用于数字图像传感器的脉冲宽度调制读出方法研究.pdfVIP

2015年 第34卷 第 8期 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 9 7＼ 、 、 、 DOI：10．13873／J．1OOO--9787(2015)08--0009-04 研究与探讨 、0 用于数字图像传感器的脉冲宽度调制读出方法研究 刘慧颖，李斌桥，高志远，姚素英 (天津大学 电子信息工程学院。天津300072) 摘 要：为提高数字像素图像传感器的动态范围，提出了一种具有 自适应参考电压的脉冲宽度调制读出 方法。该方法将像素阵列分成包含相同数 目像素的像素块，通过参考电压产生模块使每个像素块的参考 电压和像素块内光照强度相关，理论上这种结构能够将数字像素图像传感器的动态范围从48dB提升至 96dB，实际仿真结果为88．16dB。分析了像素分块内主要的噪声来源和参考电压产生模块的采样 电容引 入的偏差。采用65nmCMOS工艺实现了4x4的像素块电路，在高光强和弱光强条件下分别将电路输出 同理论计算值相比较 ，并分析了产生误差的原因。 关键词：图像传感器；数字像素；脉冲宽度调制；动态范围；自适应参考电压 中图分类号：TP212．14 文献标识码 ：A 文章编号：1000-9787(2015)08-0009-04 Research ofpulsewidthmodulationreadoutmethod fordigitalimagesensor LIU Hui-ying，LIBin-qiao，GAO Zhi—yuan，YAO Su·ying (SchoolofElectronicsandInformationEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China) Abstract：Apulsewidthmodulation(PWM)readoutmethod，withself-adaptivereferencevoltageisintroducedto enlargedynamicrangeofdigitalimagesensor．Thepixelarrayisdividedintoblockswiththesamepixelnumbers， andeachblockgeneratesitsreferencevohagethroughthevoltagegenerator，whichmakesitrelatedtoillumination intensitywithintheblock．Itcandoublethedynamicrangefrom 48dB oftypicalPWM digital imagesensorsto 96dB intheory．andthesimulationshowsitcanachievedynamicrangeof88．16dB．Mainnoisesourceswithinthe pixelblockandthedeviation broughtin by samplingcapacitancearestudied．A pixelblockcircuitof4x4 is achievedby65nm CMOS process．Comparison ofoutputs and theory values are made underhigh and low luminance，andthereasonwhichcauseerrorsisanalyzed． Keywords：imagesensor；digitalpixel；pulsewidthmodulation；dynamicrange；self-adaptivereferencevoltage 0 引 言