设计并验证了一款可选分辨率、高速1024线列CMOS图像传感器。为了优化列总线读出速率, 芯片采用总线分割技术以减小总线寄生电容, 有效提升了信号读出速率。传感器具有4种可选择分辨率功能, 使其具有更高的帧频。设计的芯片采用0.5μm标准CMOS工艺成功流片, 验证了设计的正确性。测试结果表明: 满阱容量为4.76Me-/像素, 动态范围为75dB; 在128分辨率下, 帧频能达到36000frames/s。

设计了一款基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器。传感器基于一种新型的结构, 其可在时间域下探测高输入光强, 在模拟域下探测低输入光强。该设计在传统电容反馈式跨阻放大器(CTIA)的基础上, 新增了时间域测量电路, 在不改变原有积分过程的同时可实现连续的大动态范围。基于0.35μm, 5V-CMOS工艺进行了256×1线列CMOS图像传感器流片, 光电二极管面积为22.5μm×22.5μm, 并对器件的光电特性进行了后仿真验证。仿真测试结果表明, 基于时间域读出的图像传感器可实现96dB的大动态范围, 且时间域和模拟域的两路输出信号可同步输出, 功耗为7.98mW。

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求, 设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管, 读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片, 为了抑制光电二极管的光谱干涉效应, 后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺, 并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期, 成像效果良好, 像素具备积分可调和全局快门功能, 最终实现的像素规模为512×256, 像元尺寸为30μm×30μm, 最大满阱电子为400ke-, FPN小于0.2%, 动态范围为72dB, 帧频为450f/s, 相邻10nm波段范围内量子效率相差小于10%, 可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积, 采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率, 采用没有体效应的PMOS源跟随器, 同时减小PMOS管的宽长比, 有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上, 采用顶层金属走线, 降低寄生电阻和电容, 提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片, 得到器件像元阵列为5×1030, 像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明: 该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定, 其线性度达到98%, 线性动态范围为76dB。

设计了一款高帧频高灵敏度双通道16元线列PINCMOS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 PINCMOS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。