Pixel and Readout Circuit of a Wide Dynamic Range Linear-Logarithmic Current-Mode Image Sensor

Le capteur d'images est la partie principale de tout système d'acquisition d'images, quelle que soit son application. Jusqu'à la fin des années 1990, les capteurs de type CCD ont dominé le marché en raison de leur qualité d'image exceptionnelle. À l'opposé des capteurs CCD, les capteurs CMOS offrent des possibilités intéressantes d'intégrer les circuits de traitement de signal sur un même substrat en vue d'obtenir une caméra sur puce. Entant que ces capteurs opèrent avec des tensions d'alimentations plus faibles que celles requise par les capteurs CCD, elles possèdent une faible consommation de puissance. De plus, les coûts associés à la fabrication des capteurs CMOS sont plus faibles que ceux engendrés par les capteurs CCD. Ces caractéristiques font en sorte que les capteurs d'images CMOS se prêtent à un plus grand nombre d'application que leurs équivalents CCD. Dans ce projet, l'objectif principal est de concevoir un capteur d'images ayant une plage dynamique élevée. Il possède l'avantage de deux modes d'opération, linéaire et logarithmique, ainsi qu'une lecture en mode courant afin d'augmenter sa plage dynamique. Les tensions d'alimentation des technologies CMOS diminue de plus en plus, et de ce fait la plage dynamique du pixel. En fonctionnant en mode courant, on arrive à atténuer cet effet. Le projet consiste à concevoir des circuits : convoyeur de courant, ‘delta-reset-sampling' et un comparateur de courant qui sont efficaces pour les modes d'opération linéaire et logarithmique du pixel et permettent de détecter dans quels des deux modes se situe le pixel de façon à réaliser, à l'étage subséquent, une conversion analogique-numérique adéquate. Le pixel à trois transistors fonctionnant en mode courant utilise un transistor PMOS dans la région linéaire pour la lecture et un transistor PMOS de reset qui permet une réponse linéaire-logarithmique combinée. L'une des contributions à la non-linéarité de la réponse provient de l'effet provoqué par la résistance ‘on' du transistor ‘select'. Pour éliminer cet effet, nous appliquons une fonction de linéarisation qui est effectuée dans le domaine numérique. Le mode d'opération du pixel est déterminé dans le circuit de lecture de colonne et un signal est envoyé à l'unité de traitement numérique comme indicateur de mode. Un prototype a été conçu et fabriqué en CMOS 0.35µm standard, 3.3V. Les résultats expérimentaux sont concluants et montrent une plage dynamique intrascènede 100 dB.