【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于cmos图像传感器领域，涉及一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路。
技术介绍
1、时间延迟积分(time delay integration)型cmos图像传感器按照像素种类区别，可分为数字型tdi、ccd-cmos融合型tdi(ccd，charge coupled device)、基于雪崩机制像素的tdi等。其中ccd-cmos融合型tdi，兼顾了传统ccd图像传感器信号无噪声累加、传统cmos图像传感器高集成度等优点，同时具备无可比拟的行频性能，因此属于最具性能优势的tdi型cmos图像传感器。
2、但是对于ccd-cmos融合型tdi图像传感器，其电压摆幅天然受限，因此ccd埋沟设计需要平衡满阱、电荷转移效率、噪声等性能指标，极大制约了ccd-cmos融合型tdi图像传感器性能的进一步提升。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，适用于ccd-cmos融合型tdi图像传感器，尤其可在高埋沟耗尽电势、高电荷转移效率、大满阱埋沟ccd像素设计前提下提升传感器的噪声性能。
2、本专利技术解决技术的方案是：
3、一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，包括埋沟型ccd结构和读出模块；其中，埋沟型ccd结构包括p型衬底、n型埋沟、4个ccd电极和传输栅tg；其中，p型衬底为水平放置的长方体结构；n型埋沟为水平放置的长方体结构；n
4、在上述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，所述模拟读出前级电路为直接复位形式fir模拟读出前级电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、开关sw1、开关sw2和电容c1；
5、其中，开关swrst的一端接外部电源vdd-rst；开关swrst的另一端分别接fd节点和pmos管m1的栅极；pmos管m1的源极接外部电源vdd-amp；pmos管m1的漏极接pmos管m2的源极；pmos管m2的栅极接外部电源vb2；pmos管m2的漏极分别接开关sw1的一端、nmos管m3的漏极；nmos管m3的栅极接外部电源vb3；nmos管m3的源极接nmos管m4的漏极；nmos管m4的栅极接外部电源vb4；nmos管m4的源极接地；开关sw1的另一端分别接电容c1的一端、开关sw2的一端，并同时作为输出；电容c1的另一端接地；开关sw2的另一端接外部电源v0。
6、在上述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，所述模拟读出前级电路为自动调零复位形式fir模拟读出前级电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、开关sw1、开关sw2和电容c1；
7、其中，pmos管m1的源极与外部电源vdd-amp连接；pmos管m1的栅极分别与fd节点、开关swrst的一端连接；pmos管m1的漏极与pmos管m2的源极连接；pmos管m2的栅极与外部电源vb2连接；pmos管m2漏极分别与开关swrst的另一端、开关sw1的一端、nmos管m3的漏极连接；nmos管m3的栅极接外部电源vb3；nmos管m3的源极接nmos管m4的漏极；nmos管m4的栅极接外部电源vb4；nmos管m4的源极接地；开关sw1的另一端分别接电容c1的一端、开关sw2的一端，并同时作为输出；电容c1的另一端接地；开关sw2的另一端接外部电源v0。
8、在上述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，pmos管m1和pmos管m2共同构成跨导放大器，将前级fd节点电压转化为电流；nmos管m3和nmos管m4共同构成电流源；通过开关sw1控制pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4电流对后级电容c1的充电过程；通过开关sw2控制电容c1的复位。
9、在上述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，所述模拟读出前级电路为直接复位形式fir+iir模拟读出电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、开关sw1、开关sw2、开关sw3、电容c1和电容c2；
10、其中，开关swrst的一端接fd节点；开关swrst的另一端分别接地、pmos管m1的栅极；pmos管m1的源极接外部电源vdd-amp；pmos管m1的漏极接pmos管m2的源极；pmos管m2的栅极接外部电源vb2；pmos管m2的漏极分别接开关sw1的一端、nmos管m3的漏极；nmos管m3的栅极接外部电源vb3；nmos管m3的源极接nmos管m4的漏极；nmos管m4的栅极接外部电源vb4；nmos管m4的源极接地；开关sw1的另一端分别接电容c1的一端、开关sw3的一端；电容c1的另一端接地；开关sw3的另一端分别接开关sw2的一端、电容c2的一端，同时作为输出；开关sw2的另一端接外部电源v0；电容c2的另一端接地。
11、在上述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，所述模拟读出前级电路为自动调零复位形式fir+iir模拟读出前级电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、开关sw1、开关sw2、开关sw3、电容c1和电容c2；
12、其中，pmos管m1的源极接外部电源vdd-amp；pmos管m1的栅极分别接fd节点、开关swrst的一端；pmos管m1漏极接pmos管m2的源极；pmos管m2的栅极接外部电源vb2；pmos管m2的漏极分别接开关swrst的另一端、nmos管m3的漏极、开关sw1的一端；nmos管m3的栅极接外部电源vb3；nmos管m3的源极接nmos管m4的漏极；nmos管m4的栅极接外部电源vb4；nmos管m4的源极接地；开关sw1的另一端分别接电容c1的一端、开关sw3的一端；电容c1的另一端接地；开关sw3的另一端分别接开关sw2的一端、电容c2的一端，并同时作为输出；开关sw2的另一端接外部电源v0；电容c2的另一端接地。
