抗辐射低噪声CMOS图像传感器设计技术研究 被引量：3

1

作者 郭仲杰 吴龙胜 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期221-226,共6页

为满足航天应用对大面阵高动态CMOS图像传感器的需求,对噪声优化与辐射加固等关键技术进行了深入研究。基于系统架构的增益级与双相关双采样设计优化、基于采样电路的时序改进,实现了对系统噪声的多层次优化;基于像素级与电路级的总剂... 为满足航天应用对大面阵高动态CMOS图像传感器的需求,对噪声优化与辐射加固等关键技术进行了深入研究。基于系统架构的增益级与双相关双采样设计优化、基于采样电路的时序改进,实现了对系统噪声的多层次优化;基于像素级与电路级的总剂量辐射加固与单粒子闩锁辐射加固设计,实现了对100k rad(Si)总剂量和99.8 MeV·cm2/mg单粒子效应的免疫。研究成果已成功应用于一款64M像素超大面阵高性能CMOS图像传感器产品。流片测试结果显示,抗总剂量辐射能力优于100k rad(Si)、暗电流与噪声随辐射增长率提升了一个数量级;抗单粒子闩锁能力优于99.8 MeV·cm2/mg;在整个辐射环境下读出噪声不超过5e-;本征动态范围高达75dB。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 噪声优化 电离总剂量 单粒子闩锁 读出电路

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低噪声四管像素CMOS图像传感器设计与实现 被引量：4

2

作者 徐江涛 李斌桥 +1 位作者 姚素英 任张强 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期149-152,共4页

基于SMIC 0.18μm工艺设计了一种低噪声的四管像素结构.通过在像素内增加传输管和存储节点实现了相关双采样,可同时消除固定模式噪声和随机噪声;采用Pinned光电二极管技术大幅降低了表面暗电流.所设计像素尺寸为3.6μm×3.6μm,并... 基于SMIC 0.18μm工艺设计了一种低噪声的四管像素结构.通过在像素内增加传输管和存储节点实现了相关双采样,可同时消除固定模式噪声和随机噪声;采用Pinned光电二极管技术大幅降低了表面暗电流.所设计像素尺寸为3.6μm×3.6μm,并将其应用于一款648×488像素阵列CMOS图像传感器,经流片测试,图像传感器信噪比可达42 dB,在25℃下表面暗电流为25 mV/s(转换成电压表示的).所设计的四管Pinned光电二极管像素结构相对于传统三管像素结构,具有较低的噪声和暗电流. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 四管像素 随机噪声 暗电流

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面向超大面阵CMOS图像传感器的全局斜坡一致性校正方法 被引量：1

3

作者 许睿明 郭仲杰 +1 位作者 刘绥阳 余宁梅 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2952-2960,共9页

针对大面阵CMOS图像传感器(CIS)中存在的斜坡信号不一致性问题,该文提出一种用于CMOS图像传感器的斜坡一致性校正方法。该误差校正方法基于误差存储和电平移位思想,在列级读出电路中引入用于存储各列斜坡不一致性误差的存储电容,根据存... 针对大面阵CMOS图像传感器(CIS)中存在的斜坡信号不一致性问题,该文提出一种用于CMOS图像传感器的斜坡一致性校正方法。该误差校正方法基于误差存储和电平移位思想,在列级读出电路中引入用于存储各列斜坡不一致性误差的存储电容,根据存储的斜坡不一致性误差对各列的斜坡信号进行电平移位,确保斜坡信号的一致性。该文基于55 nm 1P4M CMOS工艺对提出的斜坡一致性校正方法完成了详细电路设计和全面仿真验证。在斜坡信号电压范围为1.4 V,斜坡信号斜率为71.908 V/ms,像素面阵规模为8 192(H)×8 192(V),单个像素尺寸为10μm的设计条件下,该文提出的校正方法将斜坡不一致性误差从7.89 mV降低至36.8μV。斜坡信号的微分非线性(DNL)为+0.001 3/–0.004 LSB,积分非线性(INL)为+0.045/–0.02 LSB,列级固定模式噪声(CFPN)从1.9%降低到0.01%。该文提出的斜坡一致性校正方法在保证斜坡信号高线性度,不显著增加芯片面积和不引入额外功耗的基础上,斜坡不一致性误差降低了99.53%,为高精度CMOS图像传感器的设计提供了一定的理论支撑。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 列级固定模式噪声 斜坡产生电路 斜坡一致性校正方法

