1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
2 华东师范大学物理与电子学院,上海 200241
为解决激光扫描投影系统标定过程中易受环境光干扰、合作目标扫描时间长等问题,首先研究了应用于激光扫描投影合作目标定位的相关双采样探测方法,设计了适用于激光扫描投影仪的探测模块,经实验验证,设计的相关双采样探测模块在输入信号干扰比为-29.5 dB时仍能稳定地检测出激光光斑是否落在合作目标的高反射区。然后,针对相关双采样探测的特点,设计了一种基于二分原理的非连续扫描方法,以实现合作目标中心位置的快速提取。最后,使用此方法与栅矩形扫描方法对投影距离为3000 mm处的三个合作目标进行扫描探测和中心位置提取,实验结果表明,栅矩形扫描方式需获取10000个扫描点,而基于相关双采样探测的非连续扫描方法减少了97.4%的扫描点,且中心定位偏差优于0.06 mm。所研究的方法能够提高激光扫描投影系统合作目标探测过程的环境光自适应能力,大幅减少扫描点的同时还能保证中心位置提取精度。
激光扫描投影 相关双采样 二分原理 合作目标
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室, 南京 210023
提出了一种新颖的两级相关双采样(CDS)电路,用于消除基于时间幅度转换器(TAC)结构的高密度光子飞行时间(TOF)阵列探测器的固定模式噪声(FPN)。相比于传统的全差分电路,该电路的结构更加简单,每一级仅使用两个开关管和一个采样电容。电路采用SMIC 0.18 μm标准CMOS工艺制造,面积仅为40 μm×35 μm,静态功耗仅为301 μW。测试结果表明,所提出的两级CDS电路具有99.98%的高线性度,在1.8 V电源下实现了0.9 V的宽输出摆幅,FPN总量减少了54%以上。提出的CDS方案可以有效消除阵列的像素级和列级的FPN,非常适用于基于TAC的高密度TOF阵列探测器。
时间幅度转换器 飞行时间 固定模式噪声 相关双采样电路 time-amplitude converter time of flight fixed pattern noise correlated double sampling
大连理工大学 微电子学院, 辽宁 大连 116024
针对图像传感器中传统列级模数转换器(ADC)难以实现高帧频的问题, 提出了一种由逐次逼近寄存器型(SAR)ADC和单斜坡型(SS)ADC组成的混合型高速列级ADC, 使转换周期相较于传统的SS ADC缩短约97%; 利用SAR ADC的电容实现像素的相关双采样(CDS), 在模拟域做差, 使CDS的量化时间缩短至一个转换周期, 进一步提高了ADC的量化速度; 为了保证列级ADC的线性度, 提出了一种1bit冗余算法, 可实现+0.13/-0.12 LSB的微分非线性和+0.18/-0.93 LSB的积分非线性。基于180nm CMOS工艺的仿真结果表明, 该列级ADC在50MHz时钟下, 转换周期仅为1μs, 无杂散动态范围为73.50dB, 信噪失真比为66.65dB, 有效位数为10.78bit。
图像传感器 高速列级ADC 逐次逼近寄存器 ADC 单斜坡ADC 混合型ADC 相关双采样 image sensor high-speed column-level ADC successive approximation register ADC single slope ADC hybrid ADC correlated double sampling
中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
设计了一款高帧频高灵敏度双通道16元线列PINCMOS图像传感器。相对于传统的pn结光电二极管,PIN光电二极管具有结电容小和量子效率高的优点,可以降低CTIA像素电路的噪声,提高信噪比;同时采用一种新型的相关双采样电路结构,可以在边积分边读出的模式下实现相关双采样,抑制像素复位带来的KTC噪声。基于0.35μm PINCMOS工艺进行了线列CMOS图像传感器流片,并对器件的光电性能进行了测试。测试结果表明:在像元尺寸为90μm×90μm,700nm波长下,器件灵敏度达3000V/(lx·s),量子效率为96%;在40kHz高帧频、0.05lx光照条件下器件信噪比为7,适于弱信号下的高速探测。
CMOS图像传感器 CTIA像素电路 PIN光电二极管 相关双采样电路 CMOS image sensors CTIA pixel circuit PIN photodiode correlated double sampling
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
由于受温度变化的影响, 高分辨力遥感相机焦平面 CCD采样信号的相位会发生变化, 采样位置的温度漂移会严重影响图像的信噪比、动态范围等, 甚至会造成图像无法正常显示。为了解决采样位置随温度漂移的问题, 对高分辨力遥感相机CCD采样位置进行了自适应补偿设计, 首先对CCD采样信号的初始位置进行精密调节, 然后设计了自适应补偿电路, 通过对功耗的控制使各驱动芯片温度基本一致, CCD信号与采样信号在温度变化上具有跟踪性, 在动态上保证CCD信号采样位置的准确性, 从而保证图像信噪比的稳定性。实验表明, 利用该方法, 相关双采样信号的初始位置调节精度小于0.039 ns; 在卫星在轨温度范围内, 相关双采样信号延时最大值为0.46 ns, 保证了相机的高质量成像, 满足航天应用需要。
