Prototipo sensor de imagen CMOS con arquitectura de modulación a nivel columna

Sergio Garduza-González, Felipe Gómez-Castañeda, José Antonio Moreno-Cadenas, Víctor Hugo Ponce-Ponce

Resumen


Un sensor de imagen CMOS se compone de matriz de sensado, lógica de selección fila/columna y convertidor analógico-digital. El desempeño de este último influye en el desempeño global del sensor de imagen. Una alternativa estudiada en los últimos años, es la arquitectura de sobremuestreo, que a diferencia de la tradicional arquitectura Nyquist, alcanza la misma razón señal a ruido, pero con cuantificador de 1-bit. Esta importante ventaja es atractiva para depender menos de las imperfecciones tecnológicas de los circuitos. Este artículo presenta el diseño de un prototipo sensor de imagen CMOS con prestaciones básicas para fotografía digital, que incluye matriz de fotodiodos, circuitos de selección fila/columna y modulador sigma-delta a nivel de 4-columnas. La modulación sigma-delta aprovecha la ventaja del sobremuestreo, disminuye el ruido de cuantificación en banda, es robusto y compatible con dispositivos MOSFET. Para el diseño del modulador se optimizó la razón señal a ruido, a través de un modelo comportamental. Todos los circuitos se implementaron con reglas de diseño de señal mixta y se fabricaron en un solo chip con tecnología CMOS estándar. Los resultados de mediciones e imágenes obtenidas con el prototipo muestran que la metodología de diseño que se utilizó es fiable. Este prototipo es un circuito VLSI y es la base del diseño de nuevos sistemas de detección fotónica para diversas aplicaciones.

Palabras clave


convertidor analógico-digital de sobremuestreo; densidad espectral de potencia; modelo comportamental; modulación sigma-delta; razón señal a ruido de cuantificación; ruido de cuantificación; sensor de imagen CMOS; transistor de efecto de cam

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