Miniaturized 60 GHz Triangular CMOS Antenna-on-Chip using Asymmetric Artificial Magnetic Conductor
Miniaturized 60 GHz Triangular CMOS Antenna-on-Chip using
Asymmetric Artificial Magnetic Conductor
Abstract —This paper presents a miniaturized triangular Antenna-on-Chip (AoC) designed and fabricated on a 0.18 μm CMOS process using asymmetric rectangular artificial magnetic conductor (R-AMC). An AMC acts as a shield plane between the AoC and the lossy CMOS substrate. AoC using asymmetric R-AMC presents a smaller overall area than that of the previous reported AoC with symmetric AMCs. The triangular AoC area including the asymmetric AMC cells is only 0.81mm 2 with a simulated gain of -0.2 dBi at 60 GHz. Measurements confirm the wide impedance bandwidth of the AoC.
Index Terms —60 GHz, TSMC, CMOS, Antenna-on-Chip (AoC), Artificial Magnetic Conductor (AMC).
I. I NTRODUCTION
The 60 GHz band is known by its wide bandwidth of 7 GHz from 57 GHz to 64 GHz. This wide bandwidth will allow for high data rate applications at the level of Gbps suppressing the current wireless technologies. A variety of applications such as uncompressed high definition video streaming, mobile distributed computing, wireless gaming, internet access, fast large file transfer, Wireless Personal Area Networks (WPANs), etc. fall into the 60 GHz communications interest. Communications at 60 GHz have several advantages such as the possibility of frequency reuse over small distances due to the high attenuation by atmospheric oxygen of 10 to 15 dB/km and the prospect of antenna miniaturization where the corresponding wavelength in free space is only 5 mm at 60 GHz [1]-[6].
Antenna-on-Chip (AoC) integration with other radio frequency and digital circuits is a prime target for a complete System-on-Chip. However, Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) AoC integration suffers from two main disadvantages. First, AoC suffers from losses due to low resistivity CMOS substrate (σ=10S/m) which leads to reduction of the AoC efficiency [2]-[6]. Second, AoC occupies a large area that cannot be reused because of the strong field below the AoC. In order to increase AoC efficiency, Artificial Magnetic Conductor is used to electromagnetically shield the AoC from the lossy CMOS substrate. This is possible because of the AMC reflection characteristics. AMC has a reflection magnitude of +1 and a reflection phase of zero at its center
frequency and varies between ±180°. The useful bandwidth of the AMC is between ±90° of reflection phase at which constructive interference occurs between incident wave and reflected wave on AMC surface [1]-[6]. Although AMC is used to enhance efficiency, it results in an increase of the overall design area such as 2.4 mm 2 patch antenna with snowflake AMC presented in [5]. In [4], an optimization methodology is proposed to increase AoC efficiency using AMC while maintaining small overall area. This is possible by increasing number of AMC cells in the current flow direction and limiting the number of AMC cells in the perpendicular direction. Using this technique, triangular AoC is designed with symmetric rectangular (R)-AMC in [3] with overall area of 1.51 mm 2.
In this paper, a small size triangular AoC using asymmetric R-AMC is designed and fabricated on TSMC 0.18 μm CMOS technology. The design was optimized using High Frequency Structure Simulator, HFSS? and finally, fabricated using the 0.18 μm CMOS technology and measured. The paper is arranged as follows: section II presents the asymmetric AMC unit cell designs. Section III describes the design of the AoC with the asymmetric AMC. Furthermore, section IV details the fabrication and measurements. Finally, the paper concludes with main results in section V.
Fig. 1. 3D view of asymmetric R-AMC cell
II. A SYMMETRIC AMC UNIT CELL DESIGN
An asymmetric AMC unit cell three dimensional (3D) view is shown in Fig. 1. An asymmetric R-AMC is proposed to allow for further miniaturization of the overall design dimensions by limiting the AMC unit cell size in
1
Egypt-Japan University of Science and Technology, New BorgAlarab 21934, Egypt
2
Electronics Research Institute, Giza 21622, Egypt 3
Kyushu University, Fukuoka 819-0395, Japan
Adel Barakat 1, Ahmed Allam 1, Hala Elsadek 2, Adel B. Abdel-Rahman 1, S. Muhammad Hanif 3,
and Ramesh K. Pokharel 3
the direction at which the AMC property is not required. The Phase Response (PR) of this unit cell is shown in Fig. 2.The asymmetric R-AMC unit cell is limited in size in the X-direction and only show AMC properties for the Y-polarized signals at the bandwidth of interest. While for X-Polarized signals it shows AMC properties at higher frequencies.
Fig. 2. Asymmetric R-AMC cell phase response
III. T RIANGULAR A O C DESIGN
Three dimensional view of the triangular AoC with 4×6 cells of asymmetric R-AMC is shown in Fig. 3. The number of cells is optimized following the methodology presented in [4]. The top metal layer (M6) is used for the triangular AoC to ensure low conduction loss because M6 has the largest copper thickness when compared to the other metal layers available on the TSMC six metal layer stack. Bottom metal layer (M1) is used for the design of the asymmetric AMC cells. The overall design size including the asymmetric AMC cells is 0.81 mm 2 which is possible because of the limited size of asymmetric AMC cells in the X-direction, besides the use of technique presented in [4].
Fig. 3. 3D view of triangular AoC over 4 × 6 cells of asymmetric R-AMC
Simulated gain and efficiency of the triangular AoC using asymmetric AMC are shown in Fig. 4. A peak
simulated gain of -0.2 dBi and a simulated efficiency of 44% are possible at 60 GHz.
Fig. 4. Simulated gain and efficiency of triangular AoC over 4 × 6 cells of asymmetric R-AMC
In order to compare the performance of this AoC with previously reported AoCs, Figure-of-Merit (FoM ) presented in [5] is used. This FoM can be computed as:
FoM =Absolute Gain
Area
×100
(1) As shown in table I, the proposed triangular AoC using asymmetric AMC has the highest FoM and it can be considered the best design.
