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基本有源像素傳感器 3T–APS電路原理

時間:2021-02-17 08:45來源:d二天堂抖音版下载

有源像素傳感器
3.1 基本有源像素傳感器
3.1.1 3T–APS電路原理
最簡單的也是最基本的有源像素傳感器(APS)由三個晶體管和一個光電二極管構成,用英文縮寫3T-APS表示。這種像素的電路如圖3.1所示,其中Trst是重置開關晶體管,Tsf是源極跟隨器,Tsel是選擇開關晶體管,以及作為光電轉換用的光電二極管PD。
 

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在曝光開始的時候,通過重置信號(Reset)開啟重置開關Trst,把光電二極管PD反向偏置到重置電壓Vrst上。這個電壓對PD的PN結電容充電,充電的電荷量Qrst為
Qrst=CPD·Vrst
式中,CPD為光電二極管的PN結電容。如圖3.2所示,當Trst完成充電後關閉,光電二極管PD結點成為懸浮狀態,當入射光強度Iph=0時,電壓Vrst和Qrst都保持在電容CPD上。當二極管PN結上有入射光Iph照射時,光量子激發在PN結上產生電子-空穴對,使PN結電容上的電荷發生複合,電容上的電荷量QPD開始從Qrst值下降。在受不同光照強度Iph照射的光電二極管上,電荷量下降的速率不同。光電二極管上的電壓為
 
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圖3.2 APS電荷–電壓轉換過程
經過源極跟隨器Tsf,二極管電壓VPD轉換成輸出電壓Vout。圖3.2中所示光電二極管在不同光照強度Iph1<Iph2<Iph3照射下,經過相同曝光時間Texp後,較高光照下產生較多數量的光生載流子,被符合後的QPD電荷量更低,所以有QPD1>QPD2>QPD3,使PD電壓有VPD1>VPD2>VPD3。經過源極跟隨器輸出不同的電壓值VO1>VO2>VO3,這裏源極跟隨器的電壓增益略小於1。從重置信號(Reset)結束,到選擇信號(Select)開始之間的時間為像素的實際曝光時間Texp。
 

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