高性能大动态范围CMOS图像传感器时序控制电路的设计

摘要

该论文是“高性能大动态范围CMOS图像传感器设计”研究工作的一部分。由于CMOS工艺的成熟和固体图像传感器技术的发展，CMOS图像传感器以其功耗低，动态范围宽，可靠性高，体积小，价格便宜等特点，成为图像处理技术中的关键设备，广泛应用于摄像机、数码相机、移动通讯产品、安全监控、汽车安全气囊、指纹识别等领域。 该项目包括像素阵列、信号可编程增益放大器、模数转换器和时序控制电路的设计，属于超大规模数模混合电路设计。项目的完成可以为设计图像采集和处理方面的专用集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础。 该论文主要论述了CMOS图像传感器时序控制电路的系统设计和实现方法。详细介绍和比较了双采样结构CMOS图像传感器常用的两种时序关系：滚筒式曝光方式和并行式曝光方式。鉴于要实现高帧频的设计要求，该设计中的CMOS图像传感器控制电路采用并行式曝光的时序控制方式。在设计过程中，遵循自顶向下的设计方法，在时序关系分析的基础上完成模块的划分，运用Verilog硬件描述语言分别进行各子模块的程序设计，功能仿真，综合以及综合后的门级仿真。 在各子模块设计无误的前提下，完成整体模块的调试，综合和仿真。通过FPGA硬件验证无误后，完成了CMOS图像传感器时序控制电路的布局布线和版图设计工作。

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第一章绪论

1.1 CMOS图像传感器发展概述

1.2 CMOS图像传感器性能分析

1.3选题的意义

第二章CMOS图像传感器的结构和工作原理

2.1 CMOS图像传感器的设计要求和总体结构

2.1.1 CMOS图像传感器的设计要求

2.1.2 CMOS图像传感器的总体结构

2.2 CMOS图像传感器各功能模块的结构和工作原理

2.2.1像素单元的结构和工作原理

2.2.2第一级放大器的结构和工作原理

2.2.3第二级放大器的结构和工作原理

2.2.4增益可编程放大器的结构和工作原理

2.2.5模数转换器的结构和工作原理

第三章CMOS图像传感器时序控制电路的设计

3.1 CMOS图像传感器时序控制电路的设计思路

3.1.1 CMOS图像传感器控制电路时序的两种设计方法

3.1.2两种控制电路时序的比较

3.2 CMOS图像传感器时序控制电路的模块设计

3.2.1特殊寄存器模块SReg

3.2.2时钟分频模块

3.2.3长短积分计时模块timer

3.2.4第一级放大器控制模块amp1_ctr1

3.2.5第二级放大器控制模块amp2_ctr1

3.2.6增益可编程放大器控制模块DPGA_ctr1

3.2.7模数转换器控制模块AD_ctr1

3.2.8行选择及解码模块Row_se1和Row_decoder

3.2.9列选择及解码模块Col_sel和Col_decoder

3.2.10开始暂停模块StartOrPause_ctr1

3.2.11顶层控制模块TimingCtr1

3.3 CMOS图像传感器时序控制电路的FPGA验证

第四章布局布线和版图设计

4.1 CMOS图像传感器时序控制电路的布局规划

4.2 CMOS图像传感器时序控制电路的布线

4.2.1电源线地线的布线

4.2.2时钟信号的布线

4.2.3单元连线布线

第五章总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