CMOS图像传感器中时问延迟积分的实现与优化

4 信噪比  

积分器输出信噪比可以表示为


图26 其中Vsig为积分器输出信号


,Vnopa、Vnsc和Vnpixel分别为运放、开关电容电路和像素单元在积分器输出端的等效噪声。假设像素单元每次读m的信号是相等的，读出的噪声也是相等的，如果忽略运放和开关电容电路引入的噪声，则


  
即经n级TDI后输出信噪比为单级时的


倍，其中n为积分器的级数。对于CMOS电路，器件噪声是不可避免的，因此低噪声的电路设计是提高该电路信噪比的关键。
  
5 仿真结果  

5.1 积分器仿真结果  

在标准CMOS工艺下，通过合理的时序关系，TPI电路可由积分阵列来实现。图8为-32级TDl电路的仿真结果，积分阵列对32行的像素信号进行积分累加，实现了TDI功能。  


  
5.2 运算放大器仿真结果  

采用SMIC O.35μm CMOS工艺，本文设计的运放可以达到大约80 dH的直流增益，40 MHz的单位增益带宽，65°的相位裕度。图9为spectra仿真的运放频率特性区线。  


  
5.3 积分器输出端噪声汇总  

表1列出了单级积分器各部分产生的等效输出噪声，其中，VnTi、Vnfi为运算放大器等效输入的热噪声和1/f噪声。在带宽范围内对运放输入噪声谱密度进行积分，得到运放等效输入噪声，本设计运放带宽为40 MHz，积分得到运放等效输入噪声为36.1μV，乘以增益即得到运放器件噪声在积分器输出端的等效噪声，其余各部分噪声可以根据所选取的采样电容和积分电容值计算得到。  


  
6 结 论  

提出了在标准CMOS工艺下TDI电路的实现方法，并详细分析了电路的噪声，给出了器件级噪声的优化方法。采用SMIC 0.35μm工艺对电路进行了仿真验证，仿真结果表明，该电路能够实现TDI功能，并且具有低噪声特性。