《自光电二极管列阵》ppt课件

1、绪论1 1、图像传感器的主要功能：、图像传感器的主要功能：把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信号，转换为按时序串把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信号，转换为按时序串行输出的视频信号。行输出的视频信号。2 2、图像传感器的主要操作：、图像传感器的主要操作：光电转换：把一定时间内的光强信号转换为电信号；光电转换：把一定时间内的光强信号转换为电信号；扫描读出：把各个像元的电信号扫描读出，获得视频信号。扫描读出：把各个像元的电信号扫描读出，获得视频信号。3 3、固体图像传感器的主要分类：、固体图像传感器的主要分类：电荷耦合器件电荷耦合器件CCDCCD；MOSMOS图像传感器，即自扫描光电二极

2、管列阵图像传感器，即自扫描光电二极管列阵SSPASSPA；电荷耦合光电二极管列阵电荷耦合光电二极管列阵CCPDCCPD；电荷注入器件电荷注入器件CIDCID。4 4、固体图像传感器的主要优点：、固体图像传感器的主要优点：固体化：全固态器件，耐冲击，可靠性高；固体化：全固态器件，耐冲击，可靠性高；集成化：集成电路工艺制造，体积小，功耗低；集成化：集成电路工艺制造，体积小，功耗低；高性能：灵敏度高、分辨率高、任务频率高高速。高性能：灵敏度高、分辨率高、任务频率高高速。CMOS 图像传感器简介图像传感器分类第一章 自扫描光电二极管列阵SSPA1.1 SSPA线列阵线列阵 1.1.1 线列阵原理线列阵

3、原理 1.1.2 扫描驱动电路扫描驱动电路 1.1.3 光电二极管任务方式光电二极管任务方式 1.1.4 开关噪声及补偿方法开关噪声及补偿方法 1.1.5 多相时钟线列阵多相时钟线列阵1.2 SSPA面列阵面列阵 1.2.1 再充电采样型面阵再充电采样型面阵 1.2.2 电压采样型面阵电压采样型面阵1.3 特殊列阵特殊列阵 1.3.1 环形列阵环形列阵 1.3.2 光栅位移传感器光栅位移传感器 1.3.3 X射线探测列阵射线探测列阵1.1.1 SSPA线列阵原理1 1、SSPASSPA线阵电路框图线阵电路框图1.1.1 SSPA线列阵原理2 2、扫描电路、扫描电路 移位存放器：移位存放器： 每

4、每2 2个时钟周期，个时钟周期，o/p1o/p1端的信号传送到端的信号传送到o/p2o/p2端；端； 信号依次移位，先进先出；信号依次移位，先进先出； 构造简单，容易扩展。构造简单，容易扩展。1.1.1 SSPA线列阵原理2 2、扫描电路、扫描电路 解码器：解码器： n n位二进制输入；位二进制输入； 2n2n个扫描输出；个扫描输出； 可以随机编码；可以随机编码； 构造复杂，不易扩展。构造复杂，不易扩展。1.1.1 SSPA线列阵原理选通开关光电二极管e1e2e3输出电源3 3、简单线阵、简单线阵SSPASSPA电路电路1.1.2 扫描驱动电路n源(S) 栅(G) 漏(D)体(B)ppn源(S

5、) 栅(G) 漏(D)体(B)p沟pp- - - - -GDSa零栅压b负栅压负栅压大于阈值导通；零栅压或正栅压截止。GDSIDSIDS4 4、PMOSPMOS场效应管场效应管1.1.2 扫描驱动电路4 4、普通移位存放器、普通移位存放器abT2T1T4T3Cg1e1COMS21cdT6T5T8T7CgCg2e2N-1eN-1NeN负载管负载管T2&T4T2&T4：低电平导通，导通时相当于电阻，在对应时钟脉：低电平导通，导通时相当于电阻，在对应时钟脉冲为低电平常激活该单元；冲为低电平常激活该单元；反向器反向器T1&T3T1&T3：低电平导通，信号反向双反：低电平导通，信号反向双反= =不反，将

6、本单不反，将本单元输入电平信号传送到下一单元；元输入电平信号传送到下一单元；栅电容栅电容Cg&CgCg&Cg：本单元激活时充电，本单元不激活时坚持电平。：本单元激活时充电，本单元不激活时坚持电平。3 3、普通移位存放器任务原理、普通移位存放器任务原理1 1S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t93 3、普通移位存放器任务原理、普通移位存放器任务原理2 2S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t93 3、普通移位存放器任务原理、普通移位存放器任务原理3 3S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t93 3、普通移

