全局/滚动曝光兼容高动态抗辐照CMOS图像传感器设计

针对高速目标的高精度探测及辐射环境的应用要求,为解决全局与滚动曝光模式兼容难度大、灵敏度和动态低、帧速不高、抗辐照水平低等问题,对CMOS图像传感器架构、像素结构、列并行高精度数字化、高速读出、抗辐照加固等技术进行研究。基于单边列并行DDS、多模兼容的架构方案,设计了一款7.5μm×7.5μm,2048×2048可见光CMOS图像传感器,采用双增益像素结构、高帧速数字化读出、多通道可选输出、像素和电路抗辐照加固等方法,实现了全局与滚动曝光兼容、高灵敏度高动态成像、高精度数字化和高速输出、抗辐照加固等技术验证,填补了国内多模曝光兼容抗辐照CMOS图像传感技术研究空白。测试结果表明:器件功能正常,成像效果良好,动态范围、满阱电荷、灵敏度、帧速、抗辐照等指标满足预期要求,对高速高动态成像及辐射环境的系统应用具有重要意义。

一种用于光隔离IGBT栅极驱动的智能型LED驱动电路

采用双极型工艺设计了一种智能型高速LED驱动电路,可用于光隔离IGBT栅极驱动芯片的输入驱动。该设计采用一种新型逻辑门结构来实现信号传输、故障反馈以及外部置位等功能,同时达到降低信号传输延迟时间的目的。测试结果表明,在常温条件下,LED驱动电路的输入信号传输延迟时间为70 ns,复位信号有效到故障消除的延迟时间为4.59μs。所设计的驱动电路能够满足光耦隔离IGBT栅极驱动芯片的使用要求。

基于嵌入式Linux和S3C2410的远程CCD图像采集系统

综合应用DSP、嵌入式WEB服务器、光纤以太网、ActiveX等技术,开发了一种以嵌入式Linux和S3C2410为开发平台,实现了远程智能化的CCD图像采集系统。首先介绍了系统的硬件结构及硬件接口,接着介绍了本系统的软件部分,主要包括开发环境的建立以及基于Linux的外设接口驱动设计、系统应用程序的设计与实现。最后给出了该系统的实际效果图。

全局快门CMOS图像传感器研究进展

全局快门CMOS图像传感器广泛应用于高速运动物体的成像,包括机器视觉、工业测量、航空航天,以及军事应用等领域。介绍了全局快门CMOS图像传感器的主要类型,具体分析了灵敏度、寄生光灵敏度、读出噪声、动态范围和帧频等性能参数的研究进展。最后对国内外有代表性的全局快门CMOS图像传感器产品进行了介绍。

基于PCI及DDR的光纤接口CCD图像采集卡设计

综合PCI、DDR、FPGA、光纤等技术,设计了一款远程高速CCD图像采集卡。采集卡用光纤传输信号,并使用DDR SDRAM作为数据缓存,采用EP2C35F484C8芯片实现采集卡的逻辑控制以及DDR的控制器,采用PCI9054桥接芯片实现PCI接口。以Numega公司的DriverWorks作为开发工具开发了基于Windows下的WDM模型的系统驱动程序,用VC6.0开发了基于Windows平台的可视化应用程序。

基于4T结构的高灵敏度CMOS图像传感器设计

基于0.35μm工艺,设计了应用于低光照环境下的低噪声、高灵敏度CMOS图像传感器。该图像传感器采用PPD 4T像素结构,像素阵列512×512,包含列级运放、水平移位寄存器、逻辑控制单元、单斜率模数转换器和偏置电路等模块。通过采用低噪声PPD 4T像素结构、低噪声列级放大器电路结构,以及对版图的优化设计等措施实现了低噪声、高灵敏度的CMOS图像传感器设计。

0.5μm工艺CMOS有源像素传感器的总剂量辐射效应

采用60Co-γ射线对某国产0.5μm CMOS N阱工艺CMOS有源像素传感器(APS)的整体电路和像素单元结构进行了电离总剂量辐射效应研究,重点考察了器件的饱和输出信号、像素单元输出信号、暗信号等参数的变化规律。随着辐射剂量的增大,饱和输出信号逐渐减小且与像素单元饱和输出信号变化基本一致;暗信号随总剂量的增大而显著增大。研究结果表明,0.5μm工艺CMOS APS电离总剂量辐射效应引起参数退化的主要原因是光敏二极管周围的整个LOCOS(Local oxidation of silicon)隔离氧化层产生了大量的辐射感生电荷。

