摘要
分辨率是CMOS图像传感器最重要的指标之一，高分辨率的CMOS图像传感器在天文检测、高清检测、机器视觉等领域有着广泛的应用。分辨率越高，意味着像素阵列越大，像素阵列横向尺寸的增大对时序控制驱动电路的驱动能力提出了更高的要求，纵向尺寸增大也使得延迟影响行选信号的正常产生。此外，超大阵列CMOS图像传感器在全局曝光模式下产生的瞬间导通电流会对电路可靠性产生影响。 本文在理论分析的基础上研究了超大阵列CMOS图像传感器像素结构及时序控制驱动电路。在像素阵列尺寸确定的情况下，采用左右两端同时驱动来提高控制电路驱动能力，并且分析了寄生效应对控制信号线的影响，对时钟树及时序控制驱动电路进行了布局与优化，提出了一种将移位寄存器时钟反向接入的方法来提高电路可靠性。此外传感器尺寸较大，因此将行驱动电路设计成可重复单元，再进行拼接。基于110nmCMOS工艺，设计了超大阵列CMOS图像传感器时序控制驱动电路，并进行了2K×2K的样品流片测试。芯片的像素尺寸为6μm×6μm，单侧行驱动电路尺寸为2256μm×12288μm，帧频2fps，每行行选时间24.36μs，左右两端同时驱动，两侧信号差小于5ns。 针对全局曝光模式下时序控制驱动电路存在的闩锁效应，本文进行了理论分析与验证，并设计了一种提高电路抗闩锁能力的电流补偿结构。仿真结果表明，对于像素阵列为2048×2048的图像传感器，在全局曝光模式下，存在70mA的瞬间导通电流，本文提出的结构对该电流进行99.97％的补偿，提高了电路的抗闩锁能力。
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