基于数字图像像素单元建立准三维FLAC^(3D)模型

在实际应用中,即使是建立较为简单的不规则准三维模型,FLAC3D也存在一定难度,因此,提出了一种快速建立FLAC3D准三维模型的方法,即基于数字图像像素单元的位置属性建立FLAC3D准三维模型,并根据像素单元的颜色属性对所建立模型进行分组,以便实现对模型单元赋予不同属性材料或者建立不同功能模块(如开挖、回填)。借助上述思想,采用Visual Basic语言编写了IMAGE-FLAC3D接口程序,实现了FLAC3D软件建模的直观、快速和自动化。通过建立土石混合体有限差分模型和库岸滑坡有限差分模型,检验了该方法及程序的有效性和可行性。在此基础上,借助强度折减法对所建立库岸滑坡模型进行稳定性分析,分析结果与极限平衡法所得结果相近,说明了所建模型的可计算性。该方法可作为数字图像服务于岩土工程的典型范例。

高转移效率时间飞行(TOF)图像传感器的像素单元优化

针对TOF图像传感器转移效率不高的问题,利用Silvaco软件基于0.18μm CMOS工艺对传感器进行了建模和优化。通过电学和光学仿真,模拟了TOF图像传感器的复位、曝光等工作状态,探讨了曝光强度、曝光时间等对器件量子效率的影响。通过对模型进行防穿通注入工艺优化,很好地实现了钳位光电二极管和浮空节点的隔离。探讨了TOF中PPD的电荷快速转移优化,通过公式计算,获得改进后的优化模型,仿真结果证明其具有良好的转移速度和转移效率,平均转移时间节省近10倍,大大提高了电荷转移效率,为TOF图像传感器的优化和设计提供一个改进思路。

直接注入型IRFPA读出电路像素单元的研究

像素单元电路是读出电路的核心单元电路,其性能直接关系到整个焦平面成像的性能。文章从电路结构设计、注入效率的分析、电荷存储能力的分析、非线性的优化设计对直接注入型像素单元电路进行了研究。通过仿真,主要分析了像素单元电路中器件参数对注入效率的影响,以及积分电容对读出电路的电荷存储能力及非线性的影响。基于研究结果设计的读出电路采用了CSMC 0.5μm工艺进行流片验证,实测结果表明,电路具有较好的特性,芯片已成功应用于国内某研究所致冷型探测器组件中。

在电阻阵列像素单元中使用过驱动技术的电路设计

设计了一种用于研究在电阻阵像素单元中使用过驱动技术的电路结构。与国外过驱动技术的实现方式相比,该方式采用开环控制形式,省去了系统闭环计算和查表环节,节省了系统资源,改善了系统的实时性。该电路结构是通过分析过驱动技术原理而设计的,能满足对电阻阵微桥电阻热响应时间t_1、过驱动因子Kod和温度动态范围的研究要求,而且符合像素单元面积的限制条件,其Kod在1~1.5的范围内是可调的。对该电路进行了仿真、版图设计,并请华润上华公司（CSMC）用0.5μm工艺进行了流片,最后用搭建的测试系统对该电路的功能进行了验证。结果表明,该电路的过驱动因子符合设计要求。

CMOS有源光电传感器像素采集单元成像质量分析

针对CMOS光电二极管型有源像素采集单元中存在的拖影问题,从像素采集单元的工作原理入手,利用光电二极管的等效电路模型,对像素采集单元的光电转换状态和置位状态进行分析。得出造成拖影的根本原因是光电二极管置位后的电压与上一周期末光电二极管的光生电压有关。

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。

阶梯光栅多视点自由立体显示的子像素排列

自由立体显示是显示领域的重要前沿方向。提出一种阶梯光栅多视点自由立体显示的子像素排列方法,该方法通过构建图像视点数矩阵,得到不同光栅倾斜角和不同视点数的阶梯光栅自由立体显示的子像素排列结果,并总结出合成图的像素单元与视差图的像素相对应的图像子像素排列规律。采用该子像素排列方法制作了阶梯光栅多视点自由立体显示器,获得了良好的立体显示效果,从而验证了该方法的正确性。

