论文部分内容阅读
时间延迟积分（Time-Delay-Integration，TDI）图像传感器是单行扫描图像传感器的一种特殊改进形式。与传统单行扫描图像传感器相比，时间延迟积分图像传感器可以在高相对速度、弱光强的条件下得到理想的拍摄效果。同时时间延迟积分图像传感器通过对相同对象多次曝光并将结果相加，使得最终的图像数据的信噪比大幅度增强。用CCD器件实现TDI图像传感器已经比较成熟，而国内外对TDI CMOS图像传感器的研究还处于起步阶段，具备很大的研究价值。在CMOS工艺上实现TDI图像传感器的关键之一就是低噪声累加器的设计，本文对在深亚微米CMOS工艺下实现高性能TDI图像传感器模拟域累加器进行了深入分析。文中首先对列级以及芯片级的TDI CMOS图像传感器结构进行了比较，并且分析了传统曝光方式对曝光同步性的影响，进而确定了一种改进的行滚筒式曝光作为本文设计的曝光方式。然后设计了像素和累加器协同工作的时序控制电路，满足了芯片在多种工作模式下的时序要求。对于狭长布局的时序控制电路，侧重比较了时钟信号不同走线方式带来的影响。本文对一种现有的模拟域累加器进行了深入分析，长总线带来的大寄生效应使得存储电容的电荷受到严重干扰，出现了明显的精度、线性度下降问题。文中针对长总线寄生环境进行多方面研究，通过在差分存储电容下极板间引入补偿电容，使得总线等效寄生电容大幅度缩小，进而使累加器的精度、线性度得到改善。改进的模拟域累加器结构没有引入新的开关与操作时序，使得改进的累加器与原版累加器可以采用相同的控制电路，保证了整体电路的稳定性。最后针对已经流片的测试版芯片设计了测试方案。经过仿真验证，在16级后仿结果中，累加器的误差从7.38%减小到了4.32%，线性度也得到明显提升。在128级累加模式下精度与线性度提升幅度将比16级更为明显。