TABLE I
C OMPARISON BETWEEN DIFFERENT A O C
IN LITERATURE
WITH THIS WORK
IV. F ABRICATION AND MEASUREMENTS
The triangular AoC using asymmetric AMC is fabricated using TSMC 0.18 μm CMOS technology. Fabricated AoC chip photo is shown in Fig. 5. Measurements are done using Agilent E8361C PNA and manual probe station. S11 measurements are shown in Fig. 6.
Fig. 5. Chip photo of triangular AoC over 4 × 6 cells of asymmetric R-AMC
The measured S11 shows very wide bandwidth from less than 40 GHz to 65 GHz. This wide bandwidth means lower quality factor. The reason for the low quality factor may be the additional substrate losses as the design is simulated on substrate with a small area of 0.81mm2 and fabricated on 25mm2substrate. While, the AoC has a simulated bandwidth from 50 GHz to 70 GHz. The shift in resonance may be because of the parasitic capacitances due to the surrounding circuits’metal layers fabricated together with the AoC and not considered in simulations. Fig. 6. Simulated and measured S11 of triangular AoC over 4 × 6 cells of asymmetric R-AMC
V.C ONCLUSION
A triangular AoC is presented for 60 GHz band. The triangular AoC is designed using a standard 0.18μm CMOS process and optimized with asymmetric R-AMC. Asymmetric R-AMC shows enhanced radiation characteristics when used as a shield. It contributes in design miniaturization. The fabricated AoC overall size including R-AMC is 0.5 mm by 1.62 mm and has a simulated gain and efficiency of -0.2 dBi and 44%, respectively at 60 GHz. The measured return loss confirms the operation at 60 GHz.
A CKNOWLEDGEMENT
This work is supported by Egyptian ministry of higher education, mission department.
Special thanks to Prof. H. Kanaya of Kyushu University for their support in fabrication and measurements.
R EFERENCES
[1]P. Smulders, “Exploring the 60 GHz band for local wireless
multimedia access: Prospects and future directions,” IEEE Comm. Magazine, vol. 40, no. 1, pp. 140 - 147, 2002. [2]H. M. Cheema, A. Shamim, "The last barrier: on-chip
antennas," IEEE Microwave Magazine., vol.14, no.1, pp.79 – 91, Jan.-Feb. 2013
[3] A. Barakat, A. Allam, R.K. Pokharel,H. Elsadek,M. El-
Sayed, andK. Yoshida, “Compact size high gain AoC using rectangular AMC in CMOS for 60 GHz millimeter wave applicatio ns,” in Microwave Symposium Digest (IMS), 2013 IEEE MTT-S International, 2013,pp.1-3
[4] A. Barakat, A. Allam, R. K. Pokharel, H. Elsadek, M. El-
Sayed, and K. Yoshida, “Performance Optimization of a 60 GHz Antenna-on-Chip over an Artificial Magnetic Conductor,” in Electronics, Communications and Computers (JEC-ECC), 2012 Japan-Egypt Conference on, 2012, pp.118-121
[5]H. Chu, Y. X. Guo, F. Lin, and X. Q. Shi, “Wideband
60GHz On-Chip Antenna with an Artificial Magnetic Conductor,” in Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), 2009 IEEE International Symposium on, 2009, pp.307-310
[6] A. Barakat, A. Allam, R. K. Pokharel, H. Elsadek, M. El-
Sayed and K. Yoshida, “60 GHz triangular monopole Antenna-on-Chip over an Artificial Magnetic Conductor,”Antennas and Propagation (EUCAP), 2012 6th European Conference on , 2012, pp. 972-976
