Chapitre 1 - TEL

Chapitre 1 : Présentation des capteurs d’image CMOS 351.5 La conversion analogique numériqueLa conversion analogique numérique est en général effectuée sur la même puce que l’imageurafin de conserver l’intégrité du signal analogique entre le capteur et le CAN [Mendis93] [Fossum97].Plusieurs solutions sont envisageables pour cette conversion [Pain94] :• un convertisseur pour toute la matrice, ce qui implique un convertisseur rapide, et doncfortement consommant ;• un convertisseur par colonne, qui permet de paralléliser les calculs, et donc de réduire lavitesse de conversion et la consommation, cependant, la réalisation d’un CAN parcolonne peut s’avérer coûteuse en effort de conception (le CAN doit tenir dans unelargeur de pixel) et en surface ;• un convertisseur par pixel, qui présente l’avantage de fournir en sortie du pixel unsignal numérique (et donc robuste) mais qui nécessite un certain nombre de transistorsau sein du pixel, ce qui augmente la surface du pixel.Pour des vitesses de lecture très élevées, un seul convertisseur pour toute la matrice doit pouvoirfonctionner très vite, et par conséquent il consomme plus de courant. L’étude menée par[Takayanagi05] permet de comparer deux architectures de capteurs (un CAN pour toute la matrice etun CAN par colonne) au niveau consommation et bruit. Pour une vitesse de lecture élevée,l’architecture avec un CAN par colonne s’avère être une solution beaucoup plus économe au niveauconsommation et beaucoup moins bruitée. Effectuer la conversion au sein même du pixel permet ausside gagner en consommation et en vitesse, mais au détriment d’une surface de pixel plus grande.1.5.1 La conversion au niveau des amplificateurs colonnesPour permettre une lecture à grande vitesse des imageurs (une vitesse de lecture de l’ordre de500 images par seconde), l’étape de conversion analogique numérique peut être effectuée en mêmetemps, de manière parallèle, pour toutes les colonnes. [Takayanagi05] et [Zhou97] implémentent unCAN par colonne, à la suite du circuit amplificateur colonne. Une autre solution consiste à intégrerdirectement la conversion au sein du circuit colonne [Mase05], [Snoeij06]. La lecture des pixels et leurconversion s’effectuent de manière massivement parallèle.1.5.2 La conversion au sein des pixelsLa conversion analogique numérique au sein même des pixels présente plusieurs avantages. Cespixels à sortie numérique (DPS « digital pixel sensor ») profitent pleinement de la réduction de taillede la technologie CMOS, supprime la présence d’un convertisseur sur la puce, peuvent être lu à grande