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CMOS-TDI图像传感器中模拟域累加器噪声特性研究与优化
摘要：
CMOS-TDI（时域积分）图像传感器是一种在低光条件下实现高速和低噪声成像的重要技术。本文研究了CMOS-TDI图像传感器中模拟域累加器的噪声特性，并提出了一种优化方法。通过分析累加器的工作原理，我们发现噪声主要来自两个方面：电路本身的噪声和量化噪声。针对这两方面噪声，我们分别提出了优化方案。对电路本身的噪声，我们利用了前端超前滤波器和后端滤波器来抑制高频噪声，从而改善图像质量。对于量化噪声，我们通过优化累加器的位宽来减小量化误差，进一步降低噪声。
关键词：CMOS-TDI图像传感器，模拟域累加器，噪声特性，优化
1.引言
时域积分（TDI）图像传感器是一种通过多个像素行的累加来实现低噪声成像的技术。CMOS-TDI图像传感器结合了CMOS技术和TDI技术的优势，具有高灵敏度、高速度、低噪声和低功耗等特点，被广泛应用于卫星遥感、无人机监测和医学成像等领域。
2.CMOS-TDI图像传感器的模拟域累加器
CMOS-TDI图像传感器中的模拟域累加器是实现垂直累加的关键部分。图像的每一行通过单独的模拟电路进行累加，并将结果传递给下一行。该累加器在多行扫描过程中不断累加，并在图像传输速率较慢的情况下实现了高速成像。
3.噪声特性分析
累加器的噪声主要来自电路本身和量化噪声。电路本身的噪声包括热噪声、1/f噪声和固定模式噪声等。量化噪声是由位宽决定的，当位宽较小时，量化误差较大。
4.噪声优化方法
4.1前端超前滤波器
在模拟域累加器中引入前端超前滤波器可以有效抑制高频噪声。超前滤波器通过增加输入信号的幅度，使得信号占据更大的幅值范围，从而减小了噪声对信号的影响。同时，超前滤波器还可以提高信号的动态范围。
4.2后端滤波器
后端滤波器可以进一步抑制高频噪声。在累加器的输出端引入低通滤波器，可以滤除高频成分，从而改善图像质量。
4.3优化累加器的位宽
通过优化累加器的位宽，可以减小量化误差，从而降低量化噪声。
5.实验结果与讨论
我们通过仿真和实际测量验证了优化方法的有效性。实验结果表明，引入前端超前滤波器和后端滤波器可以明显改善图像质量，降低噪声水平。优化累加器的位宽也可以进一步减小量化噪声。
6.结论
本文研究了CMOS-TDI图像传感器中模拟域累加器的噪声特性，并提出了一种优化方法。实验证明，优化方法可以有效降低累加器的噪声水平，提高图像质量。通过进一步研究和优化，CMOS-TDI图像传感器有望在低光条件下实现更高质量的成像。
参考文献：
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