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量 ——物理0805 乔英杰u200810200 王振宇u200810256 实验背景：19世纪下半叶，物理学家对X射线和阴极射线进行了大量的研究，导致了放射性、电子以及α、β、γ射线的发现，这些射线的发现同时也为原子科学的发展奠定了基础。 自20世纪进入原子能时代，科学家对射线进行了更进一步的研究，射线在科学技术中开始渗透，根据γ射线具有波长短、能量高、穿透能力强和对细胞有很强的杀伤力的特性，γ射线的应用也成了一门新兴产业，现在它已经应用到了国民经济和社会生活的各个领域，特别是在工农业、医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益，为科学技术和人类历史的进程起了巨大而深刻的影响。 目前γ射线的应用正在蓬勃快速的发展，应用领域仍在不断拓宽，它以低能耗、无污染、无残留、安全卫生等优点，深受众多行业的青睐，可是，其危害性也不容忽视。我们需要对γ射线深入了解，才能在降低其危害性的同时让其更好的为我们服务。本实验采用闪烁探测器和多道脉冲幅度分析器对γ射线的能量分布谱进行测量，以便我们了解用闪烁探测器测量γ射线的方法，学会分析能谱的特征及其影响因素。 实验原理： 1、闪烁探测器工作原理：闪烁探测器探测γ射线时，γ光子与物质作用不直接产生电离，而是发生光电效应、康普顿效应、电子对效应，闪烁体的原子、分子、电离或激发的作用来自三种效应所产生的次级电子。这样，我们就得到了对应于γ射线能量强度的电信号。之后，光电倍增管将所得电信号放大（倍增管阴极与阳极之间有十余个打那级，每个打那级均发生电子的倍增现象），其阳极最后收集电子的电极，与射级跟随器电路相连，使收集到的电子流以电压脉冲的方式输出。 2、γ闪烁能谱仪的工作原理：如下图（1）所示，整个仪器的信号传递大致是：由γ射线放射源放出的γ射线被闪烁探测器接受并转换为电压脉冲，前置放大器和脉冲放大器对探测器输出的电压脉冲进行放大，最后这些脉冲被多道分析器采集、处理。 多道分析器的到是指在分析器中存在的记录不同高度脉冲的位置。我们在试验中采用的是1024道分析器，即将脉冲电压范围分成1024份，然后计算机记录探测器输出的脉冲落在每份范围上的数目。
简单电路设计设计大全
装饰材料购销合同 简单电路设计设计大全 1．保密室有两道门，只有当两道门都关上时（关上一道门相当于闭合一个开关），值班室内的指示灯才会发光，表明门都关上了．下图中符合要求的电路是 2．小轿车上大都装有一个指示灯，用它来提醒司机或乘客车门是否关好。四个车门中只要有一个车门没关好（相当于一个开关断开），该指示灯就会发光。下图为小明同学设计的模拟电路图，你认为最符合要求的是 3．中考试卷库大门控制电路的两把钥匙分别有两名工作人员保管，单把钥匙无法打开，如图所示电路中符合要求的是 ”表示）击中乙方的导电服时，电路导通，4.击剑比赛中，当甲方运动员的剑（图中用“S 甲 乙方指示灯亮。下面能反映这种原理的电路是 5．家用电吹风由电动机和电热丝等组成，为了保证电吹风的安全使用，要求：电动机不工作时，电热丝不能发热；电热丝发热和不发热时，电动机都能正常工作。如图所示电路中符合要求的是( )
6.一辆卡车驾驶室内的灯泡，由左右两道门上的开关S l、S2和车内司机右上方的开关S3共同控制。S1和S2分别由左右两道门的开、关来控制：门打开后，S1和S2闭合，门关上后，S l和S2断开。S3是一个单刀三掷开关，根据需要可将其置于三个不同位置。在一个电路中，要求在三个开关的共同控制下，分别具有如下三个功能：(1)无论门开还是关，灯都不亮； (2)打开两道门中的任意一道或两道都打开时，灯就亮，两道门都关上时，灯不亮；(3)无论门开还是关，灯都亮。如图所示的四幅图中，符合上述要求的电路是 A.图甲 B.图乙 C.图丙 D.图丁 7．教室里投影仪的光源是强光灯泡,发光时必须用风扇给予降温。为了保证灯泡不被烧坏,要求:带动风扇的电动机启动后,灯泡才能发光;风扇不转,灯泡不能发光。则在如图3所示的四个电路图中符合要求的是 ( ) 8.一般家用电吹风机都有冷热两挡，带扇叶的电动机产生风，电阻R产生热。冷热风能方便转换，下面图3中能正确反应电吹风机特点的电路图是 ( ) 9．飞机黑匣子的电路等效为两部分。一部分为信号发射电路，可用等效电阻R1表示，用开关S1控制，30天后自动断开，R1停止工作。另一部分为信息存储电路，可用等效电阻R2表示，用开关S2控制，
中国CMOS图像传感器行业研究-行业发展概况
中国CMOS图像传感器行业研究-行业发展概况 （一）行业发展概况 1、集成电路行业 2010年以来，以智能手机、平板电脑为代表的新兴消费电子市场的兴起，以及汽车电子、工业控制、仪器仪表、智能照明、智能家居等物联网市场的快速发展，带动整个半导体行业规模迅速增长。2017年，全球半导体行业整体销售额达到4,122亿美元，同比增长21.63%，增速创七年来新高。 数据来源：全球半导体贸易协会（WSTS）
根据全球半导体贸易协会（WSTS）预测，2018年全球半导体市场规模将达到4,512亿美元，同比增长9.5%。 数据来源：全球半导体贸易协会（WSTS）
2、CMOS图像传感器行业 （1）图像传感器行业概况 图像传感器为物联网感知层众多传感器中最重要的一种核心传感器。图像传感器主要采用感光单元阵列和辅助控制电路获取对象景物的亮度和色彩信号，并通过复杂的信号处理和图像处理技术输出数字化的图像信息。图像传感器中的感光单元一般采用感光二极管（Photodiode）实现光电信号的转换。感光二极管在接受光线照射之后能够产生电流信号，电流的强度与光照的强度成正比例关系。每个感光单元对应图像传感器中的一个像元，像元也被称为像素单元（Pixel）。 图像传感器主要分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器两大类。CCD和CMOS 都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字信号，但二者在感光二极管的周边信号处理电路和感光单元产生的电信号的处理方式不同。 CCD和CMOS的感光元件在接受光照之后直接输出的电信号都是模拟信号。在CCD传感器中，每一个感光元件都不对此作进一步的处理，而是将它直接输出到下一个感光元件的存储单元，结合该元件生成的模拟信号后再输出给第三个感光元件，依次类推，直到结合最后一个感光元件的信号才能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号非常微弱，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理。由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以数字图像矩阵的形式输出给专门的图像处
用Si光电二极管标定软X射线探测器_曹继红
第12卷 第1期2004年2月 光学精密工程 Optics and Precis ion E ngineering Vol.12 No.1 Jan.2004 文章编号 1004-924X(2004)01-0118-04 用Si光电二极管标定软X射线探测器 曹继红,尼启良,陈 波 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033) 摘要:为了实现软X射线波段光源相对光谱分布的测量,引进了一种利用新型软X射线波段传递标准探测器—Si光电二极管对软X射线探测器进行标定。标定了软X射线波段光谱测量实验中常用的探测器—通道电子倍增器在放大电压为1.3kV时的量子效率,并对实验结果进行了分析,得出在8～30n m波段内探测器标定误差为5.7%～8.9%。 