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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

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电子与信息学报 2024年第7期46卷 2952-2960页

作者：许睿明郭仲杰刘绥阳余宁梅西安理工大学西安710048

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... 详细信息

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。

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

基于自适应衬偏补偿和交流增强的超大面阵红外探测器高线性高速读出电路研究

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：郭仲杰王彬许睿明刘绥阳西安理工大学自动化与信息工程学院

论文针对超大面阵下红外探测器读出过程中存在的线性度和帧频受限的问题，提出了一种可以实现超大面阵红外读出电路高速高线性的解决方案，本次设计采用像素内高效相关双采样（correlated double sampling， CDS）方法优化读出电路噪声... 详细信息

论文针对超大面阵下红外探测器读出过程中存在的线性度和帧频受限的问题，提出了一种可以实现超大面阵红外读出电路高速高线性的解决方案，本次设计采用像素内高效相关双采样（correlated double sampling， CDS）方法优化读出电路噪声特性并输出CDS电压至列总线，提出交流增强方法实现对列总线寄生电容的快速建立，同时在列总线终端采用自适应衬偏补偿方法消除像素源随器带来的非线性。论文所提出的设计方案基于55nm工艺在一款低温110K下8192×8192面阵规模的红外探测器读出电路中进行了全面的实验验证，结果表明，相较于传统读出电路，输出摆幅从2V提升至3.3V，满阱容量从4.3Me-提升为6Me-，读出电路的行时间从20μs减小为2μs，线性度从96.9%提升至99.98%。芯片整体功耗为1.6W，读出优化电路单列功耗在加速读出模式下为33μW，非线性校正模式下为16.5μW。

关键词：红外读出电路相关双采样高线性高帧率

采用负载瞬态检测的DC-DC转换器单粒子加固设计方法

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：郭仲杰刘楠卢沪李梦丽邱子忆西安理工大学自动化与信息工程学院

针对负载电流变化对单粒子瞬态的影响，深入研究了DC-DC转换器中单粒子瞬态与负载瞬态的本质区别，提出了一种基于负载瞬态检测的辐射加固电路。该电路及时检测负载瞬态信息并输出控制信号控制单粒子加固电路，从而实现了动态条件下系... 详细信息

针对负载电流变化对单粒子瞬态的影响，深入研究了DC-DC转换器中单粒子瞬态与负载瞬态的本质区别，提出了一种基于负载瞬态检测的辐射加固电路。该电路及时检测负载瞬态信息并输出控制信号控制单粒子加固电路，从而实现了动态条件下系统瞬态特性的改善。基于180nm BCD工艺，完成了Boost型转换器的设计与物理验证。实验结果表明，输入电压范围为2.9～4.5V，输出电压范围为5.8～7.9V，负载电流0～55mA。负载瞬态过程中，负载检测电路及时关闭加固电路，避免系统振荡并扩大了加固电路的动态应用范围。单粒子瞬态作用下，系统输出电压波动不超过最大纹波电压，单粒子瞬态抑制能力达到86%以上，系统可在LET=100MeV·cm2/mg的辐射条件下正常工作。

关键词： DC-DC转换器抗辐射加固设计单粒子效应模拟单粒子瞬态效应负载瞬态检测

基于粗细量化并行与TDC混合的CMOS图像传感器列级ADC设计方法

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电子学报 2024年第2期52卷 486-499页

作者：郭仲杰苏昌勖许睿明程新齐余宁梅李晨西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

针对传统单斜式模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和串行两步式ADC在面向大面阵CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器读出过程中的速度瓶颈问题,本文提出了一种用于高速CMOS图像传感器的全并行ADC设计方... 详细信息

针对传统单斜式模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和串行两步式ADC在面向大面阵CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器读出过程中的速度瓶颈问题,本文提出了一种用于高速CMOS图像传感器的全并行ADC设计方法.该方法基于时间共享和时间压缩思想,将细量化时间提前到粗量化时间段内,解决了传统方法的时间冗余问题;同时采用插入式时间差值TDC(Time-to-Digital Converter),实现了全局低频时钟下的快速转换机制.本文基于55-nm 1P4M CMOS工艺对所提方法完成了详细电路设计和全面测试验证,在模拟电压3.3 V,数字电压1.2 V,时钟频率250 MHz,输入电压1.2~2.7 V的情况下,将行时间压缩至825 ns,ADC的微分非线性和积分非线性分别为+0.6/-0.6LSB和+1.6/-1.2LSB,信噪失真比(Signal-to-Noise-and-DistortionRatio,SNDR)为68.271 dB,有效位数(Effective Numbers Of Bits,ENOB)达到11.0489 bit,列不一致性低于0.05%.相比现有的先进ADC,本文提出的方法在保证低功耗、高精度的同时,ADC转换速率提高了87.1%以上,为高速高精度CMOS图像传感器的读出与量化提供了一定的理论支撑.

