瞬态成像模式下高帧频CMOS图像传感器性能研究 被引量：6

1

作者 严明 白琼 +4 位作者 李刚 李斌康 杨少华 郭明安 张雪莹 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期431-439,共9页

高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性,在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能,首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素,超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式;从像素... 高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性,在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能,首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素,超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式;从像素结构出发,对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析;搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台,对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试,并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明:与稳态工作模式相比,瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声,但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式,具有更高的信噪比和动态范围,与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。 展开更多

关键词 高帧频cmos图像传感器 瞬态成像 性能分析 响应非均匀性

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高帧频大动态范围CMOS图像传感器时序控制电路的设计与实现 被引量：11

2

作者 陈敏思 姚素英 +4 位作者 赵毅强 张生才 李树荣 徐江涛 王天盛 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第11期1922-1925,共4页

本文主要论述了CMOS图像传感器时序控制电路的系统设计和实现方法 .针对双采样结构的图像传感器 ,分析了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式两种时序控制方法及其具体实现过程 ,并根据时序控制电路的功能仿真和在FPGA上的验证结果 ,... 本文主要论述了CMOS图像传感器时序控制电路的系统设计和实现方法 .针对双采样结构的图像传感器 ,分析了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式两种时序控制方法及其具体实现过程 ,并根据时序控制电路的功能仿真和在FPGA上的验证结果 ,对二者进行了比较 。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 时序控制 高帧频 大动态范围

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两种高速CMOS图像传感器的应用与测试 被引量：16

3

作者 孙宏海 刘艳滢 《中国光学》 EI CAS 2011年第5期453-460,共8页

采用MI-MV13和LUPA-1300-2两种不同厂家型号的高速CMOS图像传感器,设计了分辨率为1 280×1 024的300～500 frame/s高速数字工业相机,并在实验室条件下对设计相机进行了关键性能指标对比测试,得到了光谱响应及量子效率、增益、动态... 采用MI-MV13和LUPA-1300-2两种不同厂家型号的高速CMOS图像传感器,设计了分辨率为1 280×1 024的300～500 frame/s高速数字工业相机,并在实验室条件下对设计相机进行了关键性能指标对比测试,得到了光谱响应及量子效率、增益、动态范围、暗电流、读出噪声、光电响应非均匀性等测试结果。测试分析显示,LUPA-1300-2的峰值量子效率为50%,比MI-MV13的峰值量子效率高12%,与厂家的参考指标基本一致。测试结果证明:该测试方法正确,对两种高速CMOS图像传感器的关键性能指标的测试客观可信,所设计的高速CMOS摄像机的性能基本满足高帧频摄像的要求。 展开更多

关键词 高帧频cmos图像传感器 量子效率 暗电流 光电响应 非均匀性

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应用于高光谱成像的CMOS图像传感器 被引量：7

4

作者 解宁 丁毅 +1 位作者 王欣 陈世军 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2015年第7期7-9,13,共4页

文中介绍了应用于高光谱地球观测的CMOS有源图像传感器。该器件由全局曝光模式的像素组成512×256面阵,可实现450帧/s的帧频。全局曝光模式是由在光二极管外增加1个储存电容的方式实现的。该器件采用0.5μm标准CMOS工艺,满阱电子达... 文中介绍了应用于高光谱地球观测的CMOS有源图像传感器。该器件由全局曝光模式的像素组成512×256面阵,可实现450帧/s的帧频。全局曝光模式是由在光二极管外增加1个储存电容的方式实现的。该器件采用0.5μm标准CMOS工艺,满阱电子达到140 000电子,瞬态噪声29电子,动态范围74 d B。采用该器件开发的高光谱成像仪的空间及频谱分辨率具有很高水平。 展开更多

关键词 cmos有源图像传感器 全局曝光模式像素 高帧频 高光谱成像仪

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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

5

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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低功耗高动态范围CMOS图像传感器的设计 被引量：1

6

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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基于数字域TDI算法改进面阵CMOS图像传感器功能 被引量：31

7

作者 曲宏松 张叶 金光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1896-1903,共8页

为使面阵CMOS图像传感器具有TDI成像功能,研究了TDICCD的工作原理,提出了一种基于数字域的TDI算法,并讨论了如何利用FPGA实现该算法。该算法可在不改变CMOS器件构造的前提下,使其具有时间延迟积分功能。通过举例法推导出面阵CMOS图像传... 为使面阵CMOS图像传感器具有TDI成像功能,研究了TDICCD的工作原理,提出了一种基于数字域的TDI算法,并讨论了如何利用FPGA实现该算法。该算法可在不改变CMOS器件构造的前提下,使其具有时间延迟积分功能。通过举例法推导出面阵CMOS图像传感器数字域TDI计算公式,并在此基础上优化了算法结构,优化后可以节省(m-1)(m-2)/2行内存空间。最后以航天相机为背景,讨论了地面像元分辨力、行转移时间与CMOS帧频的关系,通过一个算例计算出不同分辨力和积分级数条件下对CMOS帧频的要求。计算结果表明,帧频大于648frame/s的1280×1024CMOS,可以满足600km轨道高度下地面像元分辨力为1m的96级积分成像要求。 展开更多

