半导体光电, 2020, 41 (4): 489, 网络出版: 2020-08-18   

高光谱成像用高速CMOS图像传感器设计

Design of Highspeed CMOS Image Sensor for Hyperspectral Imaging
作者单位
1 中国电子科技集团公司第十一研究所, 北京 100016
2 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
3 天津大学 微电子学院, 天津 300072
摘要
针对高帧频、全局曝光、通道数可选等成像应用需求,提出了一种高光谱成像用CMOS图像传感器,重点分析了8T像素结构和读出电路的设计方案与电路原理,完成了芯片的整体仿真和流片验证。结果表明:设计符合预期,成像效果良好,像素具备较高的满阱和全局快门功能,读出电路实现了输出通道数可选功能,同时保证了模拟信号在大面阵、低输出通道数条件下的高速、低噪声输出,最终实现的像素阵列为2048×256,像素尺寸为24μm×24μm,单通道最大输出频率为40×106pixel/s,最高帧频为4000f/s,可满足高光谱成像系统对图像传感器的需求。
Abstract
For the imaging requirements such as high frame rate, global shutter and adjustable output channel amount, a kind of CMOS image sensor for hyperspectral imaging is proposed. The schematic plan and working principles of 8T pixel structure and readout circuit are introduced in detail. Postsimulation and tapeout of this sensor were completed, and the experimental results show the design meets the expectation by achieving targeting features and realizing highspeed and lownoise analog signal output under the condition of large layout area and small amount of output channels. The pixel array size of 2048×256 and the pixel pitch of 24μm×24μm are achieved, the maximum signal output frequency for a single channel is 40×106pixel/s and the frame rate can reach up to 4000f/s, being able to meet the general requirement of a hyperspectral imaging system.

冯国旭, 刘昌举, 刘戈扬, 李明, 徐江涛. 高光谱成像用高速CMOS图像传感器设计[J]. 半导体光电, 2020, 41(4): 489. FENG Guoxu, LIU Changju, LIU Geyang, LI Ming, XU Jiangtao. Design of Highspeed CMOS Image Sensor for Hyperspectral Imaging[J]. Semiconductor Optoelectronics, 2020, 41(4): 489.

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