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基于估计方法的CMOS图像传感器列固定模式噪声校正方法 被引量：10

4

作者 王华 曹剑中 +3 位作者 王华伟 郭惠楠 赵晓冬 刘广森 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1928-1932,共5页

CMOS图像传感器的列固定模式噪声对图像质量的影响非常严重。在分析CMOS图像传感器固定模式噪声产生机理、噪声特性以及其在输出图像中的表现的基础上,提出了一种针对CMOS图像传感器中列固定模式噪声的校正方法。该方法利用CMOS图像采... CMOS图像传感器的列固定模式噪声对图像质量的影响非常严重。在分析CMOS图像传感器固定模式噪声产生机理、噪声特性以及其在输出图像中的表现的基础上,提出了一种针对CMOS图像传感器中列固定模式噪声的校正方法。该方法利用CMOS图像采集系统对积分球发出的均匀平行光束进行多次采样并建模来对列固定模式噪声进行估计,然后将估计结果应用于CMOS图像硬件采集系统进行列固定模式噪声的校正,固定模式噪声的校正在FPGA中使用查找表方法实现。实验结果表明该方法可以有效消除列固定模式噪声,改善图像质量。 展开更多

关键词 列固定模式噪声 cmos图像传感器 不均匀性 估计方法

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基于暗电流CMOS图像传感器固定模式噪声校正研究 被引量：10

5

作者 李强 金龙旭 李国宁 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期327-333,共7页

为了抑制由读出放大电路增益不一致导致的CMOS传感器固定模式噪声(FPN),提高成像质量,本文提出了基于暗电流的固定模式噪声校正方法。该方法相比于传统校正方法具有校正系统简单,算法易于实现的优点。本文对校正前后的图像通过灰度方差... 为了抑制由读出放大电路增益不一致导致的CMOS传感器固定模式噪声(FPN),提高成像质量,本文提出了基于暗电流的固定模式噪声校正方法。该方法相比于传统校正方法具有校正系统简单,算法易于实现的优点。本文对校正前后的图像通过灰度方差进行评估,评估结果表明由暗电流形成的本底图像,图像灰度方差校正后相比于校正前,降低1~2个数量级;均匀光照条件下的CMOS图像,校正后相比于校正前,图像灰度方差增大2个数量级。该评估结果及相关结论对暗电流本底图像及相关校正方法探讨具有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 暗电流 cmos图像传感器 本底图像 固定模式噪声

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光电二极管有源像素CMOS图像传感器固定模式噪声分析 被引量：6

6

作者 张生才 董博彦 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期798-801,共4页

在研究有源像素工作机理和制作工艺的基础上,分析了固定模式噪声的产生机制以及对输出信号的影响,建立了噪声产生模型,得出了噪声影响的定量计算的公式。提出了通过优化电路和版图设计抑制电路固定模式噪声的方法。对于无法通过电路设... 在研究有源像素工作机理和制作工艺的基础上,分析了固定模式噪声的产生机制以及对输出信号的影响,建立了噪声产生模型,得出了噪声影响的定量计算的公式。提出了通过优化电路和版图设计抑制电路固定模式噪声的方法。对于无法通过电路设计消除的噪声,提出了双采样电路抑制方法。研究结果对于设计低噪色有源像素具有指导意义。 展开更多

关键词 像素 固定模式噪声 有源像素传感器 cmos图像传感器 失调

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基于压缩感知的低功耗高效率CMOS图像传感器设计 被引量：8