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。

一种高亮度均匀性硅基OLED像素电路设计

提出了一种可提高亮度均匀性的用于高分辨率硅基OLED微显示器的像素电路。该像素电路包含4个MOS管和1个电容(4T1C),通过对不同像素驱动管之间的阈值电压(Vth)的差值进行补偿,从而提高各个像素之间亮度均匀性。该电路采用0.18μm 1P6M混合信号工艺完成了电路设计和仿真验证,子像素面积仅为9μm×3μm,像素密度达2 822 PPI。仿真结果表明,在不补偿阈值电压的时候,像素之间电流的偏差从-62.6%变化到61.7%,补偿后,像素之间电流的偏差从-14.8%变化到11.8%。

一种提高硅基OLED微显示器对比度的像素电路

提出了一种应用于硅基有机发光二极管(Organic light emitting diode,OLED)微显示驱动芯片的新型像素单元电路,具有三个MOSFET和一个存储电容。相比传统的电压驱动像素单元电路,增加的一个MOSFET,可以根据输入数据的变化,自动调节其等效电阻,降低像素单元的最小输出电流。本像素电路能够在较宽的OLED公共阴极电压范围内维持很大的电流比率。该电路采用SMIC 0.35μm 2P4M混合信号工艺进行设计,目前已成功应用于一款分辨率为800×600,像素节距为15μm×15μm的硅基OLED驱动芯片,经测试验证,输出电流范围为280pA^65nA,可以同时满足OLED阵列高亮度和高对比度的要求。

含污秽薄层的高压复合绝缘子表面电场计算新方法

为研究复合绝缘子污闪机理,需对含污层的复合绝缘子进行电场分析,然而绝缘子表面污秽层厚度数量级达10?4m,甚至更小,远远小于绝缘子的尺寸。目前现有的有限元及边界元电场计算方法都无法解决此类多空间尺度的场域分析问题。为此,提出一种基于数字图像处理的污秽绝缘子表面电场计算新方法,该方法首先应用图像处理技术对m×n大小绝缘子图像二值化处理,利用像素单元实现区域的网格剖分,同时在像素单元基础上建立阻抗数学模型;然后形成(m×n)×(m×n)大小的节点导纳矩阵,采取节点电压法对其进行电网络分析,得到污秽绝缘子表面电场分布。实例计算表明,与其他算法相比,该方法对于含污层的复合绝缘子电场计算具有明显优势,为复合绝缘子表面污闪机理的研究提供了新的有效的电场计算方法。

对文字进行矢量化的一种算法研究

激光雕刻系统中的文字处理通常采用文字的位图形式,位图存储容量大,放大后有明显的失真,难以提高雕刻的速度,而矢量图形能很好地克服位图的缺点。提出一种把位图形式的文字转换为矢量形式的文字的算法。

一种高分辨率硅基OLED驱动芯片设计

设计了一款分辨率为1400×1050的OLED微显示器驱动芯片。利用10位的DAC将数字视频信号转成模拟信号,内置10位计数器和数字比较器完成视频信号的传输,内置温度检测、负压电源CUK电路、正压电源LDO以及I2C接口等模块电路,可满足硅基OLED微显示器高集成度的需要。像素电路采用了改进的电压型驱动方式,能够在较宽的OLED公共阴极电压范围内维持很大的电流比率。采用0.18μm 1P6M混合信号工艺完成了电路设计和仿真验证,仿真结果表明,芯片在120M时钟频率下能够实现256级灰度,输出OLED像素电流范围为11pA^215nA,可以满足高分辨率OLED阵列高亮度和高对比度的要求。

