고속 픽셀신호 송수신기를 사용한 단일광자 애벌런치 다이오드 이미지 센서의 필팩터 증대 기법
Fill Factor Increase Technique for Single-photon Avalanche Diode Image Sensor Using High-speed Pixel Signal Transceiver
- 주제(키워드) SPAD 센서 , 고속 데이터 송수신 , 데이터 속도 , 프레임 속도
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 지동우
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000033505
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 고속 픽셀신호 송수신기를 사용한 단일광자 애벌런치 다이오드(SPAD) 센서 어레이를 제안한다. 단위지연 회로의 최소지연시간 간격으로 고속 픽셀신호 송수신을 함으로써 프레임 속도(Frame Rate)를 높임에 목적이 있다. 고속 송수신을 위해 픽셀 단위의 단위지연 회로의 최소지연시간 간격으로 한 픽셀 데이터씩 컬럼 단위의 수신기로 전송한다. 이와 동시에 컬럼 단위의 링 발진기(Ring Oscillator)로 수신기 구동클럭을 생성하여 데이터를 샘플링한다. 이때, 링 발진기의 단위지연 회로를 픽셀 단위의 단위지연 회로와 동일한 회로로 설계하여 동일한 타이밍에 데이터를 송수신하도록 한다. 제안하는 SPAD 센서 어레이는 180nm CMOS HV BCD 공정으로 설계되었으며, 4 x 32 픽셀 어레이의 핵심회로(Core Circuit)의 면적은 2.8mm x 0.2mm로 설계되었다. 또한, 5Gb/s의 픽셀당 데이터 속도(Data Rate) 및 20Mfps의 프레임 속도를 달성하였으며, 핵심회로의 경우, 포스트-시뮬레이션 결과, 16mW의 전력을 소모하였다.
more초록/요약
In this paper, we propose a single-photon avalanche diode (SPAD) sensor array using a high-speed pixel signal transceiver. The purpose is to increase the frame rate by transmitting and receiving high-speed pixel signals at the minimum delay time interval of the unit delay circuit. For high-speed transmission and reception, one pixel data is transmitted to the receiver in column units at the minimum delay time interval of the unit delay circuit in pixel units. At the same time, data is sampled by generating a receiver driving clock using a column-unit ring oscillator. At this time, the unit delay circuit of the ring oscillator is designed as the same circuit as the unit delay circuit of the pixel unit to transmit and receive data at the same timing. The proposed SPAD sensor array was designed with a 180nm CMOS HV BCD process, and the core circuit area of the 4 x 32 pixel array was designed to be 2.8mm x 0.2mm. In addition, a data rate per pixel of 5Gb/s and a frame rate of 20Mfps were achieved, and the core circuit consumed `16mW of power as a result of post-simulation.
more목차
Ⅰ 서론 1
Ⅱ 본론 5
1. 제안하는 SPAD 센서 어레이 5
1.1. 단위픽셀 9
1.1.1. 비교기 기반 판독회로 및 1-비트 메모리 9
1.1.2. 송신기 12
1.2. 수신기 및 카운터 어레이 15
1.2.1. 트랜스-임피던스 증폭기 19
2. 결과 24
2.1. 포스트-시뮬레이션 결과 24
2.2. 성능비교 28
Ⅲ 결론 30
참고문헌 31
Abstract 33