13、在上述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，pmos管m1和pmos管m2共同构成跨导放大器，将前级fd节点电压转化为电流；nmos管m3和nmos管m4共同构成电流源；通过开关sw1控制pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4电流对后级电容c1和电容c2的充电过程；通过开关sw2控制电容c1和电容c2的复位；开关sw3控制电容c1和电容c2构成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：包括埋沟型CCD结构和读出模块；其中，埋沟型CCD结构包括p型衬底、n型埋沟、4个CCD电极和传输栅TG；其中，p型衬底为水平放置的长方体结构；n型埋沟为水平放置的长方体结构；n型埋沟设置在p型衬底的上表面；4个CCD电极等间隔分布在n型埋沟的上表面；传输栅TG设置在n型埋沟的上表面，且位于4个CCD电极的外侧；n型埋沟的上表面设置有凹槽；读出模块包括FD节点和模拟读出前级电路；FD节点与模拟读出前级电路连接；FD节点伸入凹槽中，实现读出模块与n型埋沟连接。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为直接复位形式FIR模拟读出前级电路，包括开关SWRST、PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、开关SW1、开关SW2和电容C1；
3.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为自动调零复位形式FIR模拟读出前级电路，包括开关SWRST、P
4.根据权利要求2或3所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：PMOS管M1和PMOS管M2共同构成跨导放大器，将前级FD节点电压转化为电流；NMOS管M3和NMOS管M4共同构成电流源；通过开关SW1控制PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4电流对后级电容C1的充电过程；通过开关SW2控制电容C1的复位。
5.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为直接复位形式FIR+IIR模拟读出电路，包括开关SWRST、PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、开关SW1、开关SW2、开关SW3、电容C1和电容C2；
6.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为自动调零复位形式FIR+IIR模拟读出前级电路，包括开关SWRST、PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、开关SW1、开关SW2、开关SW3、电容C1和电容C2；
7.根据权利要求5或6所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：PMOS管M1和PMOS管M2共同构成跨导放大器，将前级FD节点电压转化为电流；NMOS管M3和NMOS管M4共同构成电流源；通过开关SW1控制PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4电流对后级电容C1和电容C2的充电过程；通过开关SW2控制电容C1和电容C2的复位；开关SW3控制电容C1和电容C2构成IIR滤波。
8.根据权利要求4所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：当模拟读出前级电路为直接复位形式FIR模拟读出前级电路或自动调零复位形式FIR模拟读出前级电路时，时序控制方式是相同的，具体为：
9.根据权利要求7所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：当模拟读出前级电路为直接复位形式FIR+IIR模拟读出电路或自动调零复位形式FIR+IIR模拟读出前级电路时，时序控制方式是相同的，具体为：
10.根据权利要求2所述的一种低噪声大满阱TDI-CMOS图像传感器读出电路，其特征在于：PMOS管M1和PMOS管M2的栅极面积值为0.3-3μm2；开关SWRST、PMOS管M1的栅极、FD节点共同构成的电容值为2-20fF；FD节点的复位电压为2.5-3V；NMOS管M3和NMOS管M4的电流值为1-10μA；电容C1的电容值为500fF-3pF；电容C2的电容值为100-500fF。
...【技术特征摘要】
1.一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，其特征在于：包括埋沟型ccd结构和读出模块；其中，埋沟型ccd结构包括p型衬底、n型埋沟、4个ccd电极和传输栅tg；其中，p型衬底为水平放置的长方体结构；n型埋沟为水平放置的长方体结构；n型埋沟设置在p型衬底的上表面；4个ccd电极等间隔分布在n型埋沟的上表面；传输栅tg设置在n型埋沟的上表面，且位于4个ccd电极的外侧；n型埋沟的上表面设置有凹槽；读出模块包括fd节点和模拟读出前级电路；fd节点与模拟读出前级电路连接；fd节点伸入凹槽中，实现读出模块与n型埋沟连接。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为直接复位形式fir模拟读出前级电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、开关sw1、开关sw2和电容c1；
3.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为自动调零复位形式fir模拟读出前级电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4、开关sw1、开关sw2和电容c1；
4.根据权利要求2或3所述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，其特征在于：pmos管m1和pmos管m2共同构成跨导放大器，将前级fd节点电压转化为电流；nmos管m3和nmos管m4共同构成电流源；通过开关sw1控制pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmos管m4电流对后级电容c1的充电过程；通过开关sw2控制电容c1的复位。
5.根据权利要求1所述的一种低噪声大满阱tdi-cmos图像传感器读出电路，其特征在于：所述模拟读出前级电路为直接复位形式fir+iir模拟读出电路，包括开关swrst、pmos管m1、pmos管m2、nmos管m3、nmo...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩立镪，陈瑞明，张旭，程甘霖，王耕耘，谢莉莉，姚瑶，吴淞波，戴立群，卜洪波，孙启扬，张芮萌，樊奔，潘卫军，柴瑞青，谢圣文，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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