文档介绍：电子科技大学
博士学位论文
CCD高清图像处理模拟前端关键技术研究
姓名:于奇
申请学位级别:博士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:杨谟华
20100629
摘要电荷耦合器件作为当前的主流图像传感器之一,在高清数码相机、数字摄像机等消费类数码产品和遥感遥测、天文测量、航空航天和目标识别等军民用科学研究领域得到广泛应用。枷翊硐低嘲罅小⒛D馇岸薃和数字处理模块,其中模拟前端是实现前端纪枷衲D馐淙胄藕诺胶蠖耸执硇藕抛;坏墓丶方冢性能直接决定了系统成像的图像质量。其关键技术涵盖了图像信号处理、数模混合信号系统顶层设计和高速高精度模数转换,已成为高清图像处理和微电子领域的研究热点。本论文以满足袼兀帧/秒扫描咔逋枷翊硐低车挠用要求为目标,重点开展位模拟前端系统架构、模数转换技术研究和关键单元电路设计。基于双采样和电荷守恒原理,提出了一种五阶椭圆低通滤波结构的开关电容型抗混叠滤波器,可有效滤除图像信号中的带外噪声,提高了后续的输入信号质量;该双采样拓扑结构突破了滤波器受运放单位增益带宽和转换速率的传统约束,有效地改善了其高频应用性能。结合补偿和输出零点补偿的优点,提出了一种用于轨至轨电压缓冲器的新型频率补偿方式,既可以大幅减小补偿电容,又可以在不增加电路复杂性的前提下保证运放在轨至轨的输入共模范围内稳定工作。在保证抗混叠滤波器输出信号的高保真传输的同时,为后端的?樘峁┝俗愎坏那芰Α根据图像处理系统的指标要求和功耗优化方法,确定了位精度,的低臣芄梗毒ǘ确峙湮,,,,,级数为丁根据工艺容差分析,确定了器件失配对采保模块和模块功耗的影响,提出一种针对电路的电容失配自校正方案。该方案通过校正中的电容失配,使得小尺寸电容阵列具有较高的匹配精度,总电容可减小至%,采保和残差的功耗仅为原有的%;同时,腄和挥行U分别研究了母呦咝圆裳9亍⒉杀/突嫉缪乖吹ピ电路。发展提出了指咝阅躍/樘壕哂懈呦咝远鹊奈蘩⊥ㄋū叨猿芅
自举采样开关、可同时获得高增益大带宽的共源共栅跨导前馈补偿两级全差分运算放大器和能显著降低增益误差的相关双采样甋/仄私峁埂7抡娼果显示,址桨傅募际踔副昃痪ǘ裳蔛//电路的要求。提出了一种无运放结构的带隙基准电压源,只用缌骶到峁估床电压,降低了电路的功耗;同时,在输出端应用电阻修调技术和数字修调技术相结合的方法实现了二阶温度补偿,在.℃娴奈露确段冢琓P拖碌奈度系数为恢绷魇钡缭匆种票任#,时电源抑制比为..钡缭匆种票任#,按照工艺设计规则,完成了整体电路的版图设计,版图实际尺寸;对整个系统进行后仿真,结果显示,电路精度为位,最高采样频率,虸均小于士拊由⒍段,总功耗鉉高清图像前端处理要求的性能指标,验证了前文的理论和电路级仿真。关键词:枷翊ǜ衅鳎D馇岸耍够斓瞬ㄆ鳎魉逜,电容失配自校正摘要
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第一章绪论电荷耦合器件⒄】,器件内部的沟道区存储由光感应产生的电荷信号,对其施加特定的时序信号时,对应的每个像素的电荷在诓孔定向传输,依次移出⒕糯蟊涑刹煌缪狗鹊哪D庑藕牛倬有模数转换器的模拟前端转换为数字信号,这就是图像传感器捕捉到的原始图像信息,经过后续的数字处理器、驱动器和图像显示模块就可以完成成像显示。枷翊ǜ衅骶哂屑负尉ǘ雀摺⑽榷ㄐ院谩⒃肷〉扔诺悖殉晌5苯图像传感器的主流技术。在遥感遥测、天文测量、非接触工业测量和光学图像处理等领域得到广泛应用【】。由于不同的应用领域对器件参数要求有明显的区别,骷谄浞⒄构中在结构上逐渐形成两大类型:线阵列兔嬲罅蠧。其中,线阵要用于高分辨率的静态照相,它每次只拍摄图像的一条线,通过机械装置的推进完成一幅图像的拍摄,这种ǘ雀撸撬俣冉下薹ㄓ美磁纳阋贫物体,主要用在传真、扫描仪、照相侦查卫星等领域;面阵蛴捎谄湟淮能完成一幅图像的拍摄特性主要应用于数码相机和摄像机中。因此,两种不同用途的裱耆ú煌姆⒄沟缆贰Mü釩器件研究与产品的发展历程,可以清晰地看到枷翊ǜ衅骷募际趼废吆头⒄骨魇啤美国是发明骷⒆钤缃蠧研发的国家,其产品主要面向天文、遥测遥感、航空航天以及军事领域。日本对于难蟹⒈让拦酝恚溲芯和产品主要用于商用及民用,现在市场上大部分的高清晰度数码相机和数码摄像机的酒疾匀毡尽E分拊贑方面的研究和产品开发则是在这两个领域都有涉及。年月,贝尔实验室的甋发明了器件,并论述了糜谕枷翊ǜ械墓ぷ髟怼4哟艘院螅云湮4淼墓烫图像传感器技术取得了飞速的进展和广泛的应用。瓸和
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