基於CMOS圖像感測器的新型粒子軌跡追蹤器關鍵技術研究

《基於CMOS圖像感測器的新型粒子軌跡追蹤器關鍵技術研究》是依託深圳大學，由李琰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於CMOS圖像感測器的新型粒子軌跡追蹤器關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李琰
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

高精度、低功耗、可與信號處理電路大規模集成的CMOS圖像感測器是新型粒子軌跡追蹤器最具潛力的發展方向。噪聲是CMOS圖像感測器檢測粒子信號的瓶頸，此外，高能物理實驗產生的海量原始數據需要系統具備實時自動信號處理功能。本項目研究其中的噪聲抑制、高速信號讀取和列級動態信號處理等關鍵技術。.研究像素級自適應放大與自動相關雙次採樣的機理，探索在像素內部實現以上技術的方法，並進一步結合動態存儲與曝光控制構造可以高速讀取的智慧型像素，掌握像素級實時自動信號處理技術，抑制噪聲、提高靈敏度。.基於動態掃描與失調電壓補償技術研究在列級模數轉換器中抑制固定噪聲的方法，並結合流水線模式提高工作速度。以此為基礎，探索列級自主偵測、智慧型數據壓縮的實現方案，構建列級信號自動處理系統。.研究成果不但可以推動國內相關工作的進展還將對CMOS圖像感測器在空間探測、航天、醫學儀器等領域的套用提供有力理論指導，具有廣泛套用前景。

結題摘要

本項目研究基於CMOS技術的圖像感測器信號處理方法，探索其中的低噪聲高速信號讀取、信號自適應實時處理、超低功耗系統設計等感測器信號處理關鍵技術。提出了多像素共享信號處理結構，降低了單位像素內電晶體數目，奠定了像素內部集成採樣、降噪、量化等完整信號處理系統的基礎。研究了信號幅度對數變換的電路實現方法，探索了提高系統動態範圍的可能。奠定了智慧型像素結構進一步研究的基礎。 根據感測器信號處理的需求研究了新型高速自清零比較器架構。採用輸入/輸出誤差採樣，實現了前置放大電路及鎖存器固定誤差的自動消除，在降低功耗的同時保證了比較器的高速特性。進一步探索了自適應ADC及高速摺疊ADC的實現方法，設計了採樣率為80 Ms/s和200 Ms/s的兩個原型結構並進行了初步測試。 研究了正電子發射斷層成像系統（PET）信號處理的方法。開展了基於TDC（Time-to-Digital Converter）的精確測時系統及PET系統閃爍脈衝數位化單晶片解決方案的相關工作，採用0.25 um CMOS工藝設計了原型晶片。通過使用兩級時間控制方案，達到了低功耗實現高解析度時間測量精度的目的。晶片的測量精度可達40 ps。 根據無線感測器網路的需求研究了超低功耗無線數據收發系統的關鍵技術。設計了超低功耗自適應時鐘/數據精確恢復晶片，當數據率在0.5 kbit/s到500 kbit/s變化時系統功耗僅為13 uW。進一步採用無源喚醒技術設計了滿足中國短程通信標準的5.8 GHz無線數據收發單晶片系統，靈敏度為-88 dBm，待機電流低於1 uA，數據率達2 Mb/s。 截至2012年12月，已在學術會議上作分組報告14次，發表論文25篇（11篇期刊論文，14篇會議論文， SCI/EI檢索19篇）；完成了6顆混合信號系統積體電路晶片的設計，獲得積體電路版圖登記8項；相關成果套用於無線數據通信及心電信號檢測系統，申請發明專利4項，其中1項已獲得授權。累計指導研究生20人，其中碩士研究生18人，有7名已經畢業；合作培養博士研究生2人，有1名已經畢業。