随着微电子技术工艺水平的不断提高,从亚微米工艺向深亚微米的发展, CMOS图像传感器的性能已经达到甚至超过了CCD的性能,CMOS图像传感器成为图像传感器研究的热点。本论文的研究课题是有源像素CMOS图像传感器的设计研究,它是专门为无线传感器网络设计的传感器芯片。本设计首先研究图像传感器的光电转换原理,再建立光电二极管的模型,并用MATLAB编程计算并绘制几种类型的二极管的光电流与光强的关系图以及响应率的图,并选择n+-psub型二极管作为光电转换器件。接着再利用n+-psub型二极管的模型设计图像传感器的电路,包括两种像素电路,列输出电路,单位增益缓冲器,以及用于行列选择的译码器。该设计的像素阵列是16×16,像素尺寸是8um×8um,光电二极管大约为36平方微米。两种像素结构分别是经典的有源像素结构和改进的有源像素结构。经HSPICE软件仿真得出改进的有源像素的动态范围比经典的有源像素高出80%。列输出电路采用双采样电路,该电路能有效地消除固定模式噪声。单位增益缓冲器是具有驱动大负载电容能力的运算放大器的反馈应用,该运算放大器的增益大于70db,相位裕度大于70度。电源抑制比大于50db。对整个光电转换电路,采样输出电路的仿真得到输出的电压信号与光强基本成线性关系。可响应的最高光强是9.5瓦/平方米(室内的参考光强为0.1瓦/平方米)。