An ASIC chip design with advanced image correction architectures for CMOS infrared imagers

GÖRKEM CİLBİR

An ASIC chip design with advanced image correction architectures for CMOS infrared imagers

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: GÖRKEM CİLBİR

Danışman: Tayfun Akın

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez, CMOS ve MEMS teknolojilerine dayalı kızılötesi görüntüleyicilerin performansını artırmaya yönelik kesintisiz, çip üzerinde çözümler sağlamak için ileri seviye görüntü düzeltme mimarilerileriyle desteklenmiş bir uygulamaya özel tüm devre (ASIC) sunmaktadır. Tümdevre, seri arayüz modülü, kontrol birimi, ayarlama hafızası, görüntü hafızası ve kalibrasyon hafızası olmak üzere beş bileşenden oluşmaktadır. Tümdevre ve kullanıcı arasındaki iletişim seri arayüz tarafından gerçekleştirilmektedir. Kontrol birimi görüntü üretebilmek için gereken zamanlama sinyallerini üretmekte ve akan görüntü üzerinde otomatik kazanç kalibrasyonu, ilintili çifte örnekleme (CDS), çip üzerinde ortalama ve ölü piksel düzeltme gibi görüntü düzeltme operasyonlarını gerçekleştirmektedir. Ayarlama hafızası 63x16 ayar biti tutabilmektedir. Görüntü hafızası 17x16x16 bit boyutundadır, ve işlenmiş görüntüyü depolamakla yükümlüdür. Kalibrasyon hafızası 16x20x7 bitten olusur ve her bir piksel icin 7 bitlik kazanç ayarini tutar. Sunulan tümdevre, ileri teknoloji benzetim, sentez ve serim araçları kullanılarak tasarlanmıştır, ve kodlama Verilog Donanım Tanımlama Dili'nde yapılmıştır. Tasarım, 0.18 μm CMOS teknolojisinde üretilmiştir, ve üretilen çip, tüm işlevlerinin doğrulanması amacıyla etraflıca test edilmiştir. Tümdevre, 1.8 V'luk besleme voltajı ve 5 MHz saat frekansında çalışmakta, yaklaşık 41 K mantık hücresi ile 1.233 mm2 alan kaplamakta, ve 2.30 mW güç tüketmektedir. Otomatik kazanç kalibrasyonu pikseller arasındaki standart sapmayı %39 azaltmaktadır. İlintili çifte örnekleme, okuma devresinin getirdiği sapmayı çıkartmakta ve kolonlar arasındaki standart sapmayı %32 azaltmaktadır. Çip üzerinde ortalama, yüksek frekanslı gürültüleri başarılı şekilde baskılayarak sinyal gürültüsünü %82 azaltmaktadır. Ölü piksel düzeltme uygulaması da ölü pikselleri öngörüldüğü şekilde ortadan kaldırmaktadır. Sunulan tümdevre CMOS kızılötesi görüntüleyicilerinin görüntü kalitesini büyük oranda iyileştirmektedir.