12、固态图像传感技术解析

固态图像传感技术解析

1. 电压信号传输

并非所有像素类型都依赖于电荷信号的传输。有时，单个像素会产生电压信号，这些电压信号需要传输到输出放大器结构。其采用的架构与之前描述的类似，每个像素中有单独的开关，将局部电压连接到一个公共放大器结构。

在这种架构中，电压信号传输比电荷信号传输更容易实现。视频传输线中的约翰逊噪声经过 RC 低通滤波器滤波后，产生的电压噪声与视频线电容的平方根成反比。电容越大，电压噪声越低。因此，电压信号传输的噪声更小，测量精度更高。具有电压传输架构的图像传感器，相比传统的光电二极管（PD）架构，具有固有的噪声优势。

2. 电子信号检测

电子信号检测的基本任务是精确测量低噪声、宽动态范围的电压信号。这些输入电压信号可以是通过电容将光电荷转换为电压产生的，也可以是经过更复杂的光电荷预处理得到的。信号检测电子设备的输出通常是一个电压，在大动态范围内应与输入电压成正比。其输出应具有非常低的阻抗，即输出电压应稳定，不依赖于所汲取的电流量。电子信号检测噪声是目前提高图像传感器灵敏度和动态范围的限制因素。

2.1 信噪比（SNR）和动态范围（DR）

为了对电子电路的电压或电荷噪声性能进行数值描述，常使用信噪比（SNR）和动态范围（DR）这两个值。
- 信噪比（SNR） ：通过将实际信号电平 (V) 与其均方根噪声 (\Delta V) 进行比较来定义，公式为 (SNR = 20 \log_{10} \frac{V}{\Delta V})。
- 动态范围（DR） ：比较图像传感器中的最大信号电平 (V_{max}