关 键 词:软X射线探测器;软X射线;硅光电二极管;标定;量子效率 中图分类号:TN366 文献标识码:A Calibration of soft X-ray detector C AO Ji-hong,NI Qi-liang,CHE N Bo (Changchun Institute of Optics,Fine Me chanics&Physics, Chinese A cademy of Scienc es,Changc hun130033,China) A bstract:In order to measure the r elative spectrum distribution of soft X-ray source,it is proposed to calibrate the channel electr on multiplier(CE M)using a silic on transfer standard photodiode calibrated by NIST.The quantum effi-ciency of the CE M has been determined using the calibration method proposed while CE M was biased to1.3kV.The analysis of calibration results indicates that the calibration error of CE M is11%～17%in the8～30nm region. Key words:soft X-ray detector;soft X-ray;silicon photodiode;detector calibration;quantum efficienc y 1 引 言 实验室经常需要测量软X光源的绝对或相对光谱分布,并对其光谱特性进行研究。在过去的十几年里,这种要求在基础和应用研究方面更是与日俱增。如医学领域,由于只有某个波段的X 射线能治疗肿瘤,就必须知道X射线源是否在这个波段有最大的辐射强度。然而,在实际光谱测量中,单色仪、探测器在不同的波段对光源的辐射有不同的响应效率,未经标定的测量系统的测量结果不能反映光源光谱辐射的真实情形,所以需要对单色仪、探测器在不同波段的响应效率进行标定。标定软X射线探测器的传统方法是利用同步辐射、稀有气体电离室或壁稳氩弧灯等标准(或传递标准)仪器进行标定,而本文则是利用一种新型的传递标准探测器—Si光电二极管对软X 射线探测器进行标定。虽然Si光电二极管在可见光和红外线等波段已得到广泛应用,但在软X射线波段的使用在国内尚无先例。 收稿日期:2003-11-22;修订日期:2003-12-04. 基金项目:国家重点基金项目(No.10333010)
简易门铃电路设计
《电子线路CAD》课程论文题目：简易门铃电路的设计
1 电路功能和性能指标 简易门铃是一种简单的门铃电路，它由分立元件和中规模集成芯片的构成，主要采用NE555定时器电路和扬声器组成门铃，利用多谐振荡电路来制作一简易单音门铃电路。它主要由一个NE555、一个47uf的电容、一个0.047uf电容、一个0.01uf电容、一个36kΩ的电阻、一个30kΩ的电阻、两个22k电阻、一个喇叭、两个IN4148高速开关二极管、一个9013三极管、一个开关和一个6v电源组成。NE555作为多谐振荡器，发出脉冲波。与传统的门铃相比，其可靠性、抗干扰性都较好，应用领域也相对较广泛。 2 原理图设计 2.1原理图元器件制作 方法和步骤： ①右键点击项目文件，选择追加新文件到项目中，在二级菜单下选择Schematic Library。 ②在放置菜单中，选择放置矩形。 ③在放置菜单中选择放置引脚。 ④在放置引脚时，按Tab键，选择引脚属性。 图1 注：在放置引脚的过程中，引脚有一端会附带着一个×形灰色的标记，该标记表示引脚端是用来连接外围电路的，所以该端方向一定要朝外，而不能向着矩形的方向。若需要调整引脚的方向，可按键盘撒花上的空格键，每按一次，可将引脚逆时针旋转90°。
2.2 原理图设计 步骤： ①创建PCB工程项目，执行File→New→Project→PCB Project，在弹出对话框中选择Protle Pcb类型并点击OK。将新建默认名为“PCB Project1.PrjPCB”的项目保存，命名为“简易门铃”。 ②创建原理图，在该项目文件名上点击右键，选择追加新文件到项目中，在二级菜单下选择Schematic。 ③保存项目目录下默认名为“Sheet1.SchDOC”的原理图文件。并命名为“简易门铃”。 ⑤绘图环境其他参数采用默认设置。 图2 编译原理图步骤： ①在原理图编辑页面，执行“Project→Compile PCB Project 简易门铃.PRJPCB” 菜单命令。 ②在Messages工作面板中，出现提醒为“Warning”的检查结果可以忽略。 图3
X射线探测器的发展趋势
PILATUS X射线光子计数探测器 PILATUS系列
PILATUS 探测器 一、概述 1、混合像素探测器，为您的实验室精心准备PILATUS 混合像素探测器的设计是X 射线探测领域的一次革命性成果，其能够实现最好的数据质量。该探测器将单光子计数和混合像素技术这两项关键技术相结合，应用于同步辐射和常规实验室光源等各个领域。单光子计数技术能够消除所有探测器噪声，并提供优质的实验数据。在采集数据时，能够有效排除读出噪声和暗电流的干扰，其在实验室光源的应用中具有特别优势。实验室X 射线光源相比于同步辐射光源光强低得多，因而在成像过程中需要更长的曝光时间，其获得的信号也要弱的多。由于排除了暗电流和 读出噪声，PILATUS 探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接探测X 射线，与其他探测器技术相比能够获得更清晰，更易分辨的信号。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS 探测器可以高效提供优质数据。低功耗和低冷却需求，为您提供一个维护量极小的探测器系统，。PILATUS 探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并且提供具有无与伦比价值的同步辐射验证的成熟探测技术。利用PILATUS 独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的 2、针对您的需求 PILATUS 探测器在众多同步辐射束线上获得成功应用。PILATUS 的独特功能在实验室和相关工业应用的优势也很明显。现在PILATUS 的产品家族，包括一系列的PILATUS 探测器，能够满足您在实验室的独特需求。固定能量标定和简化的读出电子器件可以完美匹配实验室相关需求，而且PILATUS 完全符合您的预算。 混合像素技术和单光子计数技术，这两项能够提升数据质量和采集效率的关键技术，在所有PILATUS 探测器中完美应用。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级为PILATUS 探测器。您可以在设备中自由集成PILATUS 探测器模块，也可以直接采用 PILATUSOEM 合作伙伴的现成产品。 3、OEM 合作整机合作 PILATUS 探测器是现成的配套产品， 可以选择仪器的OEM 配套合作： - JJ X 射线 - 理学 - STOE -Xenocs 器 传感器层厚度[μm] 表1：基于PTB 实验室的BESSY II 实验装置上测量的PILATUS 传感器的量子效率。 4、可定制，以符合您的要求 除了标准的320微米厚的硅传感器，你可以定制您的PILATUS 探测器450或1000微米厚的硅传感器以匹配您的X 射线光源能量（见表1）。这样能够在所有常见的实验室X 射线能量下实现高量子效率。水冷机型PILATUS300K 和300K-W 提供了可选的真空兼容性。此定制使得探测器能够在真空中使用，如在SAXS 装置的飞行管中。连续可调的能量阈值的选项可以有效抑制荧光信号
CMOS图像传感器的研究进展_李继军.
