Conversion A/N pour capteurs d’images à pixels actifs CMOS

Abstract

Dentro do fluxo de projeto eletrônico analógico, a simulação elétrica é sem dúvida reconhecida como fundamental. A evolução dos modelos de componentes semicondutores utilizados nestas simulações possibilitam resultados cada vez mais próximos da realidade. No entanto; a utilização destes modelos em circuitos complexos aumenta o esforço computacional do simulador e prolonga o tempo total de simulação. Um exemplo de aplicação na qual o tempo de simulação pode se tornar proibitivo se utilizados os modelos supracitados, é a simulação de um banco de Conversores Analógico-Digital de um sensor de imagem CMOS de Pixel Ativo. Um sensor de imagem CMOS de Pixel Ativo (CMOS Active Pixel Sensor ou CMOS APS) é construído a partir de uma matriz de células fotossensíveis das quais as amostragens podem ser feitas de variadas maneiras: sucessiva, simultânea, por linhas inteiras, etc. Estas amostragens são feitas par Conversores Analógico-Digital (Analog-to-Digital Converters ou ADCs) cujas performances – potência, área ocupada, velocidade de conversão – dependem, entre outros, da estratégia escolhida para a amostragem do CMOS APS. A amostragem simultânea de todos os pixels de uma única linha inteira provou ser um bom compromisso velocidade/potência. Esta topologia, porém, exige um banco de ADCs, onde cada conversor é responsável por uma coluna da matriz de pixels, adicionando mais compromissos ao projeto, e assim o tornando mais complexo. Para realizar uma simulação do banco de ADCs de um CMOS APS de maneira mais rápida e suficientemente precisa, uma alternativa possível aos modelos completos de semicondutores é a utilização de macromodelos. A macromodelização, além de otimizar velocidade de simulação, favoriza também a análise do circuito quando se almeja os impactos das variações de parâmetros sobre as performances. No caso dos CMOS APS, este aspecto pode facilitar o estudo de uma calibração digital onde todos os ADCs são utilizados, i.e. simulados, cada um possuindo valores de parâmetros distintos. Este trabalho apresenta a macromodelização de um ADC cíclico levando-se em conta as não-idealidades que restringem sua performance. Para isto, utiliza-se o simulador elétrico do tipo SPICE desenvolvido pela Linear Technology, chamado LTSPICE. Deu-se preferência a este simulador frente aos outros chamados multidomain como Simulink por estes últimos serem normalmente mais lentos e menos realistas.Ademais, a utilização do simulador SPICE facilita a substituição de uma certa parte do circuito macromodelizado por modelos semicondutores mais completos para fins de análise, o que normalmente não é feito facilmente com outros simuladores. Este trabalho possibilitará o desenvolvimento futuro da calibração digital de um banco de ADCs de um CMOS APS. Primeiramente, a partir da variação de parâmetros, simplificada pela macromodelização, a análise da variação de suas performances pode ser feita de forma estatística, utilizando o método Monte Carlo, por exemplo. Em seguida, esta variação poderá ser feita de maneira simultânea por todos os ADCs do CMOS APS para que finalmente a calibração digital possa ser explorada. A partir de então a pesquisa poderá se concentrar nos algoritmos digitais de calibração.