高分辨力遥感相机 相关双采样 温度 自适应补偿 high-resolution remote sensing cameras Correlated Double Sampling(CDS) temperature adaptive compensation
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
面阵CCD及线阵CCD不能胜任海洋目标观测的要求,选用具有高信噪比高灵敏度的时间延迟积分CCD(Time delay integration CCD, TDI-CCD)作为 探测器并实现其驱动电路。在图像采集过程中,TDI-CCD探测器使用两个读取端口输出。 该探测器驱动电路产 生TDI-CCD和A/D的驱动时序。CCD的模拟输出信号被A/D采样,转换成可被计算机识别 的数字信号。采用FPGA作为主控芯片,产生驱动时序,接收被A/D转换过的数字信号, 并发送图像至计算机。利用相关双采样(Correlated double sampling, CDS)技术滤除TDI-CCD模 拟输出信号的相关噪声,提高信号的信噪比。现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)代码在ISE14.7下进行仿真,实验表明,研制的TDI-CCD驱动电路能够产生CCD要求的驱动时序。
驱动时序 现场可编程门阵列(FPGA) 相关双采样(CDS) TDI-CCD TDI-CCD driving sequence field programmable gate array correlated double sampling 大气与环境光学学报
2019, 14(5): 385
1 南京理工大学 机械工程学院, 江苏 南京 210094
2 清华大学 电子工程系, 北京 100084
提出了一种高均匀性低噪声的读出电路, 该电路通过抑制非制冷红外焦平面阵列固定模式噪声, 从而可实现高质量的红外图像.该电路前端采用了行共享的增益可控NMOS管抑制像元固定模式噪声, 同时采用了新型的相关双采样电路抑制列固定模式噪声.在仿真基础上, 采用了AMS 0.35 μm CMOS工艺完成了16 × 16像元芯片的制备.对芯片的大量测试结果表明提出的读出电路可以有效地降低非制冷红外焦平面阵列的固定模式噪声, 同时具有高均匀性的特点, 适用于高性能非制冷红外探测器.
读出电路 固定模式噪声抑制 相关双采样 高均匀性 readout circuit fixed patter noise suppression correlated double sampling high uniformity
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
随着航天遥感载荷的日益复杂,CCD成像电路中相关双采样芯片(CDS)和通用A/D芯片构成的 模数转换电路已不能满足要求。提出了基于集成相关双采样电路和A/D电路的单芯片(AD9814)CCD模 数转换电路方案,用于星载光谱仪设备。介绍了该方案的芯片选择、软硬件设计和实验电路构建,并 进行了相关实验,结果表明此光学系统的信噪比优于12 bit, AD9814的抗辐照指标为15 krad, 所提出方案可用于航天工程。
图像处理 相关双采样 成像光谱仪 航天器件 imaging processing correlated double-sampling imaging spectrometer space devices
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033
对遥感相机成像电子学系统进行了温度适应性设计,以使其在温度大范围变化时或电路存在局部温差时均能实现高质量成像。分析了成像链路中的温度延时因素,提出了温度适应性设计方案和相关双采样(CDS)位置的初始精密对准方法,并进行了实验验证。该方法将CCD驱动器的输出经分压整形处理后作为双采样信号的时序基准,从而使双采样信号具备自适应跟踪能力;利用RC电路低通滤波特性对双采样初始位置进行精密对准,最后,在-35~75 ℃对改进后的遥感相机成像电子学系统进行了高低温实验。结果表明:双采样初始位置的延时调节精度达到了0.15 ns;在实验温度范围内,双采样偏离理想位置的延时最大值仅为0.72 ns,相机成像质量达到指标要求,满足空间应用需要。
高分辨力遥感相机 成像系统 温度适应性 相关双采样 high resolution remote sensing camera imaging system temperature adaptability Correlated Double Sampling (CDS) 光学 精密工程
2011, 19(11): 2800
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室, 上海200083
2 中国科学院研究生院, 北京100039
设计了一款低噪声InGaAs焦平面读出电路.提出一种新型相关双采样电路结构, 可在边积分边读出模式下有效抑制积分电容(0.15 pF)的KTC噪声.电路经0.5 μm 5 V Nwell CMOS工艺流片, 测试结果符合设计目标, 在高帧频边积分边读出模式下工作状态良好, 电路噪声约1.7×10-4 V, 动态范围大于80 dB.
红外焦平面 读出电路 边积分边读出 相关双采样 infrared focal plane array(FPA) readout integrated circuit (ROIC) integration while read correlated double sampling