7

作者 赵士彬 姚素英 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1151-1157,共7页

提出一种基于压缩感知的低功耗高效率CMOS图像传感器(CIS)设计。在这种压缩感知CIS中,帧存储、帧差求解和帧压缩等过程分别集成于像素级、列级和芯片级电路中,实现了图像传感过程和图像压缩过程的融合。这种融合提高了CIS在功耗、传输... 提出一种基于压缩感知的低功耗高效率CMOS图像传感器(CIS)设计。在这种压缩感知CIS中,帧存储、帧差求解和帧压缩等过程分别集成于像素级、列级和芯片级电路中,实现了图像传感过程和图像压缩过程的融合。这种融合提高了CIS在功耗、传输带宽和输出数据等方面的效率。所提出的CIS设计已采用Global Foundries 0.18μm 1P6M混合信号工艺进行了投片验证。验证结果显示,其像素结构可以实现较小的像素面积和较好的填充因子,相比于其他相关设计更具折衷性。而自适应读出量化方法则可以根据不同的数据类型实现选择化处理,实现低功耗实时图像压缩。结果表明,所提出的CIS结构适用于诸如无线视频传感网络等低功耗高效率成像系统。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 低功耗 高效率 压缩感知

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用于CMOS图像传感器的12位低功耗单斜坡模数转换器设计 被引量：9

8

作者 唐枋 唐建国 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期352-356,共5页

本文提出了一种应用于CMOS图像传感器中的高精度低功耗单斜坡模数转换器(single slope analog-to-digital converter)设计方案.该ADC方案由可变增益放大器、前置预放大器和动态锁存比较器组成.相比现有的设计方案,本文提出的电路在不牺... 本文提出了一种应用于CMOS图像传感器中的高精度低功耗单斜坡模数转换器(single slope analog-to-digital converter)设计方案.该ADC方案由可变增益放大器、前置预放大器和动态锁存比较器组成.相比现有的设计方案,本文提出的电路在不牺牲噪声性能的前提下,具有更低的功耗和更小的芯片面积.通过集成列并行的单斜坡模数转换器在最新设计的高精度高速CMOS图像传感器设计中,实验结果证明了设计的有效性. 展开更多

关键词 单斜坡模数转换器 cmos图像传感器 低噪声 低功耗

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低照度CMOS图像传感器设计与实现 被引量：6

9

作者 李金洪 邹梅 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期246-252,共7页

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器型(Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA)像元电路与双Δ采样(Delta Double Sampling,DDS)的低照度CMOS图像传感器系统。采用CTIA像元电路提供稳定的光电二极管偏置电压以及高注入效率,完成在... 设计了一种基于电容反馈跨阻放大器型(Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA)像元电路与双Δ采样(Delta Double Sampling,DDS)的低照度CMOS图像传感器系统。采用CTIA像元电路提供稳定的光电二极管偏置电压以及高注入效率,完成在低照度情况下对微弱信号的读取;同时采用数字DDS结构,通过在片外实现像元积分信号与复位信号的量化结果在数字域的减法,达到抑制CMOS图像传感器中固定图案噪声的目的,进一步提高低照度CIS的成像质量。基于0.35μm标准CMOS工艺对此基于CTIA像元电路的CMOS图像传感器芯片进行流片,像元阵列为256×256,像元尺寸为16μm×16μm。测试结果表明该低照度CMOS图像传感器系统可探测到0.05 lx光照条件下的信号。 展开更多

