第一章自掃描光電二極管列陣

第一章自掃描光電二極管列陣第一頁，共50頁。參考文獻1、王慶有主編.光電傳感器應(yīng)用技術(shù)（普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材）,北京，機械工業(yè)出版社，2007-10-1。2、王慶有主編.圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)(第2版)（光電信息科學與工程類專業(yè)規(guī)劃教材）,北京，電子工業(yè)出版社，2013-2-1。3、高岳等編著.光電檢測技術(shù)與系統(tǒng)（第2版）（電子信息與電氣學科規(guī)劃教材·光電信息科學與工程專業(yè)）,北京，電子工業(yè)出版社，2009-6-1。第二頁，共50頁。CMOS圖像傳感器簡介第三頁，共50頁。圖像傳感器分類流水線方式交換機方式第四頁，共50頁。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)動電路

1.1.3光電二極管工作方式

1.1.4開關(guān)噪聲及補償方法

1.1.5多相時鐘線列陣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射線探測列陣第五頁，共50頁。1.1.1SSPA線列陣原理1、SSPA線陣電路框圖第六頁，共50頁。1.1.1SSPA線列陣原理2、掃描電路移位寄存器：每1個時鐘周期，o/p1端的信號傳遞到o/p2端；信號依次移位，先進先出；結(jié)構(gòu)簡單，容易擴展。第七頁，共50頁。1.1.1SSPA線列陣原理2、掃描電路解碼器：n位二進制輸入；2n個掃描輸出；可以隨機編碼；結(jié)構(gòu)復雜，不易擴展。第八頁，共50頁。1.1.1SSPA線列陣原理選通開關(guān)光電二極管e1e2e3輸出電源3、簡單線陣SSPA電路第九頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路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）負柵壓負柵壓（大于閾值）導通；零柵壓或正柵壓截止。GDSIDSIDS4、PMOS場效應(yīng)管第十頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路4、普通移位寄存器abT2T1T4T3Cg1e1COMS21cdT6T5T8T7CgCg2e2N-1eN-1NeN負載管（T2&T4）：低電平導通，導通時相當于電阻，在對應(yīng)時鐘脈沖為低電平時供電激活該單元；反向器（T1&T3）：低電平導通，信號反向（雙反=不反），將本單元輸入電平信號傳遞到下一單元；柵電容（Cg&Cg）：本單元激活時充電，本單元不激活時保持電平。第十一頁，共50頁。3、普通移位寄存器工作原理（1）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第十二頁，共50頁。3、普通移位寄存器工作原理（2）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第十三頁，共50頁。3、普通移位寄存器工作原理（3）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第十四頁，共50頁。3、普通移位寄存器工作原理（4）S12ab(e1)cd(e2)t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第十五頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路4、工作波形EOSS12ab(e1)cd(e2)Vot0t1t2t3t4t5t6t7t8t9第十六頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路4、一種低功耗動態(tài)移位寄存器2112……..……..T2T1T4T3CVe1COMS21T6T5e2RLVoN1N1為高電平，則T6柵極始終保持1低電平，T6導通；N1為低電平，則自舉電容耦合2低電平時，T5導通。第十七頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路4、一種低功耗動態(tài)移位寄存器2……..T2T1e1S2T6T5e2N11N2T2T1T6T5N1N21212第十八頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路5、簡化電路分析T1ST5T4e21NCbCN0-V0-VS第十九頁，共50頁。6、工作波形（1）S12VN1e2e1第二十頁，共50頁。6、工作波形（2）S12VN1e2e1第二十一頁，共50頁。6、工作波形（2）S12VN1e2e1第二十二頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路6、工作波形S12VN1e2Voe1第二十三頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路7、電容自舉移位寄存器的優(yōu)點互補驅(qū)動電路：T5和T6不同時導通；移位信號到才開始工作：整個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；掃描速度快：半個時鐘周期移一位；CMOS電路性能更好。第二十四頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路8、CMOS移位寄存器傳輸門+反向器第二十五頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路9、仿真電路傳輸門反相器第二十六頁，共50頁。1.1.2掃描驅(qū)動電路9、仿真結(jié)果第二十七頁，共50頁。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：第二十八頁，共50頁。2、電荷存儲工作方式1CVRLVVoe1CdD1T1ILRLVVoe1CdID第二十九頁，共50頁。3、定量分析注：二極管兩端的電壓與光強P和積分時間Ts的乘積成比例。第三十頁，共50頁。3、連續(xù)工作方式與電荷存儲方式的比較ILRLVoVB1CVRLVVoe1CdD1T1光電流增益很大；布線容易；視頻輸出線電容影響大。第三十一頁，共50頁。1.1.3開關(guān)噪聲及補償方法1、開關(guān)噪聲12……e1+5Ve2RLVoNe2開關(guān)噪聲光信號第三十二頁，共50頁。1.1.3開關(guān)噪聲及補償方法2、補償方式（1）：補償列陣……e1e2RLVNe212……COMRLVoNRSRSRRfVoutT’T噪聲信號補償列陣光電列陣移位寄存器第三十三頁，共50頁。1.1.3開關(guān)噪聲及補償方法2、補償方式（2）：鄰近位相關(guān)法e1e2e301COMVOVoutT信號移位寄存器2VN3噪聲電源第三十四頁，共50頁。1.1.4多相時鐘線列陣1、四相時鐘線列陣VO奇移位寄存器1CVCOMRL3N-1VO偶CVRL2N4移位寄存器第三十五頁，共50頁。1.1.4多相時鐘線列陣2、工作波形第三十六頁，共50頁。1.1.4多相時鐘線列陣3、工作方式兩組互補的時鐘相位錯開1/4周期，得到的奇數(shù)位信號和偶數(shù)位信號正好錯開半位，兩路視頻信號合在一起，可得到連續(xù)按時序分布的串行視頻信號；把奇偶兩組移位寄存器的時鐘和S信號合用一組相同的信號，則得到兩路奇偶視頻信號分開的并行輸出信號，分別并行讀出，工作頻率提高一倍。兩組時鐘相同，但第二組（偶數(shù)）的起始信號S2由第一組移位寄存器的EOS輸出信號加適當驅(qū)動后代替，同時第一組的起始脈沖信號S1的周期加長一倍以上，可得到奇數(shù)位視頻信號在前，偶數(shù)位視頻信號在后，分組串行輸出的視頻信號。該方法可簡化外部時鐘驅(qū)動電路。第三十七頁，共50頁。1.1.4多相時鐘線列陣4、八相時鐘線陣優(yōu)點：

