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像素级模数转换器研究进展

半导体光电 2023年第5期44卷 645-654页

作者：张艺潇祝晓笑单光宝西安电子科技大学微电子学院西安710000 重庆光电技术研究所重庆400060

像素级模数转换器因其独特的集成位置而具有高帧频、大动态范围、低功耗及低噪声等优点,广泛应用于红外、可见光及太赫兹成像等领域。文章介绍了主流像素级模数转换器结构的原理,综述了像素级模数转换器在动态范围、功耗、面积及噪声等... 详细信息

像素级模数转换器因其独特的集成位置而具有高帧频、大动态范围、低功耗及低噪声等优点,广泛应用于红外、可见光及太赫兹成像等领域。文章介绍了主流像素级模数转换器结构的原理,综述了像素级模数转换器在动态范围、功耗、面积及噪声等性能参数的研究进展,最后分别比较和总结了各改进方向的几种关键技术并做出展望。

关键词：读出电路像素级模数转换器数字像素传感器动态范围功耗

安防用CMOS图像传感器片上数字系统设计与实现

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安防用CMOS图像传感器片上数字系统设计与实现

作者：祝晓笑电子科技大学

学位级别：硕士

今天,CMOS工艺日趋成熟,除了光敏元,时序处理电路和图像信号的前端放大与数字化部分以及图像处理模块被集成于一个芯片内。另外以其低廉的价格、较好的图像质量和相对较少的功耗,CMOS图像传感器在视频监控系统中的应用越来越广泛。而CMO... 详细信息

今天,CMOS工艺日趋成熟,除了光敏元,时序处理电路和图像信号的前端放大与数字化部分以及图像处理模块被集成于一个芯片内。另外以其低廉的价格、较好的图像质量和相对较少的功耗,CMOS图像传感器在视频监控系统中的应用越来越广泛。而CMOS图像传感器的片上数字控制系统是保证传感器正常工作的重要的组成部分,它控制着图像传感器各个功能模块的运行,负责用户与传感器之间进行数据通讯;片上图像信号处理器(Image Signal Processor,ISP)是片上数字系统中的核心,对光学传感器采集下来的信号进行处理,如校正,插值和降噪等。本文针对安防用CMOS图像传感器,设计了专门的片上数字系统。首先论文详细分析了安防用720X480 CMOS图像传感器阵列和各功能模块的结构。该芯片采用4T像素结构,逐行积分,支持PAL/NTSC输出,支持IIC总线通信。课题根据各控制信号之间的时序关系,完成了模块划分。主要研究了自动曝光算法和滚动快门的时序设计,列并行ADC控制时序设计,IIC总线模块的设计。接着论文研究了片上ISP系统各模块的设计和输出数据格式,包括黑电平消隐,自动白平衡,镜头阴影校正,像素插值与降噪,色彩校正,伽玛校正,自动对焦,RGB2YUV这9个部分。最后介绍了整个片上数字系统的物理实现流程和仿真测试结果,包括布局布线、物理验证、代码覆盖率测试、VCS仿真测试等。最后本课题研制的片上数字系统电路随CIS芯片在0.35um工艺线上进行流片。经过芯片整体测试,已知片上数字系统各模块工作正常:其中自动曝光模块可实现曝光精度1μs,最长曝光时间20ms;电视制式PAL输出成像正常;IIC总线实现了主模式下的读写功能;输出数据Bayer,YcbCr格式正常。ISP图像处理效果良好:黑电平消隐,自动白平衡,镜头阴影校正,像素插值与降噪,色彩校正,伽玛校正,RGB2YUV等模块工作正常。总之,芯片整体成像效果良好。

关键词： CMOS图像传感器安防监控时序控制图像处理

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基于CCD工艺的模型参数提取测试图形设计

半导体光电 2011年第4期32卷 492-494,572页

作者：祝晓笑石念杨洪翁雪涛重庆光电技术研究所重庆400060

介绍了一套基于CCD工艺的模型参数提取用测试图形(Testchip)设计方法。该Testchip的设计充分考虑了CCD工艺特征、中测测试条件、CCD放大器特性等各种关键因素,并在对应的工艺线进行流片,得到了完整的测试数据。

关键词： CCD 模型参数提取测试图形

安防用CMOS图像传感器片上图像信号处理电路综述

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半导体光电 2015年第5期36卷 677-682页

作者：祝晓笑任思伟重庆光电技术研究所重庆400060

图像信号处理技术的研究和应用在安防领域具有特殊的重要意义。介绍了一系列用于安防系统CMOS图像传感器片上图像信号处理电路的原理和算法。具体包括黑电平校正、镜头阴影校正、插值降噪、色彩校正、伽玛校正、自动白平衡、自动曝光、... 详细信息

图像信号处理技术的研究和应用在安防领域具有特殊的重要意义。介绍了一系列用于安防系统CMOS图像传感器片上图像信号处理电路的原理和算法。具体包括黑电平校正、镜头阴影校正、插值降噪、色彩校正、伽玛校正、自动白平衡、自动曝光、自动聚焦、YUV空间转换(RGB2YUV),以及背光补偿等模块处理电路等。