关键词 时间延迟积分 cmos图像传感器 数字域 帧频

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基于AM41V4传感器的高清高速CMOS相机系统设计 被引量：14

8

作者 李方宁 王延杰 +1 位作者 张涛 孙宏海 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期492-498,共7页

为满足国防、科研及工业中快速变化场景拍摄时,更高帧频、更大分辨率的要求,研发了一款高清高速相机。该文介绍了高分辨率高帧频CMOS图像传感器芯片AM41V4的功能与特点,并基于该芯片设计了一套高分辨率高帧频的相机系统,该系统使用FPGA... 为满足国防、科研及工业中快速变化场景拍摄时,更高帧频、更大分辨率的要求,研发了一款高清高速相机。该文介绍了高分辨率高帧频CMOS图像传感器芯片AM41V4的功能与特点,并基于该芯片设计了一套高分辨率高帧频的相机系统,该系统使用FPGA作为整个系统的时序控制核心,以DDR动态存储器作为成像暂存器,可以依据试验场合的具体拍摄要求实现灵活多变的工作模式。相机系统在图像分辨率为1 920×1 080时帧频可达1 000fps,并具有实时监视功能。该系统具有拍摄速度快、成像清晰、高性能、灵活性好等优点,适用于高速运动目标的快速捕获与拍摄记录。 展开更多

关键词 cmos图形传感器 高帧频 高分辨率 光纤通道 SFP+

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双积分CMOS图像传感器时序控制电路研究 被引量：3

9

作者 刘激扬 姚素英 +1 位作者 李斌桥 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期1275-1278,共4页

用简单的模拟电路实现双积分技术可以大幅地提高CMOS图像传感器的动态范围。采用列共用采样保持电路的双积分电路和一次采样技术像素相同,仅增加了面积很小的处理电路,在分析该结构工作原理的基础上,提出了高效的时序控制方法.该算法优... 用简单的模拟电路实现双积分技术可以大幅地提高CMOS图像传感器的动态范围。采用列共用采样保持电路的双积分电路和一次采样技术像素相同,仅增加了面积很小的处理电路,在分析该结构工作原理的基础上,提出了高效的时序控制方法.该算法优化了长积分、短积分和信号处理的时序分配,获得了较高的帧频.该算法用可综合的Verilog语言实现,功能仿真和FPGA验证,结果证明了可行性. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 双采样 帧频 时序算法

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半导体制冷型高帧频CMOS数字摄像机及其成像噪声分析 被引量：7

10

作者 孙宏海 李泽学 +2 位作者 纪华 王大伟 王延杰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期2038-2044,共7页

为了提高高速CMOS图像传感器的成像质量,降低图像传感器暗电流和随机噪声,介绍了采用半导体制冷方法设计的高帧频CMOS数字摄像机成像系统,并针对该相机系统设计出结构一体化的多级半导体制冷器,实现了制冷量可控。实验结果表明,图像传... 为了提高高速CMOS图像传感器的成像质量,降低图像传感器暗电流和随机噪声,介绍了采用半导体制冷方法设计的高帧频CMOS数字摄像机成像系统,并针对该相机系统设计出结构一体化的多级半导体制冷器,实现了制冷量可控。实验结果表明,图像传感器制冷后的温度与环境温度的温差最大可达40℃;通过降低传感器温度很大程度上减少了暗电流固定模式噪声和瞬态随机噪声;此外,在摄像机内硬件实现了彩色滤波阵列转换和列向非均匀性校正,使输出图像信噪比提高了6 dB。该相机系统具有集成度高,结构紧凑,高分辨率,高帧频,高信噪比,宽动态范围,成像质量好等特点。 展开更多

关键词 半导体制冷 高帧频数字相机 cmos图像传感器 图像噪声

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高速高分辨率CMOS图像采集系统设计与实现 被引量：16

11

作者 杨少华 李斌康 +1 位作者 冯兵 郭明安 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期133-136,共4页

本文介绍了一种高速高分辨率CMOS图像采集系统。给出了系统结构原理,分析了CMOS图像传感器驱动时序,研制了系统成像与高速图像数据存储电路。设计了系统数据采集和应用软件。系统全帧图像读出帧频率最高可达500帧/秒,图像分辨率为1280&#... 本文介绍了一种高速高分辨率CMOS图像采集系统。给出了系统结构原理,分析了CMOS图像传感器驱动时序,研制了系统成像与高速图像数据存储电路。设计了系统数据采集和应用软件。系统全帧图像读出帧频率最高可达500帧/秒,图像分辨率为1280×1024,曝光时间最快10μs。 展开更多

