一种COMS对数图像传感器设计

CMOS图像传感器的工作原理
它是基于电荷存储原理的，即：PN结反向充 电，然后在光照条件下放电，放电的速度随 着光照强度的不同而不同，经过一定时间的 放电，每个像素结构保留的电荷不一样，这 样就实现了光电转换，把图像信号由光学系 统聚焦到PN结像素阵列表面，逐一扫描像 素阵列，就能得到一幅图像的电信号。
CMOS图像传感器原理图
像素单元结构框图
双P衬底井CMOS像素单元结构
I Io
e
V g VS Vth , M 1 nVt
I p IL Vod nVt In I o

像素结构电路图
任何栅源电压都是由阈值电压和过趋电 压共同组成的，但三极管处于亚阈值 （弱反偏）区与处于饱和（强反偏） 区 时的过去电压是不同的。 当三极管在亚阈值状态时：
不同光强度下输出比较
谢谢！
1
校准电源
采样保持和列放大电路
A
C2 C3 C2
列读出单元
当采样到Vp1时，让开关S1和S2闭合，
当第1次采样时，让开关S1和S2闭合，并断开S3和S4
' Kp 2
Wp 2 Lp 2
' [(Vbias3 Vdd ) Vth, p 2 ]2 K Mn
WMn [VC Vth,Mn Vdc ]2 LMn
一种COMS对数图像传感器设计
杨希 西南交通大学信息与科学技术学院
图像传感器的种类
互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感 器 电荷耦合器件（CCD）图像传感器
CMOS图像传感器的发展
第一代：COMS无源像素传感器（PPS） －－无放大器 第二代：COMS有源像素传感器（APS） －－有放大器
' VC Vdc Vth, Mn K p 2
Wp 2 Lp 2
[(Vbias 3 Vdd ) Vth, p 2 ]
那么C4两端的电压 V Vp1 Vth, p1 VC
当第二次采样时，采样到V’p2 =Vp1－A(Vp1– Vp2 ) 让开关S1和S2断开，并闭合S3和S4，
Vod I p IL nVt In Io
2 I bias

当三极管处于饱和状态时：
Vod

当数字信号Φ＝0时，M4关断，MC导通，相当于给开关电容C1进行充电。
I p IL 2 I bias V p1 Vbias1 (Vth, M 1 nVt In ) ( Vth, M 2 ) I o 2
当数字信号Φ＝1时，M4导通，MC关断，此时开关电容就处于放电阶段。
V p 2 Vbias1 (Vth, M 1 2 I cal
1
)(
2 I bias
2
Vth, M 2 )
I p IL V p1 V p 2 nVt In I o

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2 I cal
Vout _ 2 V p' 2 Vth, p1 V Vth, Mn Wp 2 Lp 2
V p1 AV p1 V p 2 Vth, p1 V p1 Vth, p1 VC Vth, Mn
' Vdc K p 2
[(Vbias 3 Vdd ) Vth, p 2 AV p1 V p 2