脉冲阵列式图像传感器研究及设计

发布时间：2023-04-27 02:55

　　互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器因具有结构简单、可集成度高、价格低廉、读出电路快等优点,逐渐成为图像传感器发展的主流方向。随着军事、医学等领域对高速目标追踪的需求,基于CMOS的高速图像传感器理论逐步建立起来。基于传统有源像素(Active Pixel Sensor,APS)结构的高速图像传感器帧频较高,数据量和功耗较大,这严重制约着高速CMOS图像传感器的进一步发展。借鉴于数字型图像传感器(Digital Pixel Sensor,DPS)将光信号转换为数字码间间隔的数据压缩方式,本文设计了一种脉冲阵列式图像传感器。该图像传感器可实现在相同数据带宽条件下,压缩数据量,从而使帧频得到有效提升。本文设计了一种将脉冲间隔表示与传统高速扫时序相结合的像素结构。通过将光强转换为数字脉冲间隔,图像传感器需要传输的数据量得到了压缩。同时,搭配高速扫描时序即可实现对采集的高速运动物体信息进行及时的输出。基于该像素架构及芯片整体设计方案,本文完成了像素模块、偏置电路模块和列驱动模块的电路设计和仿真验证,并绘制最终...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 图像传感器概述
        1.1.1 图像传感器的分类
        1.1.2 CMOS图像传感器的发展历史
        1.1.3 高速 CMOS 图像传感器的技术
    1.2 国内外发展状况
        1.2.1 高速图像传感器的发展状况
        1.2.2 仿生高速视觉图像传感器的发展
    1.3 选题的意义及论文研究内容安排
        1.3.1 选题的意义
        1.3.2 研究的内容及安排
第2章 脉冲阵列式图像传感器工作原理
    2.1 DPS CMOS图像传感器的工作原理
        2.1.1 PWM CMOS像素工作原理
        2.1.2 PFM CMOS像素工作原理
    2.2 脉冲阵列式像素工作方式
    2.3 脉冲阵列式图像传感器架构
    2.4 本章小结
第3章 脉冲阵列式图像传感器模块设计
    3.1 像素单元设计
        3.1.1 像素结构
        3.1.2 像素内比较器设计
        3.1.3 像素单元指标
    3.2 偏置产生电路设计
        3.2.1 带隙基准设计
        3.2.2 参考电压产生电路设计
    3.3 可编程列驱动电流结构及列同步处理电路
    3.4 传感器噪声分析及抑制方法
        3.4.1 空间噪声来源
        3.4.2 时间噪声来源
        3.4.3 非一致性抑制方法
    3.5 本章小结
第4章 脉冲阵列式图像传感器样片的测试
    4.1 全芯片版图结构及样片封装图
    4.2 像素部分的测试
        4.2.1 光电响应测试
        4.2.2 信噪比测试
        4.2.3 动态范围测试
    4.3 偏置产生电路的测试
    4.4 传感器成像效果测试
    4.5 非一致性抑制算法测试
        4.5.1 抑制算法在脉冲频率还原图像时的效果
        4.5.2 抑制算法在脉冲间隔还原图像时的效果
    4.6 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3802723