. net 光学制造 1内蒙古工业大学理学院, 内蒙古呼和浩特 0100512北京师范大学遥感与 GIS 研究中心遥感科学国家重点实验室, 北京 10087! " 5 Li Jijun 1 Du Yungang 1Zhang Lihua 1, 2 Liu Quanlong 1Chen Jianrui 1 1School of Science, Inner Mongolia University of Technology , Hohhot, Inner Mongolia 010051, China, 2State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Research Center of Remote Sensing &GIS, Beijing Normal University ,Beijing 100875, China #$$$$$$$$$$$% &’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ( 摘要 20世纪 90年代以来, 随着超大规模集成 (VLSI 技术的发展, CMOS 图像传感器显示出强劲的发展势头。简要介绍了 CMOS 图像传感器的结构及工作原理, 详细比较了 CMOS 图像传感器与 CCD 的性能特点, 讨论了 CMOS 图像传感器的关键技术问题,并给出了相应的解决途径,综述了 CMOS 图像传感器的国内外研 究现状, 最后对 CMOS 图像传感器的发展趋势进行了展望。 关键词光电子学; 传感器; CMOS 图像传感器; CCD ; 关键技术问题 Abstract
Since the 1990s, with the development of very large scale integration (VLSI,CMOS image sensors have been developed rapidly. The structure and working principle of CMOS image sensors are introduced. The performances between CMOS image sensor and CCD are compared in detail. The key technical problems of CMOS image sensors are discussed, and the related solving ways are given. The development situation of CMOS image sensors at home and abroad is reviewed, and the development trends of CMOS image sensors are prospected. Key words optoelectronics; sensor; CMOS image sensor; CCD; key technical problem 中图分类号 O436 doi :10.3788/LOP20094604.0045 1引言 CMOS 图像传感器的研究始于 20世纪 60年代末, 受当时工艺技术的限制, 发展和应用有限。直到 20世纪 90年代初,随着大规模集成电路设计技术和信号处理技术的提高, CMOS 图像传感器才日益受到重视 [1~3], 成为固体图像传感器的研发热点。近几年来, 随着集成电路设计技术和工艺水平的长足进步 , CMOS 图像传感器的一些性能指标已接近甚至超过CCD 图像传感器 [4~6]。 本文简要介绍了 CMOS 图像传感器的结构及工作原理,详细比较了 CMOS 图像传感器与 CCD 的性 能特点,讨论了 CMOS 图像传感器的关键技术问题, 并给出了相应的解决途径, 综述了 CMOS 图像传感器的国内外研究现状, 最后对 CMOS 图像传感器的发展趋势进行了展望。 2结构及工作原理 CMOS 图像传感器的总体结构如图 1所示
溴化镧探测器效率的标定
溴化镧探测器效率的标定 利用三种γ射线标准源（137Cs、60Co、152Eu），标定了一个溴化镧闪烁体探测器能量区间内的本征探测效率。然后在中国原子能科学研究院的高压倍加器上，利用16O*反应法得到6.13 MeV高能γ射线，对该探测器的6.13MeVγ射线的本征探测效率进行了标定。最后用最小二乘法对效率曲线进行拟合，给出了较宽能量范围内溴化镧探测器的本征效率。 标签：LaBr3：Ce3+探测器；本征探测效率；最小二乘法 1 引言 1.1 溴化镧探测器概述 溴化镧（LaBr3：Ce3+）探测器是近几年发展起来的新型卤化物闪烁体探测器，它是由LaBr3掺杂少量激活剂Ce3+（铈）元素组成的。与常用的NaI（Tl）等闪烁体探测器相比，LaBr3：Ce3+探测器主要优势在于它拥有很好的能量分辨率和极短的闪烁衰减时间[1]。 1.2 探测效率 探测效率可以分为两大类：源探测效率和本征探测效率[3]。其定义是： 其中，？赘是探测器的灵敏体积对源所张的立体角。 由于源距足够远和方便得到立体角，在计算时将直径为2 mm标准源近似为点源。用MCNP4C软件计算了0.611MeV时γ标准源由面源近似为点源的误差。经计算，误差在2.5%内。 2 实验过程 2.1 γ标准源实验 分别对137Cs、60Co、152Eu进行测定，得到如下能谱。如图2-图4其中用137Cs的662keV的能量点计算了能量分辨率。FWHW=19.126 η=ΔE/E=2.89%。 2.2 6.13 MeV能点的实验刻度 3 实验数据处理 参考文献 [1]谢建军等.卤化镧系LnX3（Ce）闪烁晶体的研究进展[J].无机材料学报，
GM计数管能量响应测定
