自掃描光電二極管列陣

關(guān)于自掃描光電二極管列陣第1頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六CMOS圖像傳感器簡(jiǎn)介第2頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六圖像傳感器分類第3頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六第一章自掃描光電二極管列陣（SSPA）1.1SSPA線列陣

1.1.1線列陣原理

1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路

1.1.3光電二極管工作方式

1.1.4開關(guān)噪聲及補(bǔ)償方法

1.1.5多相時(shí)鐘線列陣1.2SSPA面列陣

1.2.1再充電采樣型面陣

1.2.2電壓采樣型面陣1.3特殊列陣

1.3.1環(huán)形列陣

1.3.2光柵位移傳感器

1.3.3X射線探測(cè)列陣第4頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.1SSPA線列陣原理1、SSPA線陣電路框圖第5頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.1SSPA線列陣原理2、掃描電路移位寄存器：每2個(gè)時(shí)鐘周期，o/p1端的信號(hào)傳遞到o/p2端；信號(hào)依次移位，先進(jìn)先出；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)展。第6頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.1SSPA線列陣原理2、掃描電路解碼器：n位二進(jìn)制輸入；2n個(gè)掃描輸出；可以隨機(jī)編碼；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易擴(kuò)展。第7頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.1SSPA線列陣原理選通開關(guān)光電二極管e1e2e3輸出電源3、簡(jiǎn)單線陣SSPA電路第8頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路n源(S)柵(G)漏(D)體(B)n源(S)柵(G)漏(D)體(B)p溝-----GDS（a）零柵壓（b）負(fù)柵壓負(fù)柵壓（大于閾值）導(dǎo)通；零柵壓或正柵壓截止。GDSIDSIDS4、PMOS場(chǎng)效應(yīng)管第9頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路4、普通移位寄存器abT2T1T4T3Cg1e1COMS21cdT6T5T8T7CgCg2e2N-1eN-1NeN負(fù)載管（T2&T4）：低電平導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于電阻，在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘脈沖為低電平時(shí)激活該單元；反向器（T1&T3）：低電平導(dǎo)通，信號(hào)反向（雙反=不反），將本單元輸入電平信號(hào)傳遞到下一單元；柵電容（Cg&Cg）：本單元激活時(shí)充電，本單元不激活時(shí)保持電平。第10頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六3、普通移位寄存器工作原理（1）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第11頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六3、普通移位寄存器工作原理（2）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第12頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六3、普通移位寄存器工作原理（3）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第13頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六3、普通移位寄存器工作原理（4）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第14頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路4、工作波形EOSS12ab(e1)cd(e2)Vot0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第15頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路4、一種低功耗動(dòng)態(tài)移位寄存器2112……..……..T2T1T4T3CVe1COMS21T6T5e2RLVoN1第16頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路5、簡(jiǎn)化電路分析T1ST5T4e21NCbCN0-V0-VS第17頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六6、工作波形（1）S12VN1e2e1第18頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六6、工作波形（2）S12VN1e2e1第19頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六6、工作波形（2）S12VN1e2e1第20頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路6、工作波形S12VN1e2Voe1第21頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路7、電容自舉移位寄存器的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路：T5和T6不同時(shí)導(dǎo)通；移位信號(hào)到才開始工作：整個(gè)移位寄存器消耗的功率僅等于一位寄存器消耗的功率；功耗極低：<0.5mW；CMOS電路性能更好。第22頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路8、CMOS移位寄存器傳輸門+反向器第23頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路9、仿真電路傳輸門反相器第24頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.2掃描驅(qū)動(dòng)電路9、仿真結(jié)果第25頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.3光電二極管工作方式1、連續(xù)工作方式ILRLVoVB光電流很??；布線很困難。注意：第26頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六2、電荷存儲(chǔ)工作方式1CVRLVVoe1CdD1T1ILRLVVoe1CdID第27頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六3、定量分析注：二極管兩端的電壓與光強(qiáng)P和積分時(shí)間Ts的乘積成比例。第28頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六3、連續(xù)工作方式與電荷存儲(chǔ)方式的比較ILRLVoVB1CVRLVVoe1CdD1T1光電流增益很大；布線容易；視頻輸出線電容影響大。第29頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.3開關(guān)噪聲及補(bǔ)償方法1、開關(guān)噪聲12……e1+5Ve2RLVoNe2開關(guān)噪聲光信號(hào)第30頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.3開關(guān)噪聲及補(bǔ)償方法2、補(bǔ)償方式（1）：補(bǔ)償列陣……e1e2RLVNe212……COMRLVoNRSRSRRfVoutT’T噪聲信號(hào)補(bǔ)償列陣光電列陣移位寄存器第31頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.3開關(guān)噪聲及補(bǔ)償方法2、補(bǔ)償方式（2）：鄰近位相關(guān)法e1e2e301COMVOVoutT信號(hào)移位寄存器2VN3噪聲電源第32頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.4多相時(shí)鐘線列陣1、四相時(shí)鐘線列陣VO奇移位寄存器1CVCOMRL3N-1VO偶CVRL2N4移位寄存器第33頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.4多相時(shí)鐘線列陣2、工作波形第34頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.4多相時(shí)鐘線列陣3、工作方式兩組互補(bǔ)的時(shí)鐘相位錯(cuò)開1/4周期，得到的奇數(shù)位信號(hào)和偶數(shù)位信號(hào)正好錯(cuò)開半位，兩路視頻信號(hào)合在一起，可得到連續(xù)按時(shí)序分布的串行視頻信號(hào)；把奇偶兩組移位寄存器的時(shí)鐘和S信號(hào)合用一組相同的信號(hào)，則得到兩路奇偶視頻信號(hào)分開的并行輸出信號(hào)，分別并行讀出，工作頻率提高一倍。兩組時(shí)鐘相同，但第二組（偶數(shù)）的起始信號(hào)S2由第一組移位寄存器的EOS輸出信號(hào)加適當(dāng)驅(qū)動(dòng)后代替，同時(shí)第一組的起始脈沖信號(hào)S1的周期加長一倍以上，可得到奇數(shù)位視頻信號(hào)在前，偶數(shù)位視頻信號(hào)在后，分組串行輸出的視頻信號(hào)。該方法可簡(jiǎn)化外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路。第35頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.1.4多相時(shí)鐘線列陣4、八相時(shí)鐘線陣優(yōu)點(diǎn)：