一种弱光成像用AlGaN APD阵列的读出电路设计

设计了64×64 AlGaN雪崩光电二极管(APD)阵列的读出电路,该读出电路采用了具有稳定探测器偏压能力的电容跨阻抗放大器(CTIA)结构。利用APD的等效电路模型,推导了电荷-电压转换因子(CVF)与积分电容、放大器增益的关系。为增加最大探测光电流、降低响应的非均匀性,利用上述关系得到积分电容为70fF,放大器增益为300。读出电路的地址选择采用移位寄存器来实现,并采用电压缓冲器实现信号的输出。

CMOS图像传感器抗电离辐射加固技术研究

太空环境中的电离辐射会导致CMOS图像传感器性能退化,甚至造成永久性损毁。文章对CMOS图像传感器抗电离辐射加固技术进行了研究,从版图设计、电路设计等方面提出相应的抗辐射策略,并进行了总剂量和单粒子试验。试验结果表明,采用抗辐射加固技术设计制作的CMOS图像传感器具备抗总剂量和单粒子辐射能力,当总剂量达到100krad(Si)、单粒子辐射总注量达到1×10^7 p/cm^2时,器件的关键指标变化符合预期要求。

基于CMOS图像传感器混合噪声的自适应滤波算法

针对中值滤波导致部分图像细节损失和均值滤波出现模糊现象,设计了一种适用于椒盐和高斯混合噪声的自适应滤波算法。该算法先用最小邻域的均值和阈值判断噪声类型,然后使用加权中值滤波处理椒盐噪声,再利用拉普拉斯算子和相应阈值判断图像边缘细节,最后对高斯噪声进行加权均值滤波。实验仿真结果表明,从图像视觉效果来看,相比单独使用中值和均值滤波降噪,自适应滤波算法对图像的还原效果更好,图像细节保存较好,模糊程度相对较弱,图像更清晰。通过对比峰值信噪比(PSNR)和均方误差(MSE),对混合噪声进行处理时,滤波算法的PSNR和MSE值优于中值和均值滤波,有效还原了噪声图像。整个算法是在最小邻域空间进行,易于实现,对混合噪声的处理效果较好,为图像处理的系统集成化设计提供了技术支持。

应用于CMOS图像传感器的带保护LDO电路的设计

随着CMOS图像传感器(CIS)的广泛应用,低功耗、高集成化、高稳定性成为其发展趋势,低压差线性稳压器(LDO)因体积小、功耗低、噪声低及电源抑制比高等优点而满足芯片供电需求。为了避免传统电源在芯片异常时仍持续工作致使功耗增加或芯片烧毁,设计了一种可应用于CMOS图像传感器的LDO电路,并加入了LDO的保护电路结构。该保护电路具有欠压保护与过流保护的功能,并能够通过数字电路对LDO进行使能控制。基于0.11μm CMOS工艺平台对LDO及其保护电路进行仿真与分析,完成了该工艺下电路版图的绘制和验证。

CMOS有源像素图像传感器的电子辐照损伤效应研究

对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量的增加及高温退火时间的延长而增大;饱和电压在两种能量电子辐照下均出现较大幅度的减小,并在高温退火过程中有所恢复;光谱响应特性无特别明显变化。经分析,暗电流、饱和电压的变化主要由辐照诱发的氧化物陷阱电荷导致的光敏二极管耗尽层展宽和界面陷阱电荷密度增大导致产生-复合中心的增加所引起。

一种CMOS图像传感器片上LVDS驱动电路设计

为满足CMOS图像传感器(CIS)图像数据高速输出的需求,提出一种适用于CIS的片上高速低电压差分信号(LVDS)驱动电路结构。首先介绍了CIS高速数据传输接口的常见类型、LVDS接口技术的起源和特点;接着根据CIS的需求特点确定了LVDS驱动电路的设计思路和结构;最后给出了驱动电路设计原理图和仿真结果,以及接收端眼图仿真结果。仿真结果表明,该LVDS驱动电路,数据传输速率可以达到500Mb/s,所有参数均满足TIA/EIA-644A接口标准的需求,接收端眼高为310mV,眼宽为0.9UI。

