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高性能大动态范围CMOS图像传感器控制电路的设计

作　者: 王天盛
导　师: 李斌桥；赵毅强
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: CMOS 图像传感器滚筒式曝光时序电路 Verilog FPGA验证
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 329次
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内容摘要

本论文是天津市重点科技攻关项目“高性能大动态范围CMOS 图像传感器设计” 的一部分。由于CMOS成熟的工艺和固体图像传感器技术的研究成果,CMOS图像传感器发展迅猛,以其功耗低,动态范围宽,可靠性高,体积小,价格便宜等特点,成为图像处理技术中的关键设备,广泛应用于摄像机、数码相机、移动通讯产品、安全监控、汽车安全气囊、指纹识别等领域。该项目的完成可以为设计图像采集和处理方面的专用集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础,并具有广阔的市场前景。本论文主要论述了图像传感器控制电路的系统设计和实现方法。针对双采样结构的图像传感器,论文中详细地阐述和分析了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式的时序关系,在滚筒式曝光方式的基础上提出了一种新的时序关系:改进的滚筒式曝光方式。采用这种时序关系,不仅可以简化图像传感器像素单元结构,实现列共用双采样的存储节点,还提高了图像采集和处理速度。在控制电路的设计过程中,遵循自顶向下的设计方法,在时序关系分析的基础上完成模块的划分,运用Verilog硬件描述语言分别进行各子模块的程序设计,功能仿真,综合以及综合后的门级仿真。在各子模块设计无误的前提下,完成整体模块的调试,综合和仿真。在Verilog程序设计中,将Verilog源代码的可综合性和设计的可靠性视为优先考虑的问题。各子模块的源代码全部采用可综合的Verilog语句编写。采用双时钟控制,使综合后的设计更加可靠。针对设计的高速要求,优化设计中的关键路径,将延迟降到最低。在Altera的FPGA软件平台上综合后,本设计工作频率可达117.95MHz。

全文目录

第一章绪论  7-9
  1.1 CMOS 图像传感器发展现况  7
  1.2 CMOS图像传感器性能分析  7-8
  1.3 选题的意义  8-9
第二章 CMOS图像传感器的结构和工作原理  9-20
  2.1 CMOS图像传感器的设计要求和总体结构  9-11
    2.1.1 CMOS图像传感器的设计要求  9
    2.1.2 CMOS图像传感器的总体结构  9-11
  2.2 CMOS图像传感器各功能模块的结构和工作原理  11-20
    2.2.1 像素单元的结构和工作原理  11-14
    2.2.2 第一级放大器的结构和工作原理  14-16
    2.2.3 第二级放大器的结构和工作原理  16-18
    2.2.4 增益可编程放大器的结构和工作原理  18-19
    2.2.5 模数转换器的结构和工作原理  19-20
第三章 CMOS图像传感器控制电路的模块设计  20-126
  3.1 CMOS图像传感器控制电路的设计思路  20-75
    3.1.1 不同控制电路时序的分析  24-39
    3.1.2 三种控制电路时序的比较  39-55
    3.1.3 本系统采用改进的滚筒式曝光控制电路时序  55-75
  3.2 CMOS图像传感器控制电路设计  75-122
    3.2.1 特殊寄存器模块SReg  75-79
    3.2.2 长积分采样短积分复位模块S1PR  79-82
    3.2.3 第二级放大模块Amp  82-88
    3.2.4 短积分采样模块S  88-91
    3.2.5 第一级放大模块Amp  91-94
    3.2.6 长积分复位模块PR  94-97
    3.2.7 行选信号模块RowSel  97-102
    3.2.8 行结束模块RowDone  102-106
    3.2.9 复位模块Reset  106-109
    3.2.10 启动暂停模块StartOrPause  109-111
    3.2.11 图像传感器控制电路模块ImageControl  111-122
  3.3 CMOS图像传感器控制电路的FPGA验证  122-126
第四章总结  126-127
参考文献  127-128
致谢  128

高性能大动态范围CMOS图像传感器控制电路的设计

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