CMOS图像传感器时间暗噪声抑制技术：原理与策略

一、时间暗噪声的物理本质

CMOS图像传感器的时间暗噪声（Temporal Dark Noise）是指在无光照条件下，像素输出信号随时间随机波动的现象。其物理来源主要包括三类：

1. 像素源极跟随器噪声：包括热噪声（Thermal Noise）、1/f噪声（Flicker Noise）和随机电报信号噪声（Random Telegraph Signal, RTS）。随着像素尺寸不断缩小，源极跟随器晶体管的沟道长度减小，1/f噪声和RTS噪声问题日益突出。

2. 暗电流散粒噪声：由热激发产生的电子-空穴对在光电二极管中随机积累所致。暗电流与温度呈指数关系，每升高约11°C，暗电流翻倍。

3. 复位kT/C噪声：像素复位操作引入的开关噪声，其均方根值与√(kT/C)成正比。

当前最先进的CMOS图像传感器已可实现单光子探测级别的噪声水平，但离群像素的过量噪声、暗电流散粒噪声以及源极跟随器的RTS和1/f噪声仍是主要限制因素。

二、像素级噪声抑制技术

2.1 高转换增益像素设计

提高像素转换增益（Conversion Gain）是降低输入参考噪声的有效手段。转换增益定义为：

其中q为电子电荷，C_FD为浮置扩散节点电容。通过减小浮置扩散电容，可显著提高