分析开关和运放噪声源对积分器中关键结点的噪声影响。在噪声理论分析的基础上,详细研究了在不同时序控制下,积分器噪声的传递过程,并提出了通过控制噪声传递来降低积分器输出噪声的方法。本课题完成了积分器阵列芯片各个电路模块的设计并用Spectre和Mmsim完成了积分器的模拟仿真,噪声仿真结果与理论预期基本一致。
本文详细介绍了模拟集成电路版图设计中的各个注意事项和匹配技术。按照CSMC 0.6um DPDM工艺规范设计了64通道积分器阵列的版图,并顺利完成了两次流片。第一次流片测试结果表明积分器阵列的最短积分时间为100us,噪声小于1.2mY。在此基础上,通过优化采样/保持电路中开关的尺寸抑制了漏电荷。二次流片噪声测试结果为690uV,比一次降低近一倍,可以达到12位的分辨率。因此,证明了本文的噪声理论分析和降噪声方法的正确性。本课题设计的积分器阵列芯片已经成功地应用于X射线探测卡并在医疗成像和工业检测等产品中实现了量产。
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