CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑(3)

CMOS图像传感器的基本原理及设计

像传感器允许片上的寄存器通过I2C总线对摄像机编程,具有动态范围宽、抗浮散且几乎没有拖影的优点。

4、CMOS APS的潜在优点和设计方法

4．1 CMOS APS胜过CCD图像传感器的潜在优点

z CMOS APS胜过CCD图像传感器的潜在优点包括[1]～[5]：

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。

z 与硅探测器有关,需要解决的难题和争论点包括[1]～[2]：

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。

4．2 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。

5、像素电路结构设计

目前,已设计的CMOS图像传感器像素结构有：空隙积累二极管（HAD）型结构、光电二极管型无源像素结构、光电二极管型有源像素结构、对数变换积分电路型结构、掩埋电荷积累和敏感晶体管阵列（BCAST）型结构、低压驱动掩埋光电二极管（LV－BPD）型结构、深P阱光电二极管型结构、针型光电二极管（PPD）结构和光栅型有源像素结构等。

5．1CMOS　PPS像素结构设计

光电二极管型CMOS无源像素传感器（CMOS PPS）的结构自从1967年Weckler首次提出以来实质上一直没有变化,其结构如图1所示。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。当开关管开启时,光敏二极管与垂直的列线连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路保持列线电压为一常数,并减小KTC噪声。当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时,其电压被复位到列线电压水平,与此同时,与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为