提高象元中心間距；提高信號(hào)輸出頻率；早期有應(yīng)用，目前不需要。缺點(diǎn)：增大驅(qū)動(dòng)電路面積；增加相位匹配困難；增加固定模式噪聲；構(gòu)成：在四相時(shí)鐘線陣基礎(chǔ)上，在上下兩個(gè)移位寄存器輸出上分別增加兩相時(shí)鐘控制。第36頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.2SSPA面列陣1.2.1再充電采樣型面列陣水平（X）掃描電路列線行線111213142122232431323334單元電路柵漏垂直（Y）掃描電路第37頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.2SSPA面列陣1.2.1再充電采樣型面列陣行回掃采樣時(shí)間場(chǎng)回掃行采樣周期第38頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.2.2電壓采樣型面列陣1、電路結(jié)構(gòu)第39頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.2.2電壓采樣型面列陣2、電路分析（a）單元電路（b）預(yù)充電（c）放大讀出特點(diǎn)：有源極跟隨放大，視頻輸出電壓大；視頻信號(hào)為箱形波，AD轉(zhuǎn)換方便；低光照時(shí)高電壓，高光照時(shí)低電壓；尖峰噪聲疊加在箱形波上，影響較大。復(fù)位開關(guān)源極跟隨選通開關(guān)第40頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.2.2電壓采樣型面列陣3、工作波形亮區(qū)暗區(qū)亮區(qū)亮區(qū)暗區(qū)亮區(qū)……第41頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.2.2電壓采樣型面列陣4、噪聲消除方法低噪聲掃描電路；去耦合MOSFET；積分電路。第42頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.3特殊列陣1.3.1環(huán)形列陣（a）等效電路（b）幾何尺寸（c）工作波形第43頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.3.2粗光柵位移傳感器列陣（a）列陣結(jié)構(gòu)（b）工作波形S12Vo第44頁，共48頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)4分，星期六1.3.3x射線探測(cè)器列陣（a）x射線探測(cè)器結(jié)構(gòu)（b）工作波形光子能量（keV）響應(yīng)度（10-6C/J/cm2）X射線劑量（J/cm210-6）信號(hào)電荷（pC）20keV40keV70keV第4