7、位存放器任务原理、普通移位存放器任务原理4 4S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t91.1.2 扫描驱动电路4 4、任务波形、任务波形EOSS12ab(e1)cd(e2)Vot0t1t2t3t4t5t6t7t8t91.1.2 扫描驱动电路4 4、一种低功耗动态移位存放器、一种低功耗动态移位存放器2112.T2T1T4T3CVe1COMS21T6T5e2RLVoN11.1.2 扫描驱动电路5 5、简化电路分析、简化电路分析T1ST5T4e21NCbCN0-V0-VS时当时当SNbNbVVWLCCVWlCC 0 00VCCCVNbbN6 6、任务波形、任务波形1 1

8、S12VN1e2e16 6、任务波形、任务波形2 2S12VN1e2e16 6、任务波形、任务波形2 2S12VN1e2e11.1.2 扫描驱动电路6 6、任务波形、任务波形S12VN1e2Voe11.1.2 扫描驱动电路7 7、电容自举移位存放器的优点、电容自举移位存放器的优点互补驱动电路：T5和T6不同时导通；移位信号到才开场任务：整个移位存放器耗费的功率仅等于一位存放器耗费的功率；功耗极低：0.5mW；CMOS电路性能更好。1.1.2 扫描驱动电路8 8、CMOSCMOS移位存放器移位存放器传输门+反向器1.1.2 扫描驱动电路9 9、仿真电路、仿真电路SV2SC310p00M21pmo

9、sl = 5uW = 5uVDDM14nmosl = 5uW = 5uVCC0D11N437612F2VCC00V55VdcSM1pmosl = 5uW = 5u0I15udcM28nmosl = 5uW = 5uM6nmosl = 5uW = 5uM22nmosl = 5uW = 5uVCCVoM8nmosl = 5uW = 5u0F20VCCM24nmosl = 5uW = 5uM23pmosl = 5uW = 5u0C210pM10nmosl = 5uW = 40uF20M25pmosl = 5uW = 5u0C110pM3pmosl = 5uW = 5u0VCCM2nmosl = 5u

10、W = 5uVCCM7pmosl = 5uW = 5uF1SV4F2VCCM15pmosl = 5uW = 5uVDDSV3F1I35uVCC0R11kM16nmosl = 5uW = 5uVCCM5pmosl = 5uW = 5uM9nmosl = 5uW = 40u0D21N437612VCCF1e2F1e4M27pmosl = 5uW = 5uM12nmosl = 5uW = 5u0D31N437612M26nmosl = 5uW = 5uVCCVCCV15VdcM17pmosl = 5uW = 5uM13pmosl = 5uW = 5u0M4nmosl = 5uW = 5uM11pmo

11、sl = 5uW = 5uM30nmosl = 5uW = 40uSVCC0I25ue3M18nmosl = 5uW = 5u传输门反相器1.1.2 扫描驱动电路9 9、仿真结果、仿真结果1.1.3 光电二极管任务方式1 1、延续任务方式、延续任务方式ILRLVoVBqJLhvPhvhPqJLPPhcqAhPqAIL光电流很小；布线很困难。AIL6121010留意：2 2、电荷存储任务方式、电荷存储任务方式1CVRLVVoe1CdD1T1ILRLVVoe1CdID0H1H2HSH2qVCqdS1qSDTIq 0t01t2t1e0I0H1H2HSH0ISQQSHHH210SDDTIttIq)(1

12、20SLTLttLTIdttIdttIqS0)()(213 3、定量分析、定量分析VCQdZdAMVC2/1002/NqMsidtdCVdtdVCdtdQddLIdtdQdtdVAMZVdtdCZd)1( dtdVVZAMIZL)1 ()1/(1)1(0)1/(1)1(0ZSZZSLZhcMqPTVAMTIVV)1(0)1(ZZSLVVAMTI注：二极管两端的电压与光强注：二极管两端的电压与光强P P和积分时间和积分时间TsTs的乘积成比例。的乘积成比例。3 3、延续任务方式与电荷存储方式的比较、延续任务方式与电荷存储方式的比较ILRLVoVBhv1CVRLVVoe1CdD1T10ISLTIq