关键词 cmos图像采集系统 高帧频 控制时序 高分辨率

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高帧频DVI接口彩色CMOS数字相机系统设计 被引量：3

12

作者 孙宏海 王大伟 +1 位作者 纪华 王延杰 《电子测量技术》 2008年第4期179-182,共4页

针对高帧频彩色CMOS图像传感器在机器视觉高速成像领域中的应用,本文介绍利用高性能可编程逻辑器件FPGA实现CMOS图像传感器MI-MV13的高速驱动时序的设计,并且在FPGA内部设计了高速FIFO缓存器和双口RAM来完成Bayer彩色阵列图像数据的实... 针对高帧频彩色CMOS图像传感器在机器视觉高速成像领域中的应用,本文介绍利用高性能可编程逻辑器件FPGA实现CMOS图像传感器MI-MV13的高速驱动时序的设计,并且在FPGA内部设计了高速FIFO缓存器和双口RAM来完成Bayer彩色阵列图像数据的实时同步转换输出RGB彩色分量。最终由2片专用DVI接口集成芯片SiI178实现了DVI-IDualLink模式的高帧频高分辨率彩色图像输出,DVI接口方便显示终端和高速存储设备链接。该相机系统具有集成度高、低功耗、接口通用紧凑、传输带宽高的优点。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 高帧频 数字相机 DVI数字视频接口 Bayer彩色滤波阵列

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高帧频远程图像采集系统

13

作者 郭明安 阮林波 +2 位作者 李斌康 冯兵 孙凤荣 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第z1期544-546,共3页

采用光敏二极管阵列(PhotodiodeArray)固体图像传感器,设计并研制出1000帧/秒的高速PA摄像机,并用光纤实现了对视频信号和同步信号进行远程传输后的图像采集。系统像素100×100;灰度等级256。

关键词 高帧频摄像机 PA图像传感器 图像采集 光纤传输

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基于自适应积分电容的高动态像素结构

14

作者 刘绥阳 郭仲杰 +1 位作者 余宁梅 许睿明 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第6期2051-2059,共9页

由于红外图像传感技术具备不受环境影响、目标识别度好、抗干扰能力强等优点而受到广泛关注,但随着红外焦平面集成度的提升,光电系统的动态范围、噪声和满阱之间的制约关系尤为突出。为解决弱光下噪声和强光下满阱容量的矛盾,在5T红外... 由于红外图像传感技术具备不受环境影响、目标识别度好、抗干扰能力强等优点而受到广泛关注,但随着红外焦平面集成度的提升,光电系统的动态范围、噪声和满阱之间的制约关系尤为突出。为解决弱光下噪声和强光下满阱容量的矛盾,在5T红外像素电路中,利用反型MOS电容在特定电压区间内电容值和电压的关系,使红外图像传感器积分电容从6.5 fF到37.5 fF自动变化,提出一种基于自适应积分电容的高动态像素结构,并基于55 nm CMOS工艺技术,在12288×12288像素规模的红外图像传感器中研究其性能参数。结果表明:5.5μm×5.5μm的小尺寸像素具有1.31 Me^(-)的大满阱容量和可变的转换增益,噪声电子数小于0.43 e^(-),动态范围超过130 dB。 展开更多

关键词 cmos红外图像传感器 自适应积分电容 高动态范围 大满阱容量 像素读出电路

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新型PA高帧频摄像机的设计与实现 被引量：1

15

作者 郭明安 李斌康 +2 位作者 郝文析 阮林波 冯兵 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期77-80,共4页

采用光敏二极管阵列固体图像传感器,设计研制了1000帧/s的高速PA摄像机,并对技术原理、PA图像传感器特点、连续和单次时序设计及图像传感器输出视频信号处理等方面作了介绍。PA视频摄像机可工作于连续和单次两种工作状态。采用纤维面板... 采用光敏二极管阵列固体图像传感器,设计研制了1000帧/s的高速PA摄像机,并对技术原理、PA图像传感器特点、连续和单次时序设计及图像传感器输出视频信号处理等方面作了介绍。PA视频摄像机可工作于连续和单次两种工作状态。采用纤维面板耦合,像素100×100;最小照度优于1.5 勒克斯,动态范围100倍。 展开更多

关键词 高帧频摄像机 PA图像传感器 视频信号处理

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基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像方法 被引量：4

16

作者 杨少华 李斌康 +4 位作者 罗通顶 郭明安 刘璐 严明 高帅 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期137-146,共10页

