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差动放大电路在CIS中的应用
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The Application of Differential Amplifier Circuit
in CIS
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■山东华菱电子有限公司 王 翥哈尔滨工业大学 佟晓筠
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图像传感器是利用光电转换原理将图像数据转换为一系列电子信号的一种装置。接触式图像传感器（以下简称CIS，Contact Image
Sensor的缩写）是80年代末出现的一种新型的图像传感器，起到采集图像信号的功能。
CIS的工作原理
CIS的工作原理如图1所示，传感器IC排列成与幅面相同线数组。把LED作为光源，LED发出的光均匀地照射到原稿表面，载有图像信息的光信号再经过透镜阵列（Rod
LeArray）聚焦到传感器（Sensor）的表面，传感器IC通过光电转换作用把原稿信息转换成电子信号。对于A4幅面200DPI的CIS来说，全长共有1728个光口（传感器单元），光口与光口的间距是0.125mm，每个读取周期每个光口的光照时间（电荷积蓄时间SI）是一致的，达到积蓄时间后，由移位寄存器控制模拟开关依次打开，将光口的电信号（SIG）以模拟信号的形式依次输出。
CIS的信号处理电路
传感器IC输出的信号是与象素一一对应的模拟信号，在CLK的作用下，模拟开关依次打开，将与象素信息一一对应的模拟信号依次输出。该信号一般比较弱，要对它进行放大处理和零点校正。图2的信号处理电路就是用于处理该信号的暗电平可调式差动放大电路。
信号处理电路按顺序从图一的信号输出端接收传感器数组的输出信号SIG与VREF，然后通过放大电路将信号放大并输出。RV1调整CIS的暗输出值。
直线性分析
众所周知，集成运算放大器是一个高增益、低漂移的多级直流放大器，其低频、小信号等效电路如图3所示，集成运算放大器理想化的主要条件为：
(1)开环电压增益Avd→∞；(2)输入电阻ri→∞,即：输入电流I+=I-=0；(3)输出电阻ro=0；(4)-3dB带宽fo→∞；(5)电路完全对称，当V+=V-时，Vo=0；(6)
每个特性不随温度而变化。
从中我们可以得出两个重要结论：
1 ⊿Ii=0；
2 ⊿V+=V-；
利用上述两个结论，我们再分析图2的信号处理电路。如果把RV1与R3之间的电压调整为V1。则：
V+=V1+(Vsig-V1)R1/(R2+R1)
那么，根据结论2就可以得出：
V-= V1+(Vsig-V1)R1/(R2+R1)
同时：
V-= Vref+(Vout-Vref)R2/(R2+R1)
于是,下面的等式成立：
V1+(Vsig-V1)R1/(R2+R1)= Vref+(Vout-Vref)R2/(R2+R1)
可以得出Vout的值为：
Vout=（Vsig-Vref）*R1/R2+V1
由上式可以看出：
（1）输出值Vout与输入值的差（Vsig-Vref）成正比的关系，比例系数（同时也是放大倍数）为R1/R2，也就是说，输入与输出有良好的线性关系；
（2）通过调整RV1，可以得到期望的V1值。也就是说，对于CIS而言，可以得到期望的暗输出值。
90年代CIS多用于传真机领域，随着大家对CIS的进一步认识，CIS的应用领域已经不局限于传真机行业了，它将广泛应用于所有图像读取领域。
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