关键词：安防 CMOS图像传感器图像信号处理

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基于石墨烯探测器非均匀性校正设计

半导体光电 2021年

作者：任思伟申钧祝晓笑重庆光电技术研究所中国科学院重庆绿色智能技术研究院

针对近红外探测器的图像非均匀性,利用偏置补偿的原理,提出了基于石墨烯近红外探测器的片上非均匀性校正方法,并基于石墨烯探测器的像元积分电路完成了对像元校正电路和DAC偏置电路的设计。通过在石墨烯探测器积分电路基础上增加暗像元... 详细信息

针对近红外探测器的图像非均匀性,利用偏置补偿的原理,提出了基于石墨烯近红外探测器的片上非均匀性校正方法,并基于石墨烯探测器的像元积分电路完成了对像元校正电路和DAC偏置电路的设计。通过在石墨烯探测器积分电路基础上增加暗像元校正管和感光像元校正管,分别用于对暗像元支路和感光像元支路进行偏置补偿,实现了对积分电流和积分电压的调节。同时,还设计了DAC偏置电路用于将非均匀校正码转换为对应的校正偏置电压,进而实现对石墨烯探测器图像中特定像元的非均匀性单点校正。相比传统非均匀性校正,采用该非均匀性校正方法可以满足对石墨烯探测器阵列中特定像元的非均匀性校正要求,且该方法操作简单,易于片内集成,无需增加额外的片外成本。

关键词：石墨烯探测器近红外非均匀性图像校正

一种应用于CMOS图像传感器的电容阵列PGA研究

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半导体光电 2011年第5期32卷 629-633,736页

作者：吴治军刘昌举祝晓笑熊平杨雄敏重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 重庆光电技术研究所重庆400060

研究了一种应用于1 024×1 024CMOS图像传感器中的温度计码电容阵列型可编程增益放大器(PGA)。该PGA采用开关电容阵列结构,通过改变输入与反馈电容值,实现了0～18dB的增益;同时,该PGA具有结构简单、电容阵列面积小、带宽大和反馈系数大... 详细信息

研究了一种应用于1 024×1 024CMOS图像传感器中的温度计码电容阵列型可编程增益放大器(PGA)。该PGA采用开关电容阵列结构,通过改变输入与反馈电容值,实现了0～18dB的增益;同时,该PGA具有结构简单、电容阵列面积小、带宽大和反馈系数大等特点,其增益带宽50MHz、总谐波失真(THD)小于50dB。该PGA的信号处理能力完全满足12MHz速率、69dB动态范围CMOS图像传感器内部集成ADC对模拟输入信号的要求。

关键词：电容阵列型PGA 开关电容网络 CMOS图像传感器

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基于CCD工艺提取MOS模型的电路验证

半导体光电 2012年第2期33卷 221-224页

作者：吕玉冰祝晓笑翁雪涛岳志强苏玉棉重庆光电技术研究所重庆400060

对基于CCD工艺提取的BSIM3v3模型,在CCD片上放大器电路上进行了验证,通过在直流、瞬态和交流条件下对比电路的仿真数据和实际测试数据,验证了该模型,即提取的模型能够满足电路模拟的要求。

关键词： CCD 模型参数提取验证

一种弱光成像用AlGaN APD阵列的读出电路设计

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半导体光电 2013年第4期34卷 569-572,575页

作者：邓光平刘昌举祝晓笑熊平吴治军重庆光电技术研究所重庆400060

设计了64×64 AlGaN雪崩光电二极管(APD)阵列的读出电路,该读出电路采用了具有稳定探测器偏压能力的电容跨阻抗放大器(CTIA)结构。利用APD的等效电路模型,推导了电荷-电压转换因子(CVF)与积分电容、放大器增益的关系。为增加最大探测光... 详细信息

设计了64×64 AlGaN雪崩光电二极管(APD)阵列的读出电路,该读出电路采用了具有稳定探测器偏压能力的电容跨阻抗放大器(CTIA)结构。利用APD的等效电路模型,推导了电荷-电压转换因子(CVF)与积分电容、放大器增益的关系。为增加最大探测光电流、降低响应的非均匀性,利用上述关系得到积分电容为70fF,放大器增益为300。读出电路的地址选择采用移位寄存器来实现,并采用电压缓冲器实现信号的输出。

关键词：读出电路雪崩光电二极管 CTIA 电荷-电压转换因子

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640×512焦平面读出电路设计

半导体光电 2014年第5期35卷 777-781页

作者：李毅强刘昌举祝晓笑重庆光电技术研究所重庆400060

介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵列的... 详细信息

介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵列的驱动能力;数字控制部分着重分析了对行选、列选、翻转读出、随机开窗、隔行扫描、多路选择输出等功能的实现方式。设计基于0.5μm DPTM工艺进行仿真验证,采样单元面积为25μm×25μm,工作频率为5MHz,芯片面积为18.1mm×17.4mm,输出摆幅大于2.5V,动态范围大于70dB。

关键词：焦平面读出电路电容反馈跨阻放大器隔行扫描随机开窗