高速CMOS图像传感器采样保持电路设计

"一种适用于高速CMOS图像传感器中的采样保持电路设计，通过采用抑制衬底偏压效应的T型开关来改善传统CMOS传输门开关的性能，从而提高采样保持电路在高速输入下的线性和关断隔离特性。该设计基于SMIC 0.13μm标准CMOS工艺，经过Cadence Spectre仿真，在输入信号达到奈奎斯特频率时，表现出良好的信号噪声比（SNDR）和无杂散动态范围（SFDR）。" 在高速CMOS图像传感器中，采样保持电路是关键组件之一，负责在像素读出期间捕捉并保持光敏单元产生的电信号。传统的采样保持电路通常采用CMOS传输门作为开关元件，但在高速操作下，衬底偏压效应会导致阈值电压的变化，进而影响开关的线性度和导通电阻，这可能会引入非线性失真和噪声。文章中提出的设计创新在于采用T型开关，这种开关设计能够有效限制衬底偏压对阈值电压的影响，保持开关导通电阻的稳定性。 T型开关的独特之处在于其结构中引入了额外的晶体管臂，这有助于减少高速输入信号引起的寄生电容馈通效应。这种馈通效应可能导致信号在开关关闭时仍有一定的泄漏，影响信号的准确保持。T型结构的引入显著改善了开关的关断隔离特性，确保了在高速信号处理时的精度。 该设计采用了SMIC的0.13微米CMOS工艺，这是一种广泛应用的半导体制造技术，可以提供高性能、低功耗的集成电路。通过Cadence Spectre仿真工具进行验证，结果显示在输入信号达到奈奎斯特频率（即传感器数据速率的上限）时，采样保持电路的性能表现优秀，SNDR达到了85.5dB，SFDR达到了92.87dB。这些数值表明，设计的采样保持电路能够在高速运行条件下保持高信噪比和高动态范围，这对于高质量图像的捕获至关重要。 该研究提出的采样保持电路设计通过优化开关结构解决了高速CMOS图像传感器中的关键问题，提高了电路的性能和稳定性，对于提升整体图像传感器的性能有重要意义。这一技术不仅适用于图像传感器领域，还可能对其他需要高速数据处理和采样的应用产生积极影响，如雷达系统、通信设备和医疗成像设备等。