APS+CMOS图像传感器复位电路的设计研究

CMOS图像传感器列级全并行像素复位噪声抑制电路的设计与测试的开题报告1. 研究背景：随着科技的进步和电脑图像技术的发展，数字摄像机已经成为了一种普遍的消费品。

而作为数字摄像机的核心元器件之一，CMOS图像传感器的性能直接影响着数字摄像机的图像质量和成本。

对于CMOS图像传感器而言，噪声是一项重要的性能指标。

在CMOS图像传感器中，像素复位噪声是比较严重的一种噪声，需要通过电路设计和优化来达到抑制的目的。

2. 研究内容：本次研究的主要内容是设计与测试一种列级全并行像素复位噪声抑制电路，通过该电路的设计和优化，达到在像素复位过程中抑制噪声的目的。

在设计过程中，需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力等因素，并通过实验测试验证电路的性能指标。

3. 研究方法：本次研究的主要方法包括电路设计、仿真和实验测试等步骤。

在电路设计过程中，将采用CMOS工艺进行实现，并通过仿真验证电路的性能指标。

在仿真过程中，将对电路的稳定性、噪声抑制效果等进行分析和评估。

最后，通过实验测试验证电路的实际性能指标，包括噪声抑制效果、抗干扰能力等。

4. 研究意义：本次研究的电路设计和优化可将像素复位噪声抑制效果提升到更高的水平，有望在数字摄像机领域得到应用。

同时，该研究的实验测试结果将有助于进一步优化电路设计，并提高数字摄像机的图像质量和颜色还原能力。

5. 研究难点：本次研究的难点主要在于电路设计和优化过程，特别是如何在像素复位过程中抑制噪声的问题。

在实验测试过程中，还需要考虑一些因素的干扰，如设备环境、信号传输等。

6. 预期结果：通过本次研究，预期能够设计并优化一种列级全并行像素复位噪声抑制电路，实现噪声抑制效果的提升，并通过实验测试验证电路的实际性能指标，为数字摄像机的图像质量提升和成本降低做出贡献。

CMOS-APS的优点和设计方法
1．CMOS-APS胜过CCD图像传感器的潜在优点
CMOS APS胜过CCD图像传感器的潜在优点包括[1]～[3]：
1）消除了电荷反复转移的麻烦，免除了在辐射条件下电荷转移效率（CTE）的退化和下降。

2）工作电流很小，可以防止单一振动和信号闭锁。

3）在集成电路芯片中可进行信号处理，因此可提供芯迹线，模/数转换的自调节，也能提供由电压漂移引起的辐射调节。

与硅探测器有关，需要解决的难题和争论点包括[1]～[3]：
1）在体材料界面由于辐射损伤而产生的暗电流的增加问题。

2）包括动态范围损失的阈值漂移问题。

3）在模/数转换电路中，定时和控制中的信号闭锁和单一扰动问题。

2.CMOS-APS的设计方法
CMOS-APS的设计方法包括：
1）为了降低暗电流而进行研制创新的像素结构。

2）使用耐辐射的铸造方法，再研制和开发中等尺寸“dumb”（哑）成像仪（通过反复地开发最佳像素结构）。

3）研制在芯片上进行信号处理的器件，以适应自动调节本身电压Vt的漂移和动态范围的损失。

4）研制和开发耐辐射（单一扰动环境）的定时和控制装置。

5）研制和加固耐辐射的模/数转换器。

6）寻找低温工作条件，以便在承受最大幅射强度时，找到并证
实最佳的工作温度。

7）研制和开发大尺寸、全数字化、耐辐射的CMOS-APS，以便生产。

8）测试、评价和鉴定该器件的性能。

9）引入当代最高水平的组合式光学通信/成像系统测试台。

CMOS图像传感器的工作原理及研究摘要：介绍了CMOS图像传感器的工作原理，比较了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的优缺点，指出了CMOS图像传感器的技术问题和解决途径，综述了CMOS图像传感器的现状和发展趋势。

1 引言自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控中的核心器件。

互补金属氧化物半导体<CMOS）图像传感器与电荷耦合器件<CCD）图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。