关键词： CMOS图像传感器列并行ADC 单斜式ADC 两步式全并行时间数字转换器

基于电荷补偿型的高SNR模拟域TDI图像传感器

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电子学报 2024年

作者：郭仲杰李晨许睿明程新齐余宁梅苏昌勖西安理工大学自动化与信息工程学院

针对传统模拟域时间延迟积分（Time Delay Integration,TDI）CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器累加过程中的寄生影响问题，本文提出了一种高精度模拟域高级数CMOS-TDI图像传感器设计方案.该方案基于电荷自适应... 详细信息

针对传统模拟域时间延迟积分（Time Delay Integration,TDI）CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器累加过程中的寄生影响问题，本文提出了一种高精度模拟域高级数CMOS-TDI图像传感器设计方案.该方案基于电荷自适应补偿的思想，对累加过程中由采样相位与保持相位的寄生效应所带来的电荷损失分别进行补偿，解决了模拟域CMOS-TDI图像传感器高级数累加精度低的问题；同时基于热噪声KT/C消除技术，将原有的累加器电路噪声降低1/2，进而降低了累加器中采样电容与保持电容的容值需求.本文基于55 nm CMOS工艺实现了最大128级累加，7.75 kHz行频的模拟域CMOS-TDI图像传感器设计.基于寄生效应的影响机理，本文所提电路通过对存储电容上极板与下极板交替充电，实现差分输出值翻转，同时配合正反馈电容，动态补偿采样阶段和保持阶段的电荷损失. 128级累加的SNR(Signal-to-Noise Ratio)可以提高20.9 dB.

关键词： CMOS图像传感器时间延迟积分 KT/C消除技术电荷补偿

碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器空间质子位移损伤及电离总剂量效应Geant4仿真研究

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物理学报 2024年

作者：杨卫涛武艺琛许睿明时光宁提王斌刘欢郭仲杰喻松林吴龙胜西安电子科技大学微电子学院西安理工大学自动化与信息工程学院西安电子科技大学空间科学与技术学院中国电子科技集团公司第十一研究所

大面阵、高分辨率碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器可用于航天遥感、高精度卫星成像等领域，我国下一代气象卫星将全部应用此类图像传感器。然而，空间高能质子会对碲镉汞红外焦平面阵列探测器造成位移损伤效应，同时亦会在其像素单元金... 详细信息

大面阵、高分辨率碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器可用于航天遥感、高精度卫星成像等领域，我国下一代气象卫星将全部应用此类图像传感器。然而，空间高能质子会对碲镉汞红外焦平面阵列探测器造成位移损伤效应，同时亦会在其像素单元金属氧化物半导体（MOS）管引入电离总剂量效应。本文以近年来广泛应用于图像传感器的55nm制造工艺碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器为对象，基于超大面阵设计时所用的2×2基本像素单元，构建了Geant4仿真模型。并且进行了不同质子入射注量下的仿真研究。获得了不同注量下的位移损伤情况，包括非电离能量损失、离位原子数等。结果表明，空间高能质子累积注量为1013cm-2时，除了考虑碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器位移损伤效应外，亦需关注其像素单元MOS管电离总剂量效应。与此同时，结合仿真结果对其空间应用环境中的损伤情况进行了初步评估。该研究可为未来超大面阵碲镉汞红外焦平面阵列图像传感器空间应用提供关键数据支撑。

关键词：碲镉汞红外焦平面质子 Geant4 位移损伤电离总剂量

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大球盖菇液体菌种繁育工艺研究

福建农业学报 2024年第6期39卷 680-688页

作者：曾志恒戴建清陈文智曾辉郭仲杰蔡志欣福建省农业科学院食用菌研究所/特色食用菌繁育与栽培国家地方联合工程研究中心福建福州350014

【目的】优化大球盖菇液体菌种培养基,探究液体培养过程中的生长规律,确立液体菌种繁育栽培种工艺参数。【方法】以大球盖菇8号为试验菌株,以菌丝体生物量为评价指标,采用单因素和正交试验L9(34)优化液体菌种培养基。测定液体菌种菌丝... 详细信息

