JSSC 2010第4期RF & Wireless0.13μmCMOS Image Sensor

A 05 V Sub-Microwatt CMOS Image Sensor With Pulse-Width Modulation Read-Out Scot

研究了一种0.5V超低功耗CMOS图像传感器，采用脉宽调制读出技术，适用于视网膜假体等应用。

0.5V, 140nJ/帧, 700nW, 23.4dB SNR

CMOS图像传感器超低功耗脉宽调制视网膜假体无线传感器

▸0.5V超低电压工作：采用激进电压缩放技术（aggressive voltage scaling），在0.5V甚至0.45V超低电压下实现CMOS图像传感器功能，突破传统3T有源像素传感器的电压限制，实测在0.5V时功耗仅700nW（0.5fps），能效比提升显著。

▸脉宽调制读出技术：提出基于脉冲宽度调制（PWM）的新型读出电路架构，替代传统模拟电压域信号处理，在0.5V低压环境下有效抑制噪声干扰，实测信噪比达23.4dB，解决了低压操作下的信号完整性难题。

▸超低功耗系统设计：通过协同优化像素阵列（128×128）与数字接口，实现140nJ/帧的超低能耗（8.5fps@0.5V），相比传统图像传感器能耗降低1-2个数量级，满足毫米级无线传感器的严苛功耗需求。

▸噪声量化分析方法：创新性地建立低压操作下的噪声量化模型，通过测试芯片验证0.5V工作时的噪声特性，为超低压图像传感器设计提供关键理论支撑。

Abstract

Sylvester Abstract—Energy minimization is a critical goal in size-con- strained wireless sensors. Sensing elements are traditionally power hungry and require special attention in low energy systems. In this work, we study ultra-low power image sensors. In particular, we explore the use of aggressive voltage scaling in CMOS image sensors for applications ranging from retinal prostheses to battle- ﬁeld monitoring and surveillance. We begin with a discussion of the challenges faced by a traditiona