论文部分内容阅读
近年来，随着CMOS工艺技术和设计水平的不断进步，CMOS图像传感器凭借其低成本、低功耗、读取速度快、易于单片集成等优点，得到迅猛的发展，并在许多的固态成像领域取得了广泛的应用。目前，如何提高CMOS陶像传感器的各项性能，满足不同的用途成为研究的热点。 本论文重点研究了CMOS图像传感器的噪声抑制和模数转换1术，并在此研究的基础上提出了具体噪声抑制、模数转换的设计方案。在对方案进行设计、仿真和流片后，通过自主设计的测试系统对设计的芯片进行测试验证，得出了一些研究成果，为今后研制具有更低噪声、更高ADC分辨率的CMOS图像传感器奠定了基础。围绕这一主题，本文做了以下研究工作： 在广泛阅读相关文献的基础上，首先对CMOS图像传感器的组成、基本工作原理、像素结构以及其国内外发展现状等进行了详细介绍。接着分析了CMOS图像传感器的各个噪声源，并对像素级电路和行列级电路的噪声抑制进行了深入的研究：在对像素级电路的研究中，主要对3T结构的APS(Activepixelsensor)像素进行了噪声抑制研究，在此研究的基础上设计了几组噪声研究方案并进行了测试验证；在对行列级的噪声研究中，首先分析了传统行列级的噪声及其抑制方法，最后设计了一种用于行列电路的两级噪声消除电路，并就等效输入噪声随行列级运放增益的变化进行了分析。得到的关于像素级电路和行列级电路的结论对于设计低噪声CMOS图像传感器具有重大的指导意义。 在模数转换的设计研究中，从CMOS图像传感器的系统要求出发，设计了一种适用于CMOS图像传感器芯片级(或行列级)的12bit、10Msps流水线ADC，该ADC采用了11级，每级1.5bit的结构，并从降低ADC噪声的方向着手，对ADC电路的整体噪声进行了分析和建模。最后，在结合传统流水线ADC电路设计的基础上对一些电路模块进行了优化。 为准确评估自主设计芯片的实际性能，本文基于采集卡和Labview程序搭建了ADC性能参数综合测试系统以及数字信号输出的CMOS图像传感器成像系统，并就该自主设计的ADC性能综合测试系统以及数字信号输出的CMOS图像传感器成像系统的关键性技术进行了详细的介绍。