而CCD器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。

由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。

70年代初CMOS传感器在NASA的Jet Pro pul sion Laboratory(JPL>制造成功，80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件，1995年像元数为<128×128）的高性能CMOS有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功[1]，1997年英国爱丁堡VLSI Ver sion公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化，就在这一年，实用CMOS技术的特征尺寸已达到0.35mm，东芝研制成功了光敏二极管型APS，其像元尺寸为5.6mm×5.6mm，具有彩色滤色膜和微透镜阵列，2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。

2 技术原理CCD型和CMOS型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。

CMOS图像传感器片上处理电路研究的开题报告一、选题背景随着科技的不断进步，图像传感器所涉及的应用领域越来越广泛。

在数字影像设备、视频监控系统、安防领域、医疗影像等领域里，都需要使用高性能的图像传感器。

传统的图像传感器需要使用大型电路板进行传输和处理，由于使用过程中存在连接失效、连接距离等问题，导致图像传输质量不稳定。

为此，将处理电路集成在传感器芯片内成为了一种新的解决方案。

CMOS图像传感器片上处理电路研究是一项具有实用性和广泛应用前景的研究领域。

二、研究目的和意义本研究旨在深入研究CMOS图像传感器片上处理电路的设计、开发和优化技术，建立高性能、高稳定性、低功耗的片上处理电路系统。

通过对各种设计和优化方式进行探索和实验，旨在提高图像传感器的整体性能和应用范围，促进图像传感器技术的发展和推广。

三、研究内容和方法研究内容：1.研究图像传感器的原理和工作方式。

2.研究片上处理电路的基本原理和设计方法。

3.探索如何将算法集成到传感器芯片内，并进行传感器芯片的优化和开发。

4.研究不同的处理电路模型和算法来优化性能。

5.进行相关实验和测试，分析研究结果。

研究方法：1.文献调研法。

2.实验室实践法。

3.统计分析法。

四、预期研究结果和成果1.成功研究和设计出高性能的片上处理电路系统。

2.分析和实验研究结果。

3.提出相应的优化方案并得到验证。

4.发布学术论文和技术报告。

五、研究进度安排第一年：1.完成文献调研，熟悉各种算法模型。

2.进行实验室实践，研发多种片上处理电路。

第二年：1.进行处理电路模型的性能测试和优化研究。

2.在不同应用领域测试和验证片上处理电路的性能和可靠性。

第三年：1.整合和优化处理电路系统。

2.完成论文撰写和验证工作，提交论文。

六、预期工作量和研究经费预期工作量：3年研究经费：根据需求和实际情况进行开支。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910793773.2(22)申请日 2020.03.09(71)申请人 李拥军地址 241000 安徽省芜湖市经济技术开发区欧阳湖路22号(72)发明人 江永林　李拥军　周健　(51)Int.Cl.H03K 17/22(2006.01)(54)发明名称一种纯CMOS超低功耗上电复位电路(57)摘要本发明公开了一种纯CMOS超低功耗上电复位电路，包括用于产生偏置电流的第一支路、用于监测电源电压的第二支路和用于对复位信号进行整形的第三支路，所述第一支路包括MOS管M1和由P1个PMOS管依次串联组成的第一串接电路，第一串接电路一端接电源，另一端接MOS管M1的漏极，第一串接电路中的PMOS管的栅极均接地，第二支路包括MOS管M2和由P2个PMOS管依次串联组成的第二串接电路，本发明可以在各种上电时间情况下产生有效的上电复位信号，实现此功能电路需要面积小，功耗低。

