高光谱成像用高速CMOS图像传感器设计
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(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)

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Design of High-speed CMOS Image Sensor for Hyperspectral Imaging
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(1. The 11th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100016, CHN;2. Chongqing Optoelectronics Research Institute, Chongqing 400060, CHN;3. School of Microelectonics, Tianjin University, Tianjin 300072, CHN)

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    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.

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  • 收稿日期:2020-03-15
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