利用像素内斩波降低低频噪声以增强 CMOS 图像传感器的动态范围
应用物理
2018-11-28 v1 仪器与探测器
摘要
本文提出了一种采用像素内斩波技术、具有增强动态范围（DR）的低噪声 CMOS 图像传感器。所提出的像素内斩波技术用于降低有源像素传感器（APS）中源极跟随器（SF）的低频或 1/f 噪声，该噪声是时域噪声的主要组成部分。对带有 n 阱/p 衬底光电二极管（PD）的传统 3T 有源像素进行修改，以在像素内实现斩波器。每个像素中使用单个最小尺寸 nMOS 晶体管，且不显著牺牲填充因子（FF）。利用斩波作用，源极跟随器的低频噪声被调制到远高于输入信号频带最大频率的斩波频率（f_ch）上。在后续阶段，利用列级低通滤波器（LPF）消除上变频后的低频噪声。时域噪声的降低也带来了图像传感器动态范围的增强。此外，读出电路包含列级高增益斩波放大器，也降低了源极跟随器的非线性。为验证所提技术，制作了原型传感器，其包含 128x128 像素阵列，具有像素内斩波和列级读出电路，采用 AMS 0.35 {\mu}m CMOS OPTO 工艺制造。像素间距为 10.5 um（水平与垂直均为），填充因子约为 30%。在 8 MHz 斩波频率（fch）下测得的时域噪声为 280 uVrms，表明噪声功率降低了 11 dB。由于噪声底降低，采用所提技术后动态范围从 65 dB 提升至 76 dB。
引用
@article{arxiv.1811.11020,
title = {Low-Frequency Noise Reduction Using In-Pixel Chopping To Enhance The Dynamic Range of a CMOS Image Sensor},
author = {Kapil Jainwal},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.11020},
year = {2018}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:1807.11577