13、dSLCTIVSLdLSLTICRTII0SLTIIG0光电流增益很大；光电流增益很大；布线容易；布线容易；视频输出线电容影响大。视频输出线电容影响大。1.1.3 开关噪声及补偿方法1 1、开关噪声、开关噪声12e1+5Ve2RLVoNe2开关噪声光信号1.1.3 开关噪声及补偿方法2 2、补偿方式、补偿方式1 1：补偿列阵：补偿列阵e1e2RLVNe212SEOS12COMRLVoNRSRSRRfVoutTT噪声信号补偿列阵光电列阵移 位 寄 存 器1.1.3 开关噪声及补偿方法2 2、补偿方式、补偿方式2 2：临近位相关法：临近位相关法e1e2e312SEOS01COMVOVoutT信号移

14、 位 寄 存 器2VN3噪声电源1.1.4 多相时钟线列阵1 1、四相时钟线列阵、四相时钟线列阵12S奇EOSVO奇移 位 寄 存 器1CVCOMRL3N-1偶EOSVO偶CVRL2N4移 位 寄 存 器12S1e3e1Ne2e4eNe1.1.4 多相时钟线列阵2 2、任务波形、任务波形1212S奇OV偶OV奇EOS偶EOS1.1.4 多相时钟线列阵3 3、任务方式、任务方式p两组互补的时钟相位错开1/4周期，得到的奇数位信号和偶数位信号正好错开半位，两路视频信号合在一同，可得到延续按时序分布的串行视频信号；p把奇偶两组移位存放器的时钟和S信号合用一组一样的信号，那么得到两路奇偶视频信号分开的

15、并行输出信号，分别并行读出，任务频率提高一倍。p两组时钟一样，但第二组偶数的起始信号S2由第一组移位存放器的EOS输出信号加适当驱动后替代，同时第一组的起始脉冲信号S1的周期加长一倍以上，可得到奇数位视频信号在前，偶数位视频信号在后，分组串行输出的视频信号。该方法可简化外部时钟驱动电路。1.1.4 多相时钟线列阵4 4、八相时钟线阵、八相时钟线阵优点：优点： 提高象元中心间距；提高象元中心间距； 提高信号输出频率；提高信号输出频率； 早期有运用，目前不需求。早期有运用，目前不需求。缺陷：缺陷： 增大驱动电路面积；增大驱动电路面积； 添加相位匹配困难；添加相位匹配困难； 添加固定方式噪声；添加固

16、定方式噪声；构成：在四相时钟线阵根底上，在上下两个构成：在四相时钟线阵根底上，在上下两个移位存放器输出上分别添加两相时钟控制。移位存放器输出上分别添加两相时钟控制。1.2 SSPA面列阵面列阵1.2.1 再充电采样型面列阵再充电采样型面列阵EOL程度X扫描电路1HEOF2H3H4HoutV1V2V3VLRBV列线行线111213142122232431323334单元电路栅漏垂直Y扫描电路1.2 SSPA面列阵面列阵1.2.1 再充电采样型面列阵再充电采样型面列阵EOL1HEOF2H3H4HoutV1V2V3VstLfbt行回扫采样时间EOLT)2(EOLFfbTt场回扫行采样周期1.2.2

17、电压采样型面列阵1 1、电路构造、电路构造Vdde1comVo14comVo13(2,41)(2,1)Vo1comcom(1,41)comCOMcomcom(13,41)e2Vo2com扫 描 电 路e40CP(2,2)(1,2)(1,1)(14,2)come41(14,1)(13,2)(13,1)comcome3(14,41)comSYNC1.2.2 电压采样型面列阵2 2、电路分析、电路分析1e)15(VVDDLRdC)5(VCOM 2eoVD1T2T3T)15(VVDDLRdC)5(VCOM oVD1T2T3T)15(VVDDLRdC)5(VCOM oVD1T2T3Ta单元电路b预充电c

18、放大读出特点：特点：有源极跟随放大，视频输出电压大；有源极跟随放大，视频输出电压大；视频信号为箱形波，视频信号为箱形波，ADAD转换方便；转换方便；低光照时高电压，高光照时低电压；低光照时高电压，高光照时低电压；尖峰噪声叠加在箱形波上，影响较大。尖峰噪声叠加在箱形波上，影响较大。复位开关源极跟随选通开关431.2.2 电压采样型面列阵3 3、任务波形、任务波形1212345637 38 39 40 41421oV14oV亮区暗区亮区亮区暗区亮区SYNC1.2.2 电压采样型面列阵4 4、噪声消除方法、噪声消除方法低噪声扫描电路；去耦合 MOSFET；积分电路。1.3 特殊列阵特殊列阵1.3.1 环形列阵环形列阵a等效电路b几何尺寸c任务波形1.3.2 粗光栅位移传感器列阵a列阵构造b任务波形S