新型CMOS图像传感器的研究

摘要

CMOS图像传感器在工业、交通、多媒体、医学等领域有着广泛的应用。CMOS图像传感器是利用成熟CMOS工艺将感光元件和读出电路集成在同一芯片上，具有高集成度、低功耗等特点。 本文首先介绍了CMOS图像传感器的发展，阐述了不同像素结构CMOS图像传感器的工作原理以及应用范围。 CMOS图像传感器的感光单元一般采用光电二极管，详细分析了光电二极管的工作原理，介绍了现有CMOS工艺兼容的不同结构的光电二极管，说明各自的优缺点，同时阐述了CMOS图像传感器的积分工作原理。 读出电路是CMOS图像传感器的重点单元。采用一种新型结构的读出电路，该电路包含一个动态源随器和一个采样保持电容和一个复位开关，结构简单，时序容易实现，并且是单端输出，有着诸多优点。详细阐述了其工作原理，并对之进行了Pspice模拟仿真。移位寄存器在CMOS图像传感器中，用来给像素单元提供选通信号，实现图像传感器的逐位扫描输出。比较两种移位寄存器单元电路，并对之进行了Pspice模拟仿真，准静态CMOS移位寄存器有通用性好、输出时序有交叠、时钟信号要求低等优点。 详细介绍了版图设计规则以及版图设计的流程和注意事项。并以1.2μm DPDM N阱标准CMOS工艺为基础，设计了256位的测试样品，给出了测试样品的单元版图以及整体版图，完成了流片。 利用CPLD完成驱动信号的设计，并对封装好的芯片进行测试。完成光电转换特性曲线、灵敏度、不均匀性、饱和输出电压、动态范围、功耗等主要的性能参数进行测试，并进行了数据分析。 本文主要完成的工作有：像素单元电路设计及模拟仿真，移位寄存器单元电路设计及模拟仿真，版图设计及流片，封装测试，数据分析。