关键词 低照度 cmos图像传感器 双Δ采样 CTIA像元电路

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低照度CMOS图像传感器技术 被引量：37

10

作者 姚立斌 《红外技术》 CSCD 北大核心 2013年第3期125-132,共8页

与其他固体微光器件相比,低照度CMOS图像传感器具有成本、功耗及体积优势,是固体微光器件发展的重要方向。但目前低照度CMOS图像传感器的微光性能还不能满足夜视应用要求。本文介绍了低照度CMOS图像传感器及提高其灵敏度的几种技术途径... 与其他固体微光器件相比,低照度CMOS图像传感器具有成本、功耗及体积优势,是固体微光器件发展的重要方向。但目前低照度CMOS图像传感器的微光性能还不能满足夜视应用要求。本文介绍了低照度CMOS图像传感器及提高其灵敏度的几种技术途径,采用低照度技术后CMOS图像传感器性能已接近实用要求。随着CMOS工艺技术的不断发展及低照度CMOS图像传感器研究的不断深入,在不远的将来,低照度CMOS图像传感器将成为固体微光器件的重要一员。 展开更多

关键词 图像传感器 低照度技术 cmos CCD

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应用于CMOS图像传感器的低功耗DPGA设计 被引量：2

11

作者 姚素英 聂凯明 赵士彬 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期865-871,共7页

提出了一种应用于CMOS图像传感器中的低功耗线性步进数字可编程增益放大器(DPGA).通过结合运放共享技术与动态偏置技术,使用单个运放实现两级流水线型DPGA的增益控制,其运放偏置电流受输出摆动幅度的控制,并且增益带宽积需求也根据两级... 提出了一种应用于CMOS图像传感器中的低功耗线性步进数字可编程增益放大器(DPGA).通过结合运放共享技术与动态偏置技术,使用单个运放实现两级流水线型DPGA的增益控制,其运放偏置电流受输出摆动幅度的控制,并且增益带宽积需求也根据两级共享的要求进行了优化,从而在电路结构和电路设计两方面降低了整体功耗.采用Chartered 1P6,M 0.18,μm工艺对电路进行了设计和仿真,仿真结果表明,所提出的DPGA可以在0～24,dB增益区间进行256级增益控制.在5,MHz采样速度和3.3,V电源电压下,可实现12位采样精度而功耗仅为1.1,mW,满足低功耗CMOS图像传感器系统的需求. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 数字可编程增益放大器 低功耗 运放共享 动态偏置

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一种新的片上抑制CMOS图像传感器暂态噪声方法 被引量：3

12

作者 张钰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期859-863,共5页

暂态噪声是CMOS图像传感器暗光下噪声的重要组成部分,不但影响图像质量,而且限制图像动态范围的提高。提出了一种新的自适应片上抑制CMOS图像传感器暂态噪声的方法。将多帧采样图像进行空间转换,使用自适应增益将多帧采样图像中相应像... 暂态噪声是CMOS图像传感器暗光下噪声的重要组成部分,不但影响图像质量,而且限制图像动态范围的提高。提出了一种新的自适应片上抑制CMOS图像传感器暂态噪声的方法。将多帧采样图像进行空间转换,使用自适应增益将多帧采样图像中相应像素进行加权平均,进行空间逆变换,得到去噪后的像素值。对20组图片进行实验,结果表明算法能够克服传统基于多帧采样暂态噪声去除方法存在的改变原图像亮度的缺点,所得PSNR值和占用逻辑单元数量均优于其它方法,最高频率可达140MHz。并且分析了采样图像帧数对去噪效果的影响,得到最优采样帧数,为消除CMOS图像传感器暂态噪声提供一种新的解决思路。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 暂态噪声 多帧采样 自适应加权

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CMOS图像传感器电路噪声分析 被引量：5

13

作者 杨涛 吴孙桃 郭东辉 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期321-326,共6页

从基本电路原理出发,分析了采用互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器获取图像的基本噪声来源,以及各噪声源的基本特性及其对输出图像的影响,讨论了不同系统结构CMOS图像传感器的图像噪声表现与相应噪声消除以及提高图像质量的系统解决方案... 从基本电路原理出发,分析了采用互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器获取图像的基本噪声来源,以及各噪声源的基本特性及其对输出图像的影响,讨论了不同系统结构CMOS图像传感器的图像噪声表现与相应噪声消除以及提高图像质量的系统解决方案,并进行了仿真验证. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 电路噪声 噪声消除