针对CCD图像输出时间长影响其帧频率的问题,提出了一种基于普通CCD实现超高帧频成像的方法.采用掩膜覆盖CCD的光敏区,建立图像的片上存储空间,消除CCD电荷转移输出占用过多时间的影响,可以使普通CCD的帧频达到每秒百万帧频以上.介绍了... 针对CCD图像输出时间长影响其帧频率的问题,提出了一种基于普通CCD实现超高帧频成像的方法.采用掩膜覆盖CCD的光敏区,建立图像的片上存储空间,消除CCD电荷转移输出占用过多时间的影响,可以使普通CCD的帧频达到每秒百万帧频以上.介绍了不同掩膜实现方案的优缺点,讨论了掩膜图像的恢复方法,采用条状孔掩膜方式建立了基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像系统样机,利用氙灯对样机性能进行验证,获得了14幅79×79像素的氙灯发光过程图像,样机帧频率达到了每秒200万帧的超高速度. 展开更多

关键词 百万帧每秒成像系统 高帧频CCD 在芯片存储图像传感器 CCD 掩膜

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砜基取代高折射率高透明性聚酰亚胺的合成与性能 被引量：7

17

作者 刘金刚 张秀敏 +2 位作者 李卓 杨海霞 杨士勇 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期460-464,共5页

首先合成了同时含有砜基与硫醚键的二胺单体，4，4′-双（4-胺基苯硫基）二苯砜（BADPS）。采用BADPS分别与4种二酐单体，3，3′，4，4′-联苯四羧酸二酐（BPDA）、3，3′，4，4′-二苯醚四羧酸二酐（ODPA）、4，4′-双（3，4-二羧基苯... 首先合成了同时含有砜基与硫醚键的二胺单体，4，4′-双（4-胺基苯硫基）二苯砜（BADPS）。采用BADPS分别与4种二酐单体，3，3′，4，4′-联苯四羧酸二酐（BPDA）、3，3′，4，4′-二苯醚四羧酸二酐（ODPA）、4，4′-双（3，4-二羧基苯硫基）二苯硫醚二酐（3SDEA）以及1，2，3，4-环丁烷四羧酸二酐（CBDA）通过两步聚合工艺制备了一系列聚酰亚胺（PI）。制备的PI薄膜具有优良的综合性能，包括良好的热稳定性、可见光波长范围内优良的透明性以及高折射率与低双折射。10mm厚的PI薄膜在450nm处的透光率超过80%。全芳香族PI（PI-1～PI-3）的折射率〉1．70，双折射〈0．02。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 聚酰亚胺 高折射率 高透明性

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一种高填充率的CIS有源像素结构研究与设计 被引量：1

18

作者 刘激扬 姚素英 李斌桥 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1987-1991,共5页

三管有源像素因其像素面积小、填充因子高,是应用最广泛的一种像素结构.填充因子对像素的特性影响很大.增大像素的填充因子可以增加像素的灵敏度和信噪比,但增加像素的面积会限制像素可以达到的最大分辨率,因此像素设计一般是在确定像... 三管有源像素因其像素面积小、填充因子高,是应用最广泛的一种像素结构.填充因子对像素的特性影响很大.增大像素的填充因子可以增加像素的灵敏度和信噪比,但增加像素的面积会限制像素可以达到的最大分辨率,因此像素设计一般是在确定像素尺寸和工艺的情况下,最大限度地提高填充因子.本文在详细分析CIS三管有源像素结构的基础上,采用NMOS复位管和共源共栅结构的源随器偏置管的组合结构,设计出一种高填充率的CIS三管有源像素,填充率达到57%.通过仿真和单元测试,证明方案有效. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 高填充率 有源像素结构 研究与设计

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采用电荷复位技术的像素级ADC 被引量：1

19

作者 李敏增 李福乐 张春 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第9期656-660,665,共6页

实现了一种可用于CMOS图像传感器,采样率为50 Hz、精度为15位的像素级模数转换器(ADC)。此ADC采用电荷复位方式补偿电荷,然后通过对电荷包计数实现模数转换。为了实现低功耗、低噪声和小面积,对电路系统、核心模块的设计以及版图布局布... 实现了一种可用于CMOS图像传感器,采样率为50 Hz、精度为15位的像素级模数转换器(ADC)。此ADC采用电荷复位方式补偿电荷,然后通过对电荷包计数实现模数转换。为了实现低功耗、低噪声和小面积,对电路系统、核心模块的设计以及版图布局布线进行了综合考虑和优化。该设计采用SMIC 0.18μm CMOS标准工艺,版图面积为50μm×50μm。测试结果表明:当输入电流为17.5,33.7和80 nA时,对应的输出码的均值/标准差分别为8 875/6.56,16 500/2.6,32 768/14.3。在满量程输入电流(80 nA)情况下,仿真总功耗仅为4.5μW。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 像素级模数转换器(ADC) 电荷复位技术 低速高精度 低功耗

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