CMOS探测器自适应信号读出技术研究
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作者:
作者单位:

(1. 上海大学 微电子学院, 上海 201800;2. 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)

作者简介:

于得福(1997-),男,湖南省永州市人,在读硕士研究生,主要从事CMOS探测器读出电路研究;

通讯作者:

中图分类号:

TN386.1

基金项目:

国家自然科学基金重大项目(42192582).通信作者:陈永平


Adaptive Signal Readout Technology for CMOS Detectors
Author:
Affiliation:

(1. School of Microelectronics, Shanghai University, Shanghai 201800, CHN;2. Key Lab. of Infrared Imaging Materials and Detectors, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Science, Shanghai 200083, CHN)

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    摘要:

    设计了一种根据光照强度自动调节增益的CMOS探测器,它能够在一帧时间内实现光照强度与积分增益自动适应,从而实现无论在弱光还是强光条件下CMOS探测器都能有适应的灵敏度和动态范围。相较于传统CTIA电路,自适应信号读出技术新增了比较器电路来控制CTIA积分电容大小,通过短曝光输出电压与参考阈值进行比较,输出信号结果用来调整长曝光积分增益,最终得到每个像素的输出电压和增益挡位。基于0.5μm 5V-CMOS工艺进行了128×1线阵CMOS探测器设计仿真与流片,仿真结果表明,光电流在2pA~100nA六个数量级内分别自适应四个积分增益,都能有良好的信号读出。

    Abstract:

    An adaptive CMOS detector that automatically adjusts gain based on light intensity was designed. The detector can automatically adjust the gain based on the intensity of light during integration, enabling adaptive sensitivity and dynamic range readouts in both low-light and high-light conditions. In this study, a new comparator circuit is introduced alongside the traditional CTIA circuit to control the size of the CTIA integration capacitor. By comparing the output voltage from short exposure with the reference threshold, the results are used to fine-tune the long exposure integration gain for each pixel. The design and simulation of a 128×1 linear array CMOS detector were conducted using 0.5μm 5V-CMOS technology. The simulation results demonstrate that the CMOS detector can adaptively adjust four different integration gains within a range of five orders of light intensity, covering photocurrents from 2pA to 100nA while maintaining excellent signal readout performance.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

于得福,陈永平,李向阳. CMOS探测器自适应信号读出技术研究[J].半导体光电,2024,45(1):36-41. YU Defu, CHEN Yongping, LI Xiangyang. Adaptive Signal Readout Technology for CMOS Detectors[J].,2024,45(1):36-41.

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  • 收稿日期:2023-09-22
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  • 在线发布日期: 2024-04-03
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