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CMOS图像传感器中低FPN列读出电路的设计 被引量：3

14

作者 林晓志 张生才 +1 位作者 姚素英 徐江涛 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期697-701,共5页

针对CMOS有源像素传感器,提出一种降低固定模式噪声(FPN)的列读出电路。通过对普通列读出电路进行改进,在双采样电路基础上,增加了失调电压补偿过程。数学分析和电路模拟结果表明双采样技术可以消除像素内产生的固定模式噪声,采用失调... 针对CMOS有源像素传感器,提出一种降低固定模式噪声(FPN)的列读出电路。通过对普通列读出电路进行改进,在双采样电路基础上,增加了失调电压补偿过程。数学分析和电路模拟结果表明双采样技术可以消除像素内产生的固定模式噪声,采用失调电压补偿技术可以将运算放大器带来的列FPN从毫伏级降为微伏级。该电路已应用于640×480CMOS图像传感器中,满足低功耗(16.5μW)和窄列宽(8μm)的要求,并在CHRT0.35μm工艺下成功流片,测试结果表明电路可将固定模式噪声降低到1mV以下,有效改善电路性能。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 固定模式噪声 双采样 失调电压补偿

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一种消除CMOS图像传感器行噪声的时序 被引量：2

15

作者 王艳 李斌桥 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1450-1453,共4页

为了消除CMOS图像传感器中随机变化的行噪声,在传统相关双采样的基础上,提出了一种新的读出时序。该时序采用行相关双采样方法,同时对相邻的两行像素进行操作,在采集图像信号的同时,把行随机噪声也采样到电容上,进行全差分操作,将行噪... 为了消除CMOS图像传感器中随机变化的行噪声,在传统相关双采样的基础上,提出了一种新的读出时序。该时序采用行相关双采样方法,同时对相邻的两行像素进行操作,在采集图像信号的同时,把行随机噪声也采样到电容上,进行全差分操作,将行噪声消除。仿真结果表明:这种读出方法可以将行随机噪声大幅减小,经放大器放大32倍后噪声仍小于ADC的LSB,从而消除图像中随机的横纹,改善图像质量,扩展传感器在暗光下的应用。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 行随机噪声 相关双采样 全差分

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低功耗高动态范围CMOS图像传感器的设计 被引量：1

16

作者 朱青云 卢结成 +1 位作者 张小波 鄢铭 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期19-21,29,共4页

设计了一种低功耗高动态范围的CMOS图像传感器16×16像素阵列电路,采用条件重置的方法,钟控比较器的低功耗设计及相关时序电路的优化,在扩展CMOS图像传感器的动态范围下,极大地降低了系统的功耗。实验表明,基于标准CSM 0.35μm 2P4M... 设计了一种低功耗高动态范围的CMOS图像传感器16×16像素阵列电路,采用条件重置的方法,钟控比较器的低功耗设计及相关时序电路的优化,在扩展CMOS图像传感器的动态范围下,极大地降低了系统的功耗。实验表明,基于标准CSM 0.35μm 2P4M CMOS工艺,用HSPICE仿真,动态范围最大可以达到普通传感器的4倍,在3.3 V下每列功耗仅为6.6μW。 展开更多

关键词 低功耗 高动态范围 cmos图像传感器 时序优化

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强辐射环境下CMOS图像传感器噪声对相机分辨率的影响 被引量：5

