CCD图像传感器读出电路研究与设计

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1、分类号密级注1UDC学位论文CCD图像传感器读出电路研究与设计（题名和副题名）罗彦（作者姓名）指导教师姓名李竞春副教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别硕士专业名称微电子学与固体电子学论文提交日期2009.4论文答辩日期2009.5学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2009年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子

2、科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要CCD图像传感器读出电路是CCD器件与后续数字信号处理电

3、路之间的接口，其作用是放大CCD器件输出的微弱信号，并滤除各种噪声。读出电路的性能决定了整个CCD系统的精度。随着CCD器件速度和象元数的不断提高，要求读出电路具有更高的速度、更低的噪声、更大的动态范围以及更多功能的单片集成。本文研究了单片集成的CCD读出电路，设计了前置放大器、低通滤波器和相关双采样三个子模块电路。设计过程中主要从精度、速度和噪声三方面探讨了各个子模块的理论模型和相应的电路实现途径，同时基于UMC0.18μmCMOS工艺设计了读出频率为2MHz，精度在10位以上的CCD图像传感器读出电路。主要内容包括以下几方面：1)系统阐述和分析了CCD器件

4、结构及其产生的噪声，侧重对于在噪声中占主要成分的输出复位噪声进行了研究，推导了复位噪声随时间变化的表达式，分析了复位噪声的相关性并计算了相关系数。基于复位噪声的相关性，采用相关双采样电路降低复位噪声。2)基于前置放大器结构，分析了影响前置放大器精度和速度的因素，如运放有限增益，有限带宽，噪声和失调电压等。通过分析，推导了用于读出电路的运算放大器的指标。同时基于2MHz读出频率和相关双采样抑制噪声的要求，确定了低通滤波器的-3dB带宽。3)设计了用于CCD读出电路各个模块的运算放大器，包括可驱动低阻抗的带输出级的运放和用于缓冲隔离的普通运放。运放设计过程中还分析

5、和推导了噪声和失调电压，通过优化参数将噪声和失调电压降至最低。仿真结果，运放增益78dB，单位增益带宽30MHz，相位裕度58˚，满足系统设计的要求。4)推导了相关双采样的系统函数。设计了两种相关双采样电路，分析了相关双采样电路中的电荷注入等误差，通过分析和仿真结果表明，第二种相关双采样电路能够将误差降至最低，满足系统10位精度要求。5)基于UMC0.18μmCMOS工艺，设计仿真了用于CCD图像传感器的读出电路，电源电压3.3V，读出频率为2MHz，最大输出信号为1V。仿真结I摘要果表明，读出电路信号放大倍数为5倍。精度在0.4mV之内，对于1V的满幅信号，

6、精度满足10位以上。关键词：CCD读出电路，复位噪声，运算放大器，相关双采样IIABSTRACTABSTRACTThereadoutcircuitofCCDimagesensoristheinterfaceofCCDdeviceandthefollowingDSPcircuits.Thefunctionofreadoutcircuitistoamplifythelowsignalandrejectthenoise.AndtheaccuracyoftheallCCDsystemisdeterminedbytheperformanceofthereadoutcir

7、cuit.Withthespeedbecomingfasterandthespotsbecomingmore,thecircuitneedtooperatefaster,lessnoisy,andhavemoredynamicrangeandmorefunctionsintegrated.ThisthesisstudiestheCCDreadoutcircuitintegratedonsinglechip.Thesub-moduleincludespre-amplifier,lowpassfilterandthecorrelateddoublesampling

8、circuit.Onthedesign