GM 计数管的能量响应范围确认 如果要保证GM 计数管的剂量测量的置信度，就必须刻度出探测系统的γ能量响应。由于没有合适的系列单能γ辐射源，为此利用康普顿散射原理将强60 Co 源释放出的γ射线转换为系列单能γ射线进行探测系统γ能量响应的标定。然后拟合出能量响应曲线。 一、原理和方法 当辐射源（60 Co ）释放的γ光子与靶物质（一般选用Cu 或Al ）相互作用时，产生康普顿散射效应。散射光子的能量为： 201(1cos )E E E m c θ'=+- 0m 为电子静止质量，θ为散射γ光子的出射角。由上式可知，当确定能量的入射光子与靶物质发生作用时，对于确定的θ角，就有与之相对应确定能量的散射γ光子产生。 二、主要事项 一般来说，对GM 计数管能量响应的测定，其要考虑的影响因素多。首先即为辐射屏蔽，对辐射的屏蔽，由于实验环境中的墙壁和地面等散射物的影响，存在大量的空间杂散本底，一般来说在离散射靶70cm 测点处比本底信号强度高4个量级。因此，减少本底干扰、提高信噪比是能量响应标定的关键技术之一。为此可以做如下图所示的设计。 1、放射源； 2、准直器； 3、散射靶； 4、探测器 铅屏蔽的厚度一般为50cm ，用以阻挡放射源放出的γ射线直接到达探测系统产生干扰，屏蔽体后壁需开一斜喇叭口，以避免射线经后壁反照到散射靶。同时，为了降低通道内本底的干扰，需对准直器进行特殊设计。一般来说，根据GM 计数管灵敏区的大小，准直器前喇叭口直径为4cm ，中段口径为2cm ，使辐射源释放的γ射线照射到斜喇叭口的管壁后不再反射到散射靶上；准直器的后喇叭口直径为5cm ，放探测器一面的斜度要适当，一方面要阻挡辐射源释放的γ射线直接到达散射角为25°的探测器，另一方面要尽量减少γ射线经管壁到散射靶的量；不放探测器一面的斜度要以避免γ射线经准直器内管壁反射后到达探测器和散射靶上为宜。 另外, γ光子与靶物质发生作用产生散射了的同时, 还伴随有康普顿电子射线的产生。因此在探测器与散射靶之间需放Fe （约1mm 厚度）吸收片以消除电子射线对探测器输出的影响。
2017年大学生数学建模A题CT系统标定成像论文
CT系统参数标定及成像摘要：本文运用MATLAB等工具对已给出的数据进行分析和处理，通过反射投影算法，等比例转换法，radon变换和iradon变换，还原180次扫描信息和图形信息。 对于问题1，通过radon变换法，在MATLAB中得出该介质以正方形托盘左上角为原点的坐标系下的位置分布图，然后根据题目中已经给出的介质物体实际图，以椭圆圆心为原点建立直角坐标系，得出两个坐标系之间的比例关系，通过位置与长度的等比例变换得出旋转中心在正方形托盘中的坐标为（-8.7755, 6.1697），通过观察附件2发现存在探测器接收到的非零信号个数稳定在28个，对比小圆的直径得出探测器的间距为0.2857mm，探测器接收到的非零信号个数与角度曲线没有发生突变，且最高点与最低点横坐标相差90次，可以认为每次旋转1度，初始位置与坐标系X轴正方向夹角为29度。 对于问题2，通过使用iradon变换，得出了投影重建结构的解，对附件3中某未知介质的投影数据进行滤波反投影重建运算，实现从其它空间向图像空间进行转换的过程，最终通过MATLAB运行结果获得该未知介质模型的重建图像，得出该未知介质在正方形托盘中的几何形状和位置信息，然后采用比例变换的方式，根据10个点的位置和相对于实物图位置，得出这10个位置介质点的吸收率结果。 对于问题3，采用与问题2相似的方式，利用MATLAB中的iradon算法，根据附件5中提供的另一未知介质的吸收信息，通过反投影重建可以得到该未知介质的位置，形状和吸收率等信息，同样采用等比例变换的方式，根据点的位置和相对于实物图的位置，得出这10个位置点的吸收率结果。 对于问题4，通过对已经给定的数据进行分析，用iradon验证扫描次数对成像质量的影响，在不同滤波环境下比较成像质量，分别对18,36,90,180个角度投影进行观察和分析，能够得出随着投影角度个数的增加，图像的重影越来越少，也即是稳定性和精确度越来越高。运用shepp-lagon模型重新优化模型。 关键词：反射投影重建；MATLAB软件；radon变换；iradon变换；比例变换；成像质量；
数字钟的设计与仿真
目录 摘要 (3) 前言 (4) 第一章理论分析 1.1 设计方案 (5) 1.2 设计目的 (5) 1.3 设计指标 (6) 1.4 工作原理及其组成框图 (6) 第二章系统设计 2.1 多谐振荡器 (8) 2.2 计数器 (10) 2.3 六十进制电路 (12) 2.4 译码与LED显示器 (13) 2.5 校时电路 (14) 2.6 电子时钟原理图 (15) 2.7 仿真与检测 (16) 2.8 部分元器件芯片结构图 (18) 2.9 误差分析 (19) 第三章小结 心得体会 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
摘要 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。在这次的毕业设计中,针对一系列问题,设计了如下电子钟。 本系统由555多谐振荡器，分频器，计数器，译码器，LED显示器和校时电路组成，采用了CMOS系列（双列直插式）中小规模集成芯片。总体方案手机由主题电路和扩展电路两大分组成。 其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能，进行了各单元设计，总体调试。 关键词：555多谐振荡器;分频器；计数器；译码器；LED显示器
前言 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，因此在许多电子设备中被广泛使用。 电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。 本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且有走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计数器，例如CD4060、CD4518，译码集成电路，例如CD4511，LED数码管及各种门电路和基本的触发器等，电路使用5号电池共电，很适合在日常生活中使用。
CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑.
CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑 摘要：介绍CMOS图像传感器的基本原理、潜在优点、设计方法以及设计考虑。 关键词：互补型金属－氧化物－半导体图像传感器；无源像素传感器；有源像素传感器 1引言 20世纪70年代，CCD图像传感器和CMOS图像传感器同时起步。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图像传感器相比。 如果把CMOS图像传感器的光照灵敏度再提高5倍～10倍，把噪声进一步降低，CMOS 图像传感器的图像质量就可以达到或略微超过CCD图像传感器的水平，同时能保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、价位低等优点，如此，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器就会成为事实。 由于CMOS图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制得到了极大的发展，并且随着经济规模的形成，其生产成本也得到降低。现在，CMOS图像传感器的画面质量也能与CCD图像传感器相媲美，这主要归功于图像传感器芯片设计的改进，以及亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能。 实际上，更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。事实上，当一位设计者购买了CMOS图像传感器后，他得到的是一个包括图像阵列逻辑寄存器、存储器、定时脉冲发生器和转换器在内的全部系统。与传统的CCD图像系统相比，把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗，而且具有重量较轻，占用空间减少以及总体价格更低的优点。 2基本原理 从某一方面来说，CMOS图像传感器在每个像素位置内都有一个放大器，这就使其
γ射线能谱测量
γ射线能谱测量 0802班，程道辉，U200710222 0802班，安志强，U200710210 前言： γ射线首先由法国科学家P.V.维拉德发现的，γ射线是光子，是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出γ射线。γ射线强度按能量分布即为γ射线能谱。通过分析γ能谱可以确定原子核激发态的能级，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方面都有重要的意义。本实验采用闪烁探测器和多道脉冲分析器对γ射线的能量分布谱进行测量． 原子核的衰变产生γ射线，不同能级间的衰变跃迁可以产生不同能量的γ射线，我们可以通过射线探测器对这些γ射线的能谱分析就可以推断出原子核的一些性质。射线探测器的是根据射线与物质的相互作用规律研制的，可分为“信号型”和“径迹型”， γ射线在与物质相互作用的时候可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，这三种效应会产生次级电子，γ闪烁探测器就是利用这些次级电子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激发时会放出大量的光子，并照射在光阴极上产生光电子，这些光电子经过倍增管放大而产生可探测的电信号并通过电子仪器的记录得到γ射线能谱，具体结构图如下： 经过闪烁探测器后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的γ射线的能量成正比，线号脉冲的个数正比于γ射线的强度。接收电信号的仪器可以分为单道和多道脉冲分析器，其功能是通过测量不同幅值电压脉冲信号的脉冲个数来画出入射γ射线能量与强度的关系。 单道分析器有一个下甄别电压1V 和一个上甄别电压2V ，只有当脉冲幅值在 12V V 之间的信号才能通过，这样就可以测量出信号幅值在12V V 之间的个数，通过改变1V 并保持12V V 不变，就可以测量出不同幅值所对应的个数，即为γ射
第5章 电路级设计与仿真
第5章 电路级设计与仿真 电路设计技术是EDA 技术的核心和基础。电路设计可以分为数字电路、模拟电路、常规电路和集成电路。现代EDA 与传统的电路CAD 相比其主要区别是比较多地依赖于电路描述语言，常用的电路描述语言有描述模拟电路的SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ）语言，描述数字电路的硬件描述语言。弄清电路结构形式与语言的关系以及各种语言的基本功能是学习EDA 技术非常重要的环节，这也是本章的主要目的所在。 本章将从最基本的数学和物理模型出发，引入程序化模型，介绍模拟电路与仿真、数字电路与仿真。从一般的设计原理上讲，常规电路与集成电路并没有本质的区别，本章采用的例子主要以常规电路为主，其基本设计原理也同样适合于相应的集成电路，关于集成电路设计将在后续章节中详细介绍。 5.1模拟电路模型与SPICE 程序 5.1.1 模拟电路模型 电路的物理模型是指利用电路元件（如：电阻、电容、电感等无源元件，三极管、集成电路等有源元件）按照一定的电路连接方式进行连接的图形描述方法。其中电路元件是器件的物理模型，器件模型的建立以及器件的连接是按照电学参数和基本电路功能的描述为依据的。这种电路的物理模型也叫做等效电路模型，也就是我们常说的电路。 电路的物理模型是一种简化了的直观的电路图，可以十分方便地反映电路的连接关系和基本功能，但是这个模型并不能进行直接分析，如果要对电路进行分析，还需要建立电路的数学模型。电路数学模型是根据电路的物理模型和电路分析原理得到的电路行为特性及各参数之间的数学关系。 我们在《电路分析原理》中已经建立起这样的概念，这个概念是基于一些基本的电路定律和基本定理，例如基尔霍夫定律、叠加定理、代文宁定理、欧姆定律等。 基尔霍夫定律：； 0i n 1k k =∑=0v n 1k k =∑=欧姆定律：V=IR 对于特定的电路，这些定律和定理构成了电路中物理参数之间的特定关系，这种特定关系是约束电路的基本数学模型。不同的元件具有不同的参数运算或转换关系，这种关系如表5-1所示，这是一些最基本和最简单的元件及其数学模型，复杂元件的数学模型也是由这些简单的元件按照功能需求组成的。因此，描述模拟电路的数学模型是微分方程或代数方程。 《电路分析基础》课程就是在建立了这些电路模型的基础上对电路进行分析，不论是建立电路模型或者是分析运算，电路分析是在基于电压、电流的等效模型进行的。 表5-1 电路元件及其数学描述 电路元件 符号 物理模型 数学模型(VI 关系) R v = R·i C i = C·dv/dt v = L t ·di/d v = v s , i 电阻电容电感 L 电压源 Vs 103
CMOS图像传感器的性能
CMOS图像传感器的性能 2.2.1光电转换的原理和性能 当光子入射到半导体材料中，光子被吸收而激发产生电子–空穴对，称为光生载流子，如图2.3（a）所示。量子效率（Quantum Efficiency，QE）被定义为产生光生载流子的光子数占总入射光子数的百分比；或者被定义为η，即每个入射光子激发出来的光生载流子数。 式中，N e为被激发出来的电子数；N v为入射的光子数。不同的半导体材料对入射光的响应随其波长而变化，对于硅材料而言波长覆盖整个可见光范围，截止在 约1.12μm的近红外波长，如图2.3（b）所示。 （a）（b） 图2.3硅半导体材料的光照响应 光电信号的噪声水平决定了能检测到的最小光功率，即光电转换的灵敏度。硅光电传感器的噪声构成包括： ●来源于信号和背景的散粒噪声（shot noise）；
●闪烁噪声（flicker noise），即1/f噪声； ●来源于电荷载流子热扰动的热噪声（thermal noise）。 噪声特性用噪声等效功率NEP（Noise Equivalent Power）表达，信号功 率和噪声等效功率的比值，被称为信噪比（Signal Noise Ratio，SNR），是描述传感器性能的重要参数之一。 当入射光子照射在半导体材料的PN结上，如图2.4（a）所示，如果在PN 结上施加电压使光生载流子形成电流，产生如图2.4（b）所示的I-V特性曲线。曲线上V＞0的正向偏置一段被称为太阳能电池模式；PN结反向偏置V＜0的平直一段曲线，被称为光电二极管模式；I-V特性的反向击穿段被称为雪崩模式。通常在图像传感器中，光电转换元件工作在光电二极管模式，如图2.3（c）所 示。图2.3中PN结的反向电流I leak为 I leak＝I ph＋I diff （a）（b） 图2.4PN结光电二极管示意图
