應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的電荷泵的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著CMOS工藝特征尺寸的不斷縮小，電路系統(tǒng)所要求的電源電壓也不斷降低，但是系統(tǒng)中有些局部電路可能需要比電源電壓高幾倍的電壓才能正常工作。對于一個(gè)CMOS圖像傳感器系統(tǒng)，像素單元中的復(fù)位晶體管就需要一個(gè)比電源電壓高的電壓來執(zhí)行復(fù)位操作，從而加速復(fù)位過程并且增加像素單元中光電二極管電壓動(dòng)態(tài)范圍，因此為了在低電源電壓供電下獲得高于電源電壓的電壓，需要一種專門的高壓(高于電源電壓)產(chǎn)生電路。電荷泵系統(tǒng)就是一種利用電荷在電容中不斷積累來產(chǎn)生高壓

2、的電路。 本文所設(shè)計(jì)的電荷泵系統(tǒng)是應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的像素單元中復(fù)位晶體管復(fù)位操作的，實(shí)際上就是用電荷泵產(chǎn)生的高壓來驅(qū)動(dòng)模擬開關(guān)，使其具有更好的導(dǎo)通截止性能。本文在分析了各種結(jié)構(gòu)電荷泵的工作原理，并比較了各自優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)CMOS圖像傳感器中需要升壓不是很高的要求(約四倍于基準(zhǔn)電壓)，本文電荷泵采用了一種兩級倍壓器級聯(lián)的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且詳細(xì)分析了影響電荷泵升壓效率的各種因素，給出其理論模型；然后根據(jù)此理論模型，

3、結(jié)合CMOS圖像傳感器對電荷泵系統(tǒng)的升壓要求及建立時(shí)間、功耗要求完成了帶隙基準(zhǔn)源電路、振蕩器電路、非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路和電壓緩沖器電路模塊的設(shè)計(jì)，并利用Tower0.18um CMOS工藝對各個(gè)模塊電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證；最后對整個(gè)電荷泵系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證表明，實(shí)現(xiàn)了1.2V到4.2V的升壓，建立時(shí)間在10us之內(nèi)，輸出電壓紋波在6mV以內(nèi)。所以本文所設(shè)計(jì)的電荷泵系統(tǒng)能夠很好的完成升壓目的，具有良好的性能。 為了降低電路的復(fù)雜性，本文所設(shè)