Fast scalable and variability aware CMOS image sensor simulation methodology

Méthode de simulation rapide de capteur d'image CMOS prenant en compte les paramètres d'extensibilité et de variabilité

• Auteur / Autrice : Zhenfu Feng
• Direction : Ian O'Connor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 31/01/2014
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Houzet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Navarro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Sicard, Pierre Magnan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs d'images CMOS

Mots clés libres

Capteur d’image CMOS

Simulation de matrice de pixel

Variabilité

Simulation rapide

SKILL

Cadence ADE

CMOS Image Sensor

Pixel matrix simulation

Variability

Fast simulation

SKILL

Cadence ADE

Résumé

The resolution of CMOS image sensor is becoming higher and higher, while for identifying its performance, designers need to do a series of simulations, and this work consumes large CPU time in classical design environment. This thesis titled ''Fast Scalable and Variability Aware CMOS Image Sensor Simulation Methodology'' is dedicated to explore a new simulation methodology for improving the simulation capability. This simulation methodology is used to study the image sensor performance versus low level design parameter, such as transistor size and process variability. The simulation methodology achieves error less than 0.4% on 3T-APS architecture. The methodology is tested in various pixel architectures, and it is used in simulating image sensor with 15 million pixels, the simulation capability is improved 64 times and time consumption is reduced from days to minutes. The potential application includes simulating array-based circuit, such as memory circuit matrix simulation.

L’amélioration de la résolution de ces capteurs implique la nécessité pour les concepteurs de réaliser des séries de simulation de plus en plus longue dans le but de caractériser leurs performances, et ces simulations qui génèrent des résultats difficiles à analyser requièrent de très grandes ressources de calcul ainsi qu’une grande quantité de mémoire. Cette thèse intitulée ''Méthode de simulation rapide de capteur d'image CMOS prenant en compte les paramètres d'extensibilité et de variabilité'' explore une nouvelle méthodologie de simulation pour améliorer les capacités de traitement actuelles. La méthode qui a été développée est utilisée pour étudier et comparer les performances d’un capteur d’images avec les paramètres de bas niveau de conception de tels circuits ; par exemple la taille des transistors ainsi que la variabilité. La méthodologie obtient l'erreur de sortie moins de 0,4% sur le capteur d’image de style APS-3T. La méthode a été testée avec diverses architectures de pixel, et elle a permis de simuler un capteur d'image de 15 millions de pixels. La vitesse de simulation est améliorée 64 fois, passant de plusieurs jours à plusieurs minutes. La simulation des circuits présentant une structure en matrice comme les mémoires est une autre application potentielle de ce type de méthodologie.