高速CMOS图像传感器列ADC电路的设计研究

发布时间：2021-06-15 16:28

近年来,随着CMOS工艺技术和集成设计水平的不断进步,CMOS图像传感器凭借其低成本、低功耗、读取速度快、易于单片集成等优点,得到迅猛的发展,并在许多的固态成像领域取得广泛的应用。目前,如何提高CMOS图像传感器的各项性能,满足不同的用途成为了研究的热点。本论文重点研究了CMOS图像传感器的模数转换技术,并在此基础上提出了模数转换的设计方案。在对方案精心设计和仿真后,得出了一些研究成果,为今后研制更高ADC性能的CMOS图像传感器奠定了基础。围绕这一主题,本文做了如下的研究工作:在广泛阅读调研国内外相关文献的基础上,首先对CMOS图像传感器中ADC的基本工作原理、实现方式、种类、结构以及国内外发展现状进行了详细的介绍。接着分析并对比了各类ADC的优缺点,从CMOS图像传感器的系统要求出发,设计了一种适用于CMOS图像传感器列级的10bit多路斜坡单斜ADC,详细介绍了电路整体结构、工作模式以及仿真结果。电路采用两级转换的方式,设计了电阻阵列式多路斜坡发生器、高速比较器。在Cadence设计平台下对模拟电路进行设计、仿真与版图设计。电路采用0.5μm DPTM CMOS工艺制造。仿真结果表明,基本符合设计要求。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TN792

文章目录

致谢

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 CMOS图像传感器概述

1.2 模数转换器概述

1.3 读出电路片上集成模数转换器的优劣

1.4 本课题的研究目的以及意义

1.5 本课题的主要创新点

1.6 论文研究内容及结构安排

第二章模数转换器理论基础

2.1 模数转换器基本原理

2.2 CMOS图像传感器中模数转换器的性能评价参数

2.2.1 DAC的性能参数

2.2.2 ADC的性能参数

2.3 本章小结

第三章模数转换器设计方案分析

3.1 片上模数转换器的几种实现方法

3.1.1 芯片级ADC

3.1.2 像素级ADC

3.1.3 行列级ADC

3.2 片上ADC电路的结构

3.2.1 flash ADC

3.2.2 电压-频率转换ADC

3.2.3 单斜率ADC

3.2.4 Σ-Δ 过采样ADC

3.2.5 逐次逼近ADC

3.2.6 流水线型ADC

3.2.7 循环ADC

3.4 本课题所采用的电路形式

3.5 本章小结

第四章模数转换器的设计与仿真

4.1 电路结构与原理

4.2 斜坡发生器的设计

4.2.1 斜坡发生器的选型

4.2.2 电阻型斜坡发生器设计考虑

4.2.3 仿真结果

4.3 比较器的设计

4.3.1 比较器特性分析

4.3.2 比较器设计

4.3.3 比较器仿真分析

4.4 本章小结

第五章模数转换器版图设计

5.1 版图的设计步骤

5.2 设计中的一些注意事项

5.3 模数转换器单元版图设计

5.3.1 比较器版图设计

5.3.2 主斜坡发生器版图设计

5.4 版图的验证

5.5 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

作者简介及在学期间发表的学术论文与研究

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