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CCD图像传感器读出电路是CCD器件与后续数字信号处理电路之间的接口,其作用是放大CCD器件输出的微弱信号,并滤除各种噪声。读出电路的性能决定了整个CCD系统的精度。随着CCD器件速度和象元数的不断提高,要求读出电路具有更高的速度、更低的噪声、更大的动态范围以及更多功能的单片集成。本文研究了单片集成的CCD读出电路,设计了前置放大器、低通滤波器和相关双采样三个子模块电路。设计过程中主要从精度、速度和噪声三方面探讨了各个子模块的理论模型和相应的电路实现途径,同时基于UMC 0.18μm CMOS工艺设计了读出频率为2MHz,精度在10位以上的CCD图像传感器读出电路。主要内容包括以下几方面:1)系统阐述和分析了CCD器件结构及其产生的噪声,侧重对于在噪声中占主要成分的输出复位噪声进行了研究,推导了复位噪声随时间变化的表达式,分析了复位噪声的相关性并计算了相关系数。基于复位噪声的相关性,采用相关双采样电路降低复位噪声。2)基于前置放大器结构,分析了影响前置放大器精度和速度的因素,如运放有限增益,有限带宽,噪声和失调电压等。通过分析,推导了用于读出电路的运算放大器的指标。同时基于2MHz读出频率和相关双采样抑制噪声的要求,确定了低通滤波器的-3dB带宽。3)设计了用于CCD读出电路各个模块的运算放大器,包括可驱动低阻抗的带输出级的运放和用于缓冲隔离的普通运放。运放设计过程中还分析和推导了噪声和失调电压,通过优化参数将噪声和失调电压降至最低。仿真结果,运放增益78dB,单位增益带宽30MHz,相位裕度58?,满足系统设计的要求。4)推导了相关双采样的系统函数。设计了两种相关双采样电路,分析了相关双采样电路中的电荷注入等误差,通过分析和仿真结果表明,第二种相关双采样电路能够将误差降至最低,满足系统10位精度要求。5)基于UMC 0.18μm CMOS工艺,设计仿真了用于CCD图像传感器的读出电路,电源电压3.3V,读出频率为2MHz,最大输出信号为1V。仿真结果表明,读出电路信号放大倍数为5倍。精度在0.4mV之内,对于1V的满幅信号,精度满足10位以上。