新型CMOS图像传感器：发展、设计与性能测试

新型CMOS图像传感器的研究深入探讨了现代图像采集技术中的一项关键元件。CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器是基于成熟CMOS工艺制造的，它集成了感光元件和读出电路于同一芯片，这显著提高了系统的集成度和能效，使得它在工业、交通监控、多媒体设备和医疗成像等领域得到广泛应用。 文章首先回顾了CMOS图像传感器的发展历程，从早期的简单像素结构到现在的复杂设计，介绍了其工作原理。其中，感光单元的核心通常是光电二极管，通过对其工作原理的详细剖析，展示了不同结构的光电二极管如何根据CMOS工艺进行优化，每个结构都有其独特的优缺点，如响应速度、量子效率和成本等。 读出电路作为CMOS图像传感器的关键部分，文中介绍了一种创新的电路设计，包括动态源跟随器、采样保持电容和复位开关，这种设计简化了电路结构，易于实现，且具有单端输出的优势。作者通过PSpice模拟仿真进一步验证了其性能。移位寄存器在逐位扫描输出中起着重要作用，文中对比了两种移位寄存器单元电路，强调了准静态CMOS移位寄存器在通用性、时序灵活性和低时钟需求方面的优势。 在设计方面，文章详细阐述了版图设计规则和流程，以及注意事项，特别是在1.2μmDPDM N阱标准CMOS工艺的基础上，设计并实现了256位的测试样品，展示了完整的版图设计和流片过程。此外，还利用CPLD（Complex Programmable Logic Device）设计驱动信号，对封装后的芯片进行了性能测试，包括光电转换特性、灵敏度、不均匀性、饱和输出电压、动态范围和功耗等关键参数的测量。 论文的主要成果包括像素单元电路设计及模拟仿真、移位寄存器单元电路设计、版图设计与流片、封装测试以及性能数据的分析。关键词涵盖了CMOS图像传感器、光电二极管、读出电路、移位寄存器和版图设计，这些都是研究者深入理解并优化这一技术的重要组成部分。整个研究不仅推动了传感器技术的进步，也为相关领域的应用提供了坚实的技术支持。