超大面阵CMOS传感器的自适应负反馈斜坡电路设计
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科技
2024-10-17 12:01
北京
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当前高端图像传感器面阵规模已经达到千万、亿级甚至十亿级，一般而言，列级ADC采用全局斜坡的方式为各列提供斜坡信号，随着图像传感器面阵规模越来越大，斜坡金属走线寄生越来越大，斜坡的不一致性也越来越明显；上万列比较器同时工作，比较器的输入级非恒定MOS电容扭曲斜坡信号也越来越严重，导致全局斜坡无法使用。采用分区域多斜坡设计虽然可以降低上述效应，但是多斜坡电路之间又存在着天然失配，加重斜坡信号的不一致。因此，在超大面阵CIS这一特殊应用环境下，无论使用全局斜坡信号发生器还是分块式斜坡发生器都存在各列斜坡信号之间的差异性，这直接导致大的列固定模式噪声。![]()
针对大面阵CMOS图像传感器(CIS)多斜坡发生器之间、多列之间由于后端布线寄生引起的非一致性问题，本文采用平均电压技术、自适应负反馈动态调节技术、数字相关双采样技术相结合的高精度补偿技术，完成了一种应用于大面阵CMOS图像传感器高一致性自适应调节的斜坡电路设计。本文所采用的分布式多斜坡电路通过金属线将各斜坡之间互连，可起到平均斜坡电压信号的作用，该平均电压的方案可以将各列电流镜器件之间匹配，转化为各个大单元之间的整体匹配，这样更容易实现各列积分斜坡的高度一致性。另外采用分块驱动的方式结合数字相关双采样技术就可以将此处引入的全局信号不匹配因素消除。自适应负反馈动态调节技术用于调节斜坡信号的斜率，并起到实时监控的作用。(1) 平均电压技术，实现各列积分斜坡的高度一致性。(2) 采用基于频率的自适应负反馈动态调节技术可实时监控并调节斜坡信号的斜率。 (3) 提出了一种应用于超大面阵CMOS图像传感器中可降低由各列斜坡之间的不一致性引起的列固定模式噪声方法。为了验证本文提出方法的可行性，在基于55nm 1P4M的工艺应用于一款像素面阵为8192 (H)×8192(V)的CMOS图像传感器，对本文提出的分布式积分型斜坡产生电路的性能及不一致性误差校正效果进行仿真验证。 仿真过程主要包括两个部分。第一部分是斜坡电路所产生的各列斜坡信号之间的斜率误差以及自适应斜坡发生器各列斜坡信号之间存在的误差。第二部分是通过DNL和INL来判断所产生斜坡信号的线性度是否满足设计要求。![]()
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