一种应用于CMOS图像传感器的逐行转隔行数据缓存方法

从结构设计和方法优化入手,提出了基于双SRAM缓存结构并采用乒乓读写原理的CMOS图像传感器逐行转隔行数据缓存方法。该方法采用两组SRAM作为缓存,并利用乒乓读写原理,抽取逐行数据中奇数帧周期的奇数行作为隔行数据的奇数场,抽取逐行数据中偶数帧周期的偶数行作为隔行数据的偶数场,最终实现CMOS图像传感器逐行数据到奇偶隔行数据的转换。相比传统的采用片外帧存储处理方式,极大地减小了存储面积,便于实现与CMOS图像传感器的单芯片集成,降低了成本,同时也极大地降低了电路工作时的存储读写功耗。

基于图像传感器的图像画质增强算法研究

针对图像在传输过程中易引入噪声、色彩质量下降、中值滤波导致图像细节丢失和均值滤波出现模糊等问题,提出了一种可以应用于CMOS图像传感器的图像画质增强和滤波算法。该算法对插值后的Bayer图像数据进行一维空间的增强和降噪处理,首先将图像从RGB空间转换到YUV空间,在Y通道上用改进的直方图均衡化方法实现图像明暗程度的对比度增强调节,对U、V通道采用分段式线性调节方法实现饱和度调节;然后对Y通道进行自适应降噪,对U、V通道进行加权中值滤波降噪,以满足后续处理对图像质量的要求;最后在Y通道上,采用基于Laplace算子的锐化掩模进行锐化处理,保证图像的细节清晰可见。实验结果表明:从图像视觉效果来看,相比单独使用中值和均值滤波,所提出的自适应滤波得到的效果更好,图像细节保存较好、模糊程度低、图像更为清晰,且色彩质量更高。通过对比峰值信噪比(PSNR),对混合噪声进行处理时,该滤波算法的PSNR优于中值和均值滤波,有效地抑制了噪声。整个算法在一维邻域空间进行,更容易在有限的硬件上实现较好的图像处理结果,满足小面积低功耗的要求。

应用于CMOS图像传感器的联合降噪插值算法研究

提出了一种可应用于CMOS图像传感器的联合并行图像预处理算法,其中,色彩插值算法采用双线性插值法和边缘导向插值法相结合的方式来完成色彩还原,而降噪算法采用带阈值的空间自适应滤波降噪算法,在硬件语言描述算法时,将两种算法的处理过程进行了联合处理。实验仿真结果表明,通过对算法进行ISE仿真和Matlab显示处理,得到色彩饱和度较高的彩色图像,峰值信噪比（PSNR）为30～36dB。整个处理过程有效地简化了片上系统（SOC）的图像处理过程,提高了算法的运算速度,节省了芯片面积且降低了系统功耗,为CMOS图像传感器的片上系统集成化设计提供了技术支持。

256×256 CMOS读出电路随机开窗的简易实现

介绍了一种实现CMOS读出电路的随机开窗口的方法。该方法采用译码器的方式实现,与传统的移位寄存器实现读出电路随机开窗相比,该方法的优点是电路结构简单、版图占用芯片面积小、功耗低,以及操作灵活。主要介绍了采用译码器实现随机开窗的原理和电路设计,并给出了相应的仿真波形。

多通道扫描CCD相机的低噪声设计

根据CCD成像电路的特点并结合高速电路信号完整性(SI)和电源完整性(PI)的分析方法,基于16×8线阵CCD器件,设计出具有低噪声、高动态范围的多通道扫描CCD相机。经实际测试,CCD输出信号的均方根噪声降到了0.25mV以下,在饱和信号幅度80%的条件下,信噪比达到了1000∶1。

格雷码在焦平面CMOS读出电路中的应用

介绍了一种利用格雷码在焦平面CMOS读出电路中实现灵活读出方式,并且改善芯片整体性能的设计思想,采用的仿真设计工具是Cadence IC 5.0。在分析格雷码特征的基础上,利用格雷码的反射性和单步循环特性设计了一种不同于传统结构的新型读出电路,并给出了相应的仿真波形。该读出电路以较简单的结构实现了四种顺序的读出方式,同时降低了芯片功耗并提高了稳定性。

一种应用于CMOS图像传感器的电容阵列PGA研究

研究了一种应用于1 024×1 024CMOS图像传感器中的温度计码电容阵列型可编程增益放大器(PGA)。该PGA采用开关电容阵列结构,通过改变输入与反馈电容值,实现了0～18dB的增益;同时,该PGA具有结构简单、电容阵列面积小、带宽大和反馈系数大等特点,其增益带宽50MHz、总谐波失真(THD)小于50dB。该PGA的信号处理能力完全满足12MHz速率、69dB动态范围CMOS图像传感器内部集成ADC对模拟输入信号的要求。