由于电路只采用PMOS和NMOS两种器件类型，可有效的适用于各种CMOS工艺制程芯片中。

权利要求书1页 说明书3页 附图4页CN 111092614 A 2020.05.01C N 111092614A1.一种纯CMOS超低功耗上电复位电路，包括用于产生偏置电流的第一支路、用于监测电源电压的第二支路和用于对复位信号进行整形的第三支路，其特征在于，所述第一支路包括MOS管M1和由P1个PMOS管依次串联组成的第一串接电路，第一串接电路一端接电源，另一端接MOS管M1的漏极，第一串接电路中的PMOS管的栅极均接地，第二支路包括MOS管M2和由P2个PMOS管依次串联组成的第二串接电路，第二串接电路一端接电源，另一端接MOS管M2的漏极，第二串接电路中的PMOS管的栅极均接地，第三支路包括迟滞反相器U1和缓冲器U2，MOS管M2的漏极还连接迟滞反相器U1的输入端，迟滞反相器U1的输出端连接缓冲器U2的输入端，缓冲器U2的输出端输出上电复位信号POR。

CMOS图像传感器的研究与设计一、前言相信大家都有过拍照的经历，而在数码相机和智能手机中，CMOS图像传感器已经成为了摄像头的标配。

CMOS图像传感器的应用不仅仅局限于相机和手机，还广泛应用于医疗、安防、机器人、自动驾驶等领域。

随着科技的不断发展，CMOS图像传感器的技术也在不断革新，本篇文章将对CMOS图像传感器的研究与设计进行探究。

二、基础知识CMOS图像传感器是一种能够将光信号转化为数字信号的电子器件，它是由一系列的像素组成，每个像素都包含着一个感光电容和一对转换电路。

当感光电容受到光的照射后，会产生一个电荷，接着转换电路会将电荷转化为数字信号。

CMOS图像传感器有着功耗低、响应速度快、集成度高等优点，因此它已经成为了数码相机和智能手机中主要的图像传感器。

三、CMOS图像传感器的研究1. 单个像素的探究CMOS图像传感器中最基本的单元就是像素，因此研究单个像素的性能是非常重要的。

研究者们通过改进感光电容的材料和结构，提高转换电路的精度和速度，从而不断优化单个像素的性能。

例如，设计更好的场效应晶体管（MOSFET）技术，使像素在高光动态范围下有更好的表现；使用带宽更高的数模转换器，提高像素的信噪比和灵敏度等等。

2. 提高像素的动态范围由于摄像机在采集图像时，常常出现景物之间的亮度差异很大的情况，所以提高像素的动态范围是CMOS图像传感器研究的一个重要方向。

通过设计更好的像素结构和转换电路，可以使像素具有更高的峰值响应和更低的噪声，从而提高了像素的动态范围。

例如，在感光电容上添加特殊的反射层材料，可以增加感光电容的光吸收能力；采用更先进的本底优化技术，可以减少像素的暗电流，进而提高像素的信噪比。

3. 高速传输随着科技的不断进步，人们对图像传输的工作效率要求也越来越高。

因此，高速传输技术已经成为了CMOS图像传感器研究的热点之一。

研究者们通过改进传输线路的结构和材料，研究更高效的数字信号处理技术，提高图像数据的传输速度。

一种CMOS图像传感器像素复位电路
周燕敏;秦会斌;胡永才
【期刊名称】《微电子学与计算机》
【年(卷),期】2016(33)3
【摘要】CMOS图像传感器中像素复位方式直接影响图像的成像质量.以双斜率积分和软硬件结合的复位方式为基础,对现有的复位电路进行仿真、分析,发现现有复位电路存在的缺陷,针对这些缺陷,提出了一种高动态范围、抑制图像拖尾的COMS 像素复位电路.双斜率积分的长、短积分复位分别采用复位管漏极电压过零复位和软硬件结合的复位方式来抑制图像拖尾.复位管采用衬底独立结构,避免弱光下,短积分复位时刻浮置扩散区电压受影响.经过验证,该复位电路能有效地抑制图像拖尾,扩展动态范围.
【总页数】5页(P102-105)
【关键词】CMOS图像传感器;双斜率积分;图像拖尾;软硬件结合复位;漏极过零复位
【作者】周燕敏;秦会斌;胡永才
【作者单位】杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN43
【相关文献】
1.基于大动态范围CMOS图像传感器对数有源像素一种新的FPN抑制技术 [J], 刘激扬;姚素英;赵毅强;张为;张生才;李树荣;徐江涛
2.可消除时间延时积分型CMOS图像传感器中3管像素复位噪声的读出方法 [J], 徐超;高静;高志远;韩立镪;姚素英
3.一种用于CMOS图像传感器像素级ADC的斜坡发生器 [J], 李孟窈;龙善丽;吴传奇;张紫乾
4.一种CMOS图像传感器4T-APS像素电路线性化技术 [J], 闻超;韩本光;汪西虎;郭仲杰
5.一种改善CMOS图像传感器性能的复位控制电路设计 [J], 晋孝峰;岳素格;刘丽艳;赵岳;王春芳
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基于CMOS图像传感器的高速相机成像电路设计与研究共3篇基于CMOS图像传感器的高速相机成像电路设计与研究1高速相机成像电路是指利用CMOS图像传感器的电路，能够对高速运动的目标进行拍照，并能够准确捕捉瞬间的动作。

