基于单光子计数CMOS有源像素的量子图像传感器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61704119
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0402.集成电路设计
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Owing to its single photon-counting ability, oversampling in time and space, quanta image sensor will be widely used in the fields of low light, high speed, high dynamic range and high resolution imaging. Only SPAD-based quanta image sensor has been reported so far. SPAD devices can not meet the need of quanta image sensor for space oversampling in further due to pixel pitch limitation, so the further improvement of quanta image sensor performance is difficult to achieve. This project will utilize CMOS active pixel which has smaller pixel pitch and higher frame rate for quanta image sensor design. Based on CMOS active pixel, a system model of quanta image sensor will be established; a method to realize the single photon-counting ability of CMOS active pixel will be studied; a method of column readout circuit and redundancy remove circuit design will be studied. Based on all these results above, a 512x512 CMOS active pixel based quanta image sensor design can be accomplished, and key modules such as pixel structure and readout circuit should be verified on silicon. These achievements can provide theoretical and technology resources in CMOS active pixel based quanta image sensor design.
量子图像传感器以其单光子计数、空间过采样及时间过采样特性,将在微弱光环境成像、高速运动物体捕获、高对比度成像以及高分辨率成像中拥有广阔的应用前景。目前世界上仅有基于SPAD像素的量子图像传感器原型,但是SPAD像素因其尺寸难以进一步缩小,不能满足量子图像传感器更进一步的空间过采样需求,从而限制了其性能的进一步提升。本项目采用在像素尺寸及帧率性能上更具潜力的CMOS有源像素,研究基于CMOS有源像素的量子图像传感器理论及其系统模型;研究CMOS有源像素单光子计数的理论及其实现方法;研究量子图像传感器的列读出电路及片上可配置的去冗余电路。预期完成512×512规模的基于CMOS有源像素的量子图像传感器设计,并对其中的像素结构以及关键电路模块进行流片验证,最终为基于CMOS有源像素的量子图像传感器研究提供理论指导和技术来源。

结项摘要

量子图像传感器以其单光子计数、空间过采样及时间过采样特性,将在微弱光环境成像、高速运动物体捕获、高对比度成像以及高分辨率成像中拥有广阔的应用前景。至今仅有2017年末报道的美国Eric教授团队初步完成了量子图像传感器原型,其芯片实现了光子计数,但需要45nm工艺进行支持。此外,还有日本静冈大学团队实现了非雪崩机理的光子计数功能,但需要零下10度的环境以及20V高压脉冲。本项目研究了基于CMOS有源像素的量子图像传感器理论及其系统模型;研究CMOS有源像素单光子计数的理论及其实现方法;研究量子图像传感器的列读出电路及片上可配置的去冗余电路。最终于2020年完成了256×128阵列规模的基于CMOS有源像素的量子图像传感器设计与流片,采用0.18umCMOS工艺,电源电压3.3V,室温下测试结果显示最低噪声已达到0.31电子,已观测到光子计数图示。最终为基于CMOS有源像素的量子图像传感器研究提供理论指导和技术来源。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Long Exposure Time Noise in Pinned Photodiode CMOS Image Sensors
钉扎光电二极管 CMOS 图像传感器中的长曝光时间噪声
  • DOI:
    10.1109/led.2018.2839711
  • 发表时间:
    2018-07-01
  • 期刊:
    IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Han, Liqiang;Xu, Jiangtao
  • 通讯作者:
    Xu, Jiangtao
Effect of the Transition Points Mismatch on Quanta Image Sensors.
过渡点不匹配对Quanta 图像传感器的影响。
  • DOI:
    10.3390/s18124357
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Sensors
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xu Jiangtao;Zhao Xiyang;Han Liqiang;Nie Kaiming;Xu Liang;Ma Jianguo
  • 通讯作者:
    Ma Jianguo

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其他文献

A Readout Scheme Applied in TDI CMOS Image Sensor for 3T Pixel Reset Noise Cancellation
应用于TDI CMOS图像传感器的3T像素复位噪声消除读出方案
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    南开大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐超;高静;高志远;韩立镪;姚素英
  • 通讯作者:
    姚素英
a dynamic range extension scheme applied to TDI CMOS image sensor
应用于TDI CMOS图像传感器的动态范围扩展方案
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    半导体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐超;姚素英;徐江涛;高志远;韩立镪
  • 通讯作者:
    韩立镪
Analysis of incomplete charge transfer effects in CMOS Image Sensor
CMOS图像传感器中不完全电荷转移效应分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Semiconductors
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    韩立镪;姚素英;徐江涛;徐超;高志远
  • 通讯作者:
    高志远
Characteristics of random telegraph signal noise in time delay integration CMOS image sensor
延时积分CMOS图像传感器随机电报信号噪声特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Microelectronics Reliability
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    韩立镪;姚素英;徐江涛;徐超
  • 通讯作者:
    徐超

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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