γ射线法在医用186Re样品分析中的应用
第２３卷第２期２０００年２月 核技术 ＮＵＣＬＥＡＲＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ Ｖ０１．２３Ｎｏ２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０００ Ｙ射线法在医用１８６Ｒｅ样品分析中的应用 方克明刘静恬庄道玲周桢堂石最惠 （中国科学院上海原子拔研究所上海２０１８００） 摘要描述了以Ｙ射线测量为基础分析医用１８６Ｒｅ样品的步骤和方法．用ＨＰＧｅＹ射线探测器对 ＮＨ?Ｒｅ０?进行了丫（Ｘ）射线谱测量．根据谱中Ｙ（Ｘ）射线的能量和强度鉴别了１懿Ｒｅ，鉴定了 １蛳Ｒｅ的核纯度，通过与标准源进行比较，给出了样品的放射性活度。 关键词丫（ｘ）射线谱，”６Ｒｅ，按纯度，放射性活度 中图分类号０６５７３５ １“置ｅ作为新一代的放射性治疗药物核素，以其特有的半衰期和核衰变性质越来越受到核医学界的重视“１。“。Ｒｅ的产生方法通常有两种；一种是天然铼在反应堆中用中子照射后经过化学处理得到的有载体“Ｒｅ，一种是”５ｗ在加速器上用质子照射后经过化学分离得到的无载体“５Ｒｅ。原料的不纯、照射时的副反应和化学分离的不彻底会造成”６Ｒｅ制品的不纯，半衰期的差异会引起放射性核素的含量随存放时问的长短而变化。为保证”６Ｒｅ核素标记放射性药物可用于临床使用，详细可靠地了解这些信息至关重要。为此，需要对“Ｒｅ制品的核纯度、放射性杂质、放射性活度以及它们随时间的变化关系进行准确的检测和分析。本工作用高分辨率ＨＰＧｅＹ射线探测器测量Ｎ｝王４ＲｅＯｔ样品的Ｙ射线谱，用一套完善的谱学分析方法对１，射线谱进行分析，鉴别１“Ｒｅ，得出”６Ｒｅ的放化纯度、放射性活度和它们随时问的变化关系。 １实验方法 １＿１仪器和材料 ＧＭｘ一２０１９０一ＰＨＰＧｅＹ射线探测器，美国ＯＲＴＥｃ公司产品，灵敏体积为毋４．６５ｃｍ ｘ６７７ｃｍ．对叫Ｃｏ的１３３２＿５ｋｅＶＹ射线的能量分辨率为１．９ｋｅＶｊＰＣ—ＣＡＭＡＣ多参数数据获取系统，国内研制ｊ９７１２１３号ＮＨ４Ｒｅ０４溶液，中国核动力研究设计院第一研究所提供，由天 然铼在该所高通量堆中用堆中子照射后经化学处理得到；２０８５号”２Ｅｕ标准源，中国原子能科 学研究院提供，１９８５年１１月２８日标定的放射性活度为（４．０３±Ｏ．１２）×１０３Ｂｑ．根据放射性活度衰减公式Ａ＝Ａｏｅ…．至１９９７年１２月１５日使用时放射性活度衰减为（２．１８±Ｏ０６）×１０６Ｂｑ。１．２刻度 在铅室中用”。Ｅｕ标准源对探测器进行能量刻度和效率刻度。源距８ｃｍ，铅室厚５０ｃｍ， 内部尺寸为４０．Ｏｃｍ×４０．０ｃｍ×３２．０ｃｍ。以ＰＣ—ＣＡＭＡＣ多参数数据获取系统记录Ｙ射线谱，测量数据储存于磁盘上。 采用类似Ｏｋａｎｏ…等程序结构的微机解谱程序ＳＡＮＡ拟合出较强ｖ射线的峰位置和峰面 积。用线性多项式对能量与峰位置的关系进行最小二乘法拟舍得到能量剡度曲线。由计数率收稿日期１９９８０６—２９．修回日期：１９９耻１０—２ｓ 万方数据
电子电路设计与仿真工具
电子电路设计与仿真工具 我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。 说到电子电路设计与仿真工具这项技术，就不能不提到美国，不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计，从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产，整个周期大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢？因为美国在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术，把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。这样一来，只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验，哪里不合理有问题就改动那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了，从他们的波音747到 F16都是采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供，软件开发商是IBM，飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样，他们其他的很多东西都是采用了这样类似的方法，从大到小，从复杂到简单，甚至包括设计家具和作曲，只是具体软件内容不同。其实，他们发明第一代计算机时就是这个目的（当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计）。 电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍前三个软件。 ①SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，
CMOS图像传感器的工作原理及研究
CMOS图像传感器的工作原理及研究 摘要：介绍了CMOS图像传感器的工作原理，比较了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的优缺点，指出了CMOS图像传感器的技术问题和解决途径，综述了CMOS图像传感器的现状和发展趋势。 1 引言 自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控中的核心器件。互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器与电荷耦合器件（CCD）图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而CCD 器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 70年代初CMOS传感器在NASA的Jet Pro pul sion Laboratory(JPL)制造成功，80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件，1995年像元数为（128×128）的高性能CMOS有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功[1]，1997年英国爱丁堡VLSI Ver sion公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化，就在这一年，实用CMOS技术的特征尺寸已达到0.35mm，东芝研制成功了光敏二极管型APS，其像元尺寸为5.6mm×5.6mm，具有彩色滤色膜和微透镜阵列，2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。 2 技术原理 CCD型和CMOS型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。CMOS图像传感器芯片的结构 [2]如图1所示。典型的CMOS像素阵列[3]，是一个二维可编址传感器阵列。传感器的每一列与一个位线相连，行允许线允许所选择的行内每一个敏感单元输出信号送入它所对应的位线上（图2），位线末端是多路选择器，按照各列独立的列编址进行选择。根据像素的不同结构[4]，CMOS图像传感器可以分为无源像素被动式传感器（PPS）和有源像素主动式传感器（APS）。根据光生电荷的不同产生方式APS又分为光敏二极管型、光栅型和对数响应型，现在又提出了DPS(digital pixel sensor)概念。