基于雙極光柵管的CMOS圖像傳感器讀出電路的研究.pdf

1、概述了國內(nèi)外CMOS圖像傳感器發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢，比較了CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的性能特點，指出了本課題的研究意義。在介紹半導(dǎo)體光電知識的基礎(chǔ)上，深入探討了用于CMOS圖像傳感器的半導(dǎo)體光電二極管和雙極光柵晶體管的光電轉(zhuǎn)換特性，指出了影響光電二極管光電特性的因素和提高光電二極管特性的方法，建立了新型光電器件——雙極光柵晶體管的等效電路模型，利用電子電路仿真軟件PSPICE對其光電特性進(jìn)行了模擬，由于引入P+N注入結(jié)，雙極光

2、柵晶體管的光響應(yīng)特性優(yōu)于傳統(tǒng)光柵晶體管，隨著入射光功率的增加，其光電流成指數(shù)關(guān)系增加。介紹了CMOS圖像像素采集單元的各種電路形式，提出了針對雙極光柵晶體管的新型像素單元電路并對其噪聲特性進(jìn)行了分析。通過在每列總線上增加兩個晶體管，使之與像素內(nèi)的行選通晶體管和源跟隨晶體管形成一個輸入輸出短接的差動放大器，提高了像素內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換增益。相關(guān)雙取樣電路中，用單位增益采樣器代替PMOS列選電路，不但克服了開關(guān)晶體管的非理想效應(yīng)，而且進(jìn)一步提高了

3、系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換增益，并設(shè)計了一個用于將信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的列輸出緩沖器。設(shè)計了一個適合應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的列并行8位低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近型結(jié)構(gòu)，量化速度為1M，信噪比為42dB，微分非線性度和積分非線性度分別為0.5LSB和1LSB。電壓比較器采用完全差分三級結(jié)構(gòu)，第一、二級為預(yù)放大級，第三級為放大級，數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用電荷定標(biāo)，并且采用新型的電容分布形式，大大減少了單位電容的使用量，逐次逼近寄存器采用最少的邏輯單元