為提高數字像素圖像傳感器的動態范圍,提出了一種具有自適應參考電壓的脈沖寬度調制讀出方法。該方法將像素陣列分成包含相同數目像素的像素塊,通過參考電壓產生模塊使每個像素塊的參考電壓和像素塊內光照強度相關,理論上這種結構能夠將數字像素圖像傳感器的動態范圍從48 d B提升至96 d B,實際仿真結果為88.16 d B。分析了像素分塊內主要的噪聲來源和參考電壓產生模塊的采樣電容引入的偏差。采用65 nm CMOS工藝實現了4×4的像素塊電路,在高光強和弱光強條件下分別將電路輸出同理論計算值相比較,并分析了產生誤差的原因。 到動態范圍是88.16dB。在較高光強條件下,理論值和輸出值的對比如圖8所示。可以看出:電路輸出比理論計算值偏小,這是因為比較器的輸入管存在柵電容,導致等效CPD增大,根據式(9)、式(10),n2增大,輸出減校圖8高光強下理論計算和電路輸出的比較在較低光強條件下,矢量水聽器-液壓數控縮管機電動液壓縮管機價格低電動縮管機多少錢理論值和輸出值的對比如圖9所示。可以看出較低光強下,電路輸出比理論計算偏小,除上述原因外,還因為比較器在工作電壓較高時的傳輸時延較長,導致n2增大,輸出減校圖9低光強下理論計算和電路輸出的比較結論本文提出的自適應參考電壓的PWM數字像素結構能夠將數字像素圖像傳感器的動態范圍從48dB提升至96dB。對這種結構中參考電壓產生模塊引入的噪聲進行了詳細的分析,并對參考電壓產生模塊采樣電容引起的電路輸出值偏差進行了分析和仿真。采用65nm工藝實現了一個4×4的像素塊電路,仿真得到的動態范圍為88.16dB,并在高光強和弱光強條件下分別將電路輸出同理論計算值相比較,分析了產生誤差的原因。
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