图像传感器作为一种将光学信号转换成电信号的设备,已经被广泛应用于数码相机、电子光学、医学成像等等领域。从早期的模拟影像系统到现在的数字影像系统,图像传感器已经经历过无数次的更新迭代。直到如今,图像传感器主要分为感光耦合元件（Charge-coupleddevice,CCD）和互补式金属氧化物半导体有源像素传感器（CMOS active pixel sensor）两种。相比于CCD,采用标准CMOS工艺制造的CMOS图像传感器,能够在同一芯片上集成定时器和控制电子设备、传感器阵列、信号处理电子设备、模数转换器等。它使用标准逻辑电源电压工作,消耗的功率很小。近年来CMOS已经在多数领域逐渐取代CCD。本设计的图像传感器主要应用于生物医学脑机接口领域。脑机接口系统作为大脑和电子机械设备之间沟通的桥梁,是当代科学研究的一个重要领域。它被广泛应用于医学神经修复领域,例如人工耳蜗、人工视网膜、人工假肢等等,可以实现大脑对神经假体的控制。这个过程首先需要对大脑神经信号进行采集,再把大脑的神经信号变成计算机可以识别的电信号,进而控制神经假体。采集大脑信号方法传统上是通过脑电图的方式来实现的,而本次采用的是侵入式图像传感器。为了避免芯片发热以至于损伤大脑细胞,就要求图像传感器芯片的功耗尽可能低。因此,低功耗就成为了一个重要的研究方向。本文提出了一种基于信息-时间变换（Pulse-width modulation,PWM）的超低功耗图像传感器,首先像素部分通过光电探测器将光强信号转换成电流信号,把电流信号转换成电压信号送到信息-时间变换电路。在信息-时间变换电路中,电压信号转换成脉宽信号。最终,每一个波形的脉宽就对应了光强信号。这种结构简单,和采用ADC的方式相比较,信噪比和动态范围并没有优势。但由于大大减少了晶体管的数量,使功耗得到了降低。本文设计的图像传感器选用了 0.18um工艺,在室温条件下供电电压为3.3V。像素分辨率为400×400,像素大小为6×6μm2,快门方式为卷帘快门（Rolling shutter）,最低动态范围为65.5dB,最大信噪比52.75dB,功耗为0.57mW。输出模式为PWM。