320×256红外焦平面阵列读出电路的设计

提出了一种320×256红外焦平面阵列读出电路的原理及电路设计,采用直接注入的单元电路,在给定的单元面积内可以获得较大的积分电容。相关的320×256阵列读出电路已经在0.5μm双层多晶三层铝N阱CMOS工艺线上实现,整体芯片的面积为9.0 mm×11.2 mm。实测结果表明芯片在常温和低温77 K时都工作正常,工作频率大于5 MHz,整电路的功耗为48 mW左右,动态范围是75 dB,噪声电压为0.5 mV。

640×512-25μm多功能红外读出电路设计

以上华0.35μm 5 V工艺设计了一款640×512-25μm多功能红外读出电路。该红外读出电路工作在80 K温度条件下适合多种红外探测器,如InSb, HgCdTe和InGaAs。此设计在分析各模块实现的基础上,重点设计了像素单元以及阵列的读出方式。同时,利用相关双采样技术,降低了信道里产生的噪声。最后,对该设计的电路进行单路、双路和四路仿真。其中工作频率为5 MHz,系统默认工作帧频为60 Hz,最大功耗为180 mW,输出摆幅大于3 V,线性度也在99%以上。

分辨率为800×600的硅基OLED微显示驱动芯片设计

设计了一款用于驱动分辨率为800×600的OLED微显示器的驱动芯片,利用10位的DAC将数字视频信号转成模拟信号,然后经过两个8位DAC实现数据的偏压和增益调整,可以适应微显示器在不同环境下对亮度和对比度的需要。像素电路采用了改进型的电压型驱动方式,能够在较宽的OLED公共阴极电压范围内维持很大的电流比率。该电路采用0.35μm 2P4M混合信号工艺完成了设计,进行了流片验证,已在芯片表面成功制作了OLED阵列,实现了微显示器的静态和动态画面显示,微显示器亮度可达11 000cd/m2,在此条件下,对比度可达到10 000∶1。

从专利角度浅谈电子屏幕护眼技术

在如今网络学习不可避免的情形下,使用护眼的电子显示屏幕是缓解儿童视力问题的关键之一。本文从电子屏幕护眼技术的需求现状出发,通过对护眼技术相关专利文献的检索、筛选和分析,总结出实现护眼功能的若干途径,希望在父母为儿童的网络学习选购护眼的电子产品时,能够为其提供一些技术参考,也为护眼电子产品厂商提供技术改进方面的思路。

探测X射线的科学级相机 X射线像素探测器

以同步辐射装置为代表的先进光源是重要的多学科研究平台,但相应的探测器技术却成为长期限制光源发展的瓶颈问题。中国科学院高能物理研究所魏微研究员带领团队经长期研究,实现了我国同步辐射高端探测器零的突破;研制小像素单元探测器填补了国内空白,在国际上首次实现了同步辐射四维探测新模式,完成了粒子物理实验顶点探测器、自由电子激光等大科学装置的原型芯片研制。

一种用于红外焦平面阵列的读出电路设计

在红外焦平面阵列系统成像过程中,读出电路作为重要组成部分,其噪声大小以及信号处理能力决定了系统成像的质量。文中针对红外焦平面阵列设计了一种具有高线性度、低噪声的读出电路模拟通路结构,该结构主要包括像素单元、电平移位器和相关双采样电路,可以有效抑制电路中存在的FPN噪声。为了验证电路的性能,采用CSMC 0.18μm 3.3 V工艺进行验证,仿真结果表明,输入电流在60~500 pA范围内变化时,电路的线性度为0.9994;在输入电流为500 pA时,电路输出噪声为150μV,动态范围为79 dB。

CMOS图像传感器光导通路的工艺开发

开发了CMOS图像传感器的光导通路工艺。通过使用优化的沟槽刻蚀工艺和光导通路线宽,在保持暗电流不变的情况下大幅提升了像素单元的灵敏度。研究发现,光导通路线宽直接影响暗电流的大小,线宽过大造成的金属玷污直接影响像素单元的暗电流。综合考虑灵敏度、暗电流和工艺偏差,光导通路线宽设置为4μm,其在保证暗电流不增加的情况下提升30%左右的灵敏度。