提高象元中心間距；提高信號輸出頻率；早期有應(yīng)用，目前不需要。缺點：增大驅(qū)動電路面積；增加相位匹配困難；增加固定模式噪聲；構(gòu)成：在四相時鐘線陣基礎(chǔ)上，在上下兩個移位寄存器輸出上分別增加兩相時鐘控制。第三十八頁，共50頁。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）掃描電路第三十九頁，共50頁。1.2SSPA面列陣1.2.1再充電采樣型面列陣行回掃采樣時間場回掃行采樣周期第四十頁，共50頁。1.2.2電壓采樣型面列陣1、電路結(jié)構(gòu)第四十一頁，共50頁。1.2.2電壓采樣型面列陣1、電路結(jié)構(gòu)第四十二頁，共50頁。1.2.2電壓采樣型面列陣2、電路分析（a）單元電路（b）預充電（c）放大讀出特點：有源極跟隨放大，視頻輸出信號大；視頻信號為箱形波，AD轉(zhuǎn)換方便；低光照時高電壓，高光照時低電壓；尖峰噪聲疊加在箱形波上，影響較大。復位開關(guān)源極跟隨選通開關(guān)第四十三頁，共50頁。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)……第四十四頁，共50頁。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。（a）自對準MOSFET（b）短柵MOSFET（c）光耦合MOSFET第四十五頁，共50頁。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）工作波形第四十六頁，共50頁。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圖像傳感器的分辨率可達微米量級光柵尺的