一种用于CMOS图像传感器的12-bit 500-kS/s循环型模数转换器的设计

【摘要】眼睛是人类认识世界的主要工具，图像则是眼睛获取信息的形式，因此图像信息对于人们认识世界是非常重要的。随着科技的进步，出现了诸多用来获取图像信息的设备来代替人眼，应用在消费电子、工业生产、航空航天等领域。这类设备的核心在于图像传感器，它是外界实物同内部DSP系统之间的接口，起到将光信号转化成电信号的作用。性能优越的图像传感器有助于人们更直观地了解事情的进程。第一章提供了CMOS图像传感器的概述。介绍了CMOS图像传感器的性能指标，主要有动态范围和帧频，动态范围是指图像传感器能处理的最大光强与最小可分辨光强之比的分贝值。帧频用来表征图像传感器的速度，定义为图像传感器每秒可以得到多少幅图像。第二章简单介绍了用于图像传感器读取电路的模数转换器，主要有singleslopeADC、SARADC和cyclicADC三种结构。SingleslopeADC结构简单但对系统时钟的要求过高。SARADC对系统时钟要求不高，但芯片面积很大。CyclicADC的性能对时钟要求不高，芯片面积也不大，本文选择cyclicADC。第三章介绍了ADC的一些基本概念，首先概述了其发展现状，然后介绍了几种常见的ADC结构，最后给出了ADC的性能参数。第四章介绍了cyclicADC的工作原理，分析了系统中的非理想因素，并据此计算出内部模块所需指标。第五章介绍了CyclicADC的内部模块，主要包括运算放大器、比较器等，并介绍了这些模块的设计过程，给出仿真结果和电路版图。第六章对全文做出总结。本文设计了一款12-bit500-KS/s的cyclicADC，并将其应用于CMOS图像传感器系统的读取电路。然后基于GlobalFoundries0.18μm1P4MCMOS工艺库对模数转换器进行了版图绘制，芯片的总尺寸为8μm×374μm。完成版图绘制之后，用Calibre工具对版图进行寄生参数提取并利用Spectre软件在不同工艺角下进行后仿真，得到足够多的样本数之后对其进行FFT分析，结果显示SNDR大于63.7dB，ENOB大于10.3bit。本文cyclicADC可用于高速大动态范围的CIS读取电路。
【作者】陆逢阳；
【导师】常玉春；
【作者基本信息】吉林大学，微电子与固体电子学，2014，硕士
【关键词】CMOS图像传感器；循环型模数转换器；折叠共源共栅运放；信号与噪声和失真比；有效精度；

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