这种相机通常用于运动学分析，以及高速目标的轨迹重建和测量。

本文将介绍高速相机成像电路的设计与研究。

1. CMOS图像传感器CMOS图像传感器是一种用于捕捉图像的半导体器件。

它由许多感光元件组成，每个像素都能够捕捉光信号并将其转化为电信号。

CMOS图像传感器具有更高的集成度，能够提供更高的灵敏度和更快的读出速度，这使得它成为高速相机的主要组成部分。

2. 负反馈放大器高速相机需要一个能够放大信号的电路。

负反馈放大器是一种经典的放大电路，它由一个放大器和一个反馈回路组成。

反馈回路能够检测放大器输出的信号，并将其与输入信号进行比较，从而能够控制放大器的增益。

这种电路具有高的放大增益，低的输入噪声和高的带宽。

3. 模数转换器高速相机需要一个能够将模拟信号转化为数字信号的电路，以便进行数字信号处理。

模数转换器是一种能够将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的电路。

它通常采用脉冲调制技术，将连续的信号离散化为一系列的数字信号。

这种电路具有高的转换速度和高的分辨率，能够满足高速相机的要求。

4. FPGA高速相机需要一个能够进行数字信号处理的平台。

FPGA是一种可编程逻辑器件，能够根据应用的需求进行编程。

它具有高的集成度和高的实现速度，能够快速处理数字信号。

FPGA还具有低的功耗和高的可靠性，这使得它成为高速相机的优选平台。

5. 成像电路的设计与实现高速相机的成像电路需要通过软件和硬件的结合，进行设计和实现。

首先，需要进行成像算法的设计和优化，以确保能够准确捕捉高速目标的运动轨迹。

然后，需要进行电路设计和硬件优化，以保证成像电路具有高的灵敏度、高的带宽和快速的响应速度。

最后，需要通过电路模拟和实验验证，对成像电路进行评估和优化。

APS CMOS图像传感器复位电路的设计研究
刘宇;王国裕
【期刊名称】《半导体光电》
【年(卷),期】2005(26)B03
【摘要】本文分析了APSCMOS图像传感器传统像素复位电路引起的动态范围缩小、固定图像噪音增大和图像滞后等问题。

比较了两种复位电路改进方案的优势与不足。

提出了采用电荷泵电路设计APSCMOS图像传感器复位电路的新方案。

该方案增加了CMOS图像传感器的动态范围，消除了复位引起的固定图像噪音和图像滞后，避免了前两种方案的不足。

所有的电路仿真均在CHRT0．35μm工艺基础上完成。

【总页数】4页(P22-25)
【关键词】图像传感器;动态范围;固定图像噪音;电荷泵
【作者】刘宇;王国裕
【作者单位】西安交通大学，西安710049;中科院半导体所，北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.CMOS图像传感器的硬复位电路研究 [J], 晋孝峰;岳素格;刘丽艳;陈淼;赵岳;王春芳
2.一种CMOS图像传感器4T-APS像素电路线性化技术 [J], 闻超;韩本光;汪西虎;
郭仲杰
3.一种改善CMOS图像传感器性能的复位控制电路设计 [J], 晋孝峰;岳素格;刘丽艳;赵岳;王春芳
4.一种CMOS图像传感器像素复位电路 [J], 周燕敏;秦会斌;胡永才
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