视觉假体能够在一定程度上恢复失明患者的视觉。视觉假体利用图像传感器采集外界图像信息并加工处理,然后利用植入体内的微电极阵列刺激视神经元,从而在视觉中枢产生人工视觉感知。图像传感器是视觉假体中不可缺少的关键部分。本文主要对两种不同架构图像传感器的读出电路进行了研究与设计。方案一将用于边缘检测的Laplacian算子在像素单元本地实现,从而实现图像的像素级并行处理。单个像素单元包括光电二极管,卷积运算模块,流控振荡器模块和脉冲控制模块。基于SMIC 0.18μm工艺,在Virtuoso平台下利用Spectre工具完成电路的设计与仿真,单个读出电路的版图面积约为45pm×45μm,整个64×64阵列的面积约为3mm×3mm。仿真验证表明,对于较低像素的图片,该方案能够有效地完成边缘提取。方案二将光电信号转换成数字信号后,再由数字模块进行图像处理。读出电路由相关双采样电路,可编程增益放大器(PGA)以及模数转换器(ADC)组成。整个信号链路呈流水线工作,前级采用相关双采样电路消除固定图案噪声(FPN);PGA采用独热码和温度计码组合的两级流水结构来降低功耗且增强环路的稳定性;SAR ADC采用MSB电容拆分的结构,并通过特定的电容开关时序来降低电容阵列的开关功耗。基于SMIC 0.18μm工艺,在Virtuoso平台下利用Spectre工具完成各个模块的设计与仿真,仿真表明PGA的增益范围为OdB到15dB,增益误差小于lmV;ADC的SNR为60.85dB,SFDR为63.65dB,有效位数为9.64bit,优值为151.4fJ/step,利用MATLAB计算出该ADC的动态功耗为13.4CVREF2,功耗相比于传统开关时序减小了99.02%,面积减小了75%。最后对整个读出电路进行联合仿真,通过对比输入模拟信号和输出数字码的值证明了读出电路功能正确。