【目的】优化大球盖菇液体菌种培养基,探究液体培养过程中的生长规律,确立液体菌种繁育栽培种工艺参数。【方法】以大球盖菇8号为试验菌株,以菌丝体生物量为评价指标,采用单因素和正交试验L9(34)优化液体菌种培养基。测定液体菌种菌丝体生物量,还原糖和氨基氮含量,羧甲基纤维素酶、淀粉酶、酸性蛋白酶、漆酶胞外酶酶活生理生化指标,确立优化配方的液体菌种最优培养时间。以平均满袋时间为指标,确立液体菌种扩繁栽培种接种量、培养基配方颗粒度和碳氮比。【结果】优化得到大球盖菇液体菌种最优配方为葡萄糖20 g·L^(-1)、小麦粉30 g·L^(-1)、酵母粉0.75 g·L^(-1)、磷酸二氢钾1.00 g·L^(-1)、硫酸镁0.50 g·L^(-1)、起始p H 5。培养第8天时,大球盖菇菌丝体生物量最大,为1.66 g·hm L^(-1);液体培养过程中还原糖含量由12.23 mg·m L^(-1)降至1.38 mg·m L^(-1),氨基氮含量由0.09mg·m L^(-1)降至0.06 mg·m L^(-1);羧甲基纤维素酶和淀粉酶酶活在第4天最高,酶活分别为6.49、5.16 U,酸性蛋白酶酶活在第2天最高,酶活为1.80 U,漆酶酶活在第6天最大,酶活为1.63 U。液体菌种扩繁栽培种生产工艺参数:接种量为15 m L,菌包培养基配方颗粒度的粗细木屑比为7∶3,碳氮比为50∶1。【结论】大球盖菇液体菌种活性与上述指标具有一定的相关性,结合发酵液生理生化指标,判定第7天的液体菌种活力最高。利用大球盖菇液体菌种扩繁栽培种,平均满袋时间为23.7 d,缩短生长周期2.7 d。本研究建立配套的制种工艺,为大球盖菇栽培种工厂化生产技术奠定基础。

关键词：大球盖菇液体菌种培养基优化应用

应用于DC/DC的双模冗余抗SET加固方法研究

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电力电子技术 2024年第7期58卷 27-32页

作者：郭仲杰王亚朋任瑗西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

基于180 nm商用BCD工艺,研究和模拟了单粒子瞬态效应(SET)对Boost型DC/DC转换器带隙基准(BGR)造成的影响,并针对该影响提出了一种基于双模冗余(DMR)技术的抗SET加固方法。采用自带阈值比较器所构成的SET检测电路实现对基准电压的实时动... 详细信息

基于180 nm商用BCD工艺,研究和模拟了单粒子瞬态效应(SET)对Boost型DC/DC转换器带隙基准(BGR)造成的影响,并针对该影响提出了一种基于双模冗余(DMR)技术的抗SET加固方法。采用自带阈值比较器所构成的SET检测电路实现对基准电压的实时动态检测,通过脉冲展宽技术来进一步隔离SET的影响,确保了BGR在受到高能粒子入射时,基准电压在较小的跃变下快速恢复。实验结果表明,在输入电压范围2.9~4.5 V、高能粒子的线性能量传递值100 MeV·cm2/mg的条件下,SET所造成的基准电压最大跃变从2.791 V降至38 mV,恢复时间从800 ns减小到18 ns,SET抑制能力达到98.3%,确保了DC/DC转换器的输出电压稳定。与传统RC加固方案进行对比,该方法具有明显的优势,面积优化28.09%,恢复时间提升99%以上。

关键词：转换器单粒子瞬态效应带隙基准

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一种超宽共模输入范围的CAN FD接收器

西安邮电大学学报 2024年第2期29卷 53-63页

作者：汪西虎秦鹏郭仲杰孙洋张格凡西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

针对在负压干扰条件下,控制器局域网(Control Area Network,CAN)总线接收器存在工作异常以及传输延时较大的问题,设计了一种超宽共模输入范围的可变速率的CAN(CAN with Flexible Data rate,CAN FD)接收器。该设计通过电平移位与共射级... 详细信息

针对在负压干扰条件下,控制器局域网(Control Area Network,CAN)总线接收器存在工作异常以及传输延时较大的问题,设计了一种超宽共模输入范围的可变速率的CAN(CAN with Flexible Data rate,CAN FD)接收器。该设计通过电平移位与共射级相结合的方式,以减少总线信号对输入级静态工作点影响,拓展接收器的负压输入范围;采用电阻分压的方式衰减总线信号电平,以减轻输入级差分对管的耐压负担;引入低温漂电压,以产生高精度的翻转阈值;在输出级模块增添限幅晶体管,以限制接收器输出摆幅,提升传输速度。芯片采用0.18μm 60 V双极、互补、双扩散金属氧化物半导体工艺进行电路设计。仿真结果表明,在5 V电源电压条件下,设计接收器的共模输入范围为-60~60 V,阈值电压为0.71 V,迟滞门限为120 mV,温漂为0.057 mV/℃,平均传输延时小于55 ns。与相关设计相比,设计的接收器具有较宽的共模输入范围,传输延时较小,符合CAN协议规范。

关键词： CAN接收器共模输入范围接收器阈值电压高速传输负压干扰