量子图像传感器的过采样优化和读出电路设计

• 作者: 赵彤 高静 徐江涛 聂凯明
• 来源期刊: 激光与光电子学进展
• 学科: 工学
• 关键词: 统计光学 光子计数 量子图像传感器 过采样策略 动态范围 低功耗 低失调
• 年，卷（期）: 2021,（24）
• 所属期刊栏目: 相干光学与统计光学|Coherence Optics and Statistical Optics
• 页码范围: 137-145
• 页数: 9页
• 分类号: TP212
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/LOP202158.2403001

摘要

量子图像传感器(QIS)在不同的过采样位深下信息冗余程度和动态范围(DR)不同,对于读出电路的要求也不同.研究了QIS成像过程中引入的读噪声,优化了QIS成像的数学模型.在动态范围和失调容限的约束下,得到了子像素过采样的最优位深.仿真结果表明,当QIS的成像位深为12 bit、等效满阱容量为4095 electron时,子像素过采样的最佳比特位深是3,为保证区间误码率小于千分之一,读出电路失调应低于0.22 electron.根据采样策略,设计了一种基于复用结构的flash型低噪声读出电路.相对于传统flash型模数变换器(ADC),所提ADC比较器的个数减少了4个,采样频率为10 MSa/s时,功耗降低了17.5％;采样频率为1 MSa/s时,ADC的功耗为116 nW,ADC的失调为0.196 electron.