基于视觉假体的图像传感器读出电路的研究

发布时间：2021-05-21 00:51

　　视觉假体能够在一定程度上恢复失明患者的视觉。视觉假体利用图像传感器采集外界图像信息并加工处理,然后利用植入体内的微电极阵列刺激视神经元,从而在视觉中枢产生人工视觉感知。图像传感器是视觉假体中不可缺少的关键部分。本文主要对两种不同架构图像传感器的读出电路进行了研究与设计。方案一将用于边缘检测的Laplacian算子在像素单元本地实现,从而实现图像的像素级并行处理。单个像素单元包括光电二极管,卷积运算模块,流控振荡器模块和脉冲控制模块。基于SMIC 0.18μm工艺,在Virtuoso平台下利用Spectre工具完成电路的设计与仿真,单个读出电路的版图面积约为45pm×45μm,整个64×64阵列的面积约为3mm×3mm。仿真验证表明,对于较低像素的图片,该方案能够有效地完成边缘提取。方案二将光电信号转换成数字信号后,再由数字模块进行图像处理。读出电路由相关双采样电路,可编程增益放大器（PGA）以及模数转换器（ADC）组成。整个信号链路呈流水线工作,前级采用相关双采样电路消除固定图案噪声（FPN）;PGA采用独热码和温度计码组合的两级流水结构来降低功耗且增强环路的稳定性;SAR ADC采用... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外发展现状
    1.3 论文内容和主要结构
2 图像传感器读出电路的理论分析与研究
    2.1 边缘检测算子分析
        2.1.1 Sobel算子
        2.1.2 Laplacian算子
        2.1.3 Canny算子
    2.2 模拟模块的理论分析
        2.2.1 相关双采样电路的去噪分析
        2.2.2 可编程增益放大器的理论分析
    2.3 SAR ADC的理论分析
        2.3.1 SAR ADC的工作原理
        2.3.2 开关时序对电容型ADC动态功耗的影响
    2.4 本章小结
3 基于模拟卷积核的读出电路设计
    3.1 边沿检测算子的实现
    3.2 电流控制振荡器的实现
    3.3 脉冲控制单元的实现
    3.4 阵列系统的版图与仿真
    3.5 本章小结
4 基于模数转换的读出电路设计
    4.1 像素单元的设计
    4.2 双采样电路的设计
    4.3 可编程增益放大器的实现
        4.3.1 全差分运放放大器的设计
        4.3.2 两级流水设计及整体仿真
    4.4 芯片级SAR ADC的设计
        4.4.1 自举开关的设计
        4.4.2 比较器的设计
        4.4.3 SAR逻辑的设计
        4.4.4 开关网络的设计
        4.4.5 整体电路版图与仿真
    4.5 整体读出电路的仿真
    4.6 本章总结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3198742