17

作者 王海川 冯婕 李豫东 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期775-782,共8页

CMOS图像传感器(CIS, CMOS image sensor)相机是照相装置中常用的成像设备。在核工业环境下的监控过程中,CIS易受γ辐射影响产生噪声,影响图像的成像分辨率,有必要从系统角度评估CIS相机抗辐照能力。通过利用^(60)Co-γ放射源对CIS相机... CMOS图像传感器(CIS, CMOS image sensor)相机是照相装置中常用的成像设备。在核工业环境下的监控过程中,CIS易受γ辐射影响产生噪声,影响图像的成像分辨率,有必要从系统角度评估CIS相机抗辐照能力。通过利用^(60)Co-γ放射源对CIS相机进行辐照实验,分别得到了典型CIS相机的噪声与图像分辨率和辐射剂量的函数关系,进而求出满足相应分辨率条件下CIS相机的辐照剂量上限。研究结果显示,对于相机成像图片目标区域的最小灰度值区域噪声数量占比σ≤2%,CIS相机电离总剂量(total ionizing dose, TID)小于150 krad(Si),相机分辨率没有明显降低。并且在通过ISO 12233:2014 eSFR测试相机分辨率中发现,利用基于楔形图获取混淆的开始频率测试法评估辐照相机分辨率参数比SFR测试法更具合理性。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 噪声 调制传递函数 电离总剂量 分辨率

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CMOS图像传感器的自适应降噪方法研究 被引量：8

18

作者 田里 姚素英 周津 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1561-1565,共5页

提出了一种用于CMOS图像传感器的新型自适应降噪方法,并进行了逻辑电路实现。该方法通过运动检测和边缘检测技术进行噪声功率统计和分析,选择性的利用中值滤波、均值滤波以及运动自适应滤波方法,对传感器输出图像进行了数字降噪处理。... 提出了一种用于CMOS图像传感器的新型自适应降噪方法,并进行了逻辑电路实现。该方法通过运动检测和边缘检测技术进行噪声功率统计和分析,选择性的利用中值滤波、均值滤波以及运动自适应滤波方法,对传感器输出图像进行了数字降噪处理。实验表明本文方法降低了高斯噪声和椒盐噪声的影响,有效提高了图像质量和峰值信噪比。其结构易于电路实现,适用于CMOS图像传感器内部的实时降噪处理。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 自适应降噪 噪声功率统计 峰值信噪比

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CMOS图像传感器关键技术及其新进展 被引量：11

19

作者 刘静 杜明辉 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2004年第11期9-11,共3页

阐述了CMOS图像传感器芯片的基本现状,给出了目前应用在民用相机上存在的固定图形噪声、暗电流噪声以及像素间串扰等问题的解决方法与对策。并通过对CMOS图像传感器的新技术进行探讨,预测了CMOS图像传感器的应用前景与发展前途。

关键词 cmos图像传感器 芯片 流噪声 图形 像素 关键技术 解决方法 串扰 暗电流 民用

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基于列共用多采样技术的CMOS图像传感器读出电路设计 被引量：1

20

作者 王得剑 高静 聂凯明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期503-510,共8页

针对CMOS图像传感器中相关多采样(Correlated Multiple Sampling,CMS)技术在抑制噪声的同时使读出速度受影响的问题,设计了低噪声读出电路。读出电路采用列共用多采样技术,能够在不影响读出速度的情况下,抑制时域噪声和列固定模式噪声(F... 针对CMOS图像传感器中相关多采样(Correlated Multiple Sampling,CMS)技术在抑制噪声的同时使读出速度受影响的问题,设计了低噪声读出电路。读出电路采用列共用多采样技术,能够在不影响读出速度的情况下,抑制时域噪声和列固定模式噪声(Fixed Pattern Noise,FPN),改善CMOS图像传感器的成像质量。列共用多采样技术采用开关控制读出电路和像素的连接关系,以多列共用的读出电路对像素依次进行时序错开时间缩短的多次采样,完成所有像素量化的总时间保持不变。基于列共用多采样技术读出电路的降噪效果在110 nm的CMOS工艺下进行了仿真和验证。随着采样数M从1到4变化,读出时间没有增长,瞬态噪声仿真得到整个读出链路的输入参考噪声从123.8μV降低到60.6μV;加入列FPN进行仿真,输入参考失调电压由138μV降低到69μV。 展开更多

关键词 低噪声cmos图像传感器 低噪声读出电路 列共用多采样 单斜模数转换器 时域噪声 列固定模式噪声

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