CMOS图像传感器中列级全差分SAR/SS ADC的研究
发布时间：2021-01-19 12:59
虽然CMOS图像传感器技术得到快速的发展,但高帧频、高分辨率、大动态范围和小面积CMOS图像传感器的研究仍面临巨大的挑战。针对CMOS图像传感器的发展需求,对决定CMOS图像传感器性能的关键模块列并行模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）,在高速、高精度、小面积和低功耗等方面提出了更高的要求。通过对几种列ADC的分析和对比,结合逐次逼近ADC（Successive Approximation Register ADC,SAR ADC）和单斜坡 ADC（Single Slope ADC,SS ADC）各自的结构优势,本文设计了一款12-bit全差分SAR/SS ADC。该ADC高六位和低六位分别采用SAR ADC和SS ADC结构,即避免了全部采用SAR ADC造成面积过大的问题,同时也提高的SS ADC的转换速度,在速度和面积上达到了很好的折衷。全差分SAR/SS ADC采用差分结构,较传统的单端两步式ADC具有更好的噪声抑制能力,消除了采样开关引起的固定失调,减小了噪声误差。SAR ADC进行高六位的量化,其电容阵列采用2+4分段方式,减小了整个...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IMX400各层结构（a）顶层像素层；（b）中间DRAM层；（c）底层处理电路
S 图像传感器中 ADC 类型 作为 CIS 中模拟信号转换成数字信号的桥梁，目前 CIS 中 ADC 架构级 ADC、列并行 ADC、芯片级 ADC[29]。级 ADC级 ADC 是指将 ADC 和一个像素或周围的几个像素集成在一起。CI产生电压信号，然后该电压信号输入到像素内的 ADC 量化成数字码，级 ADC 的结构如图 2-1 所示。从光电二极管曝光到 ADC 将模拟电在像素单元内完成，像素单元内信号处理的路径短，减少了信号传输了信噪比，且像素单元输出为数字码，不需要考虑输出后噪声对其信 集成在 CIS 中的每个像素内，整个像素阵列可以同时完成曝光，然电压信号进行量化，用较低速的 ADC 即可实现具有较高帧频的图像素都集成一个 ADC，极大地增加了芯片的面积，且像素阵列增加一将增加一倍，呈线性关系。光电二极管和 ADC 在版图中的位置及面计难度，且像素单元内大部分面积被 ADC 占据，导致像素的填充因低，导致其无法应用于高分辨率，小面积的图像传感器。
西安理工大学硕士学位论文ADC 的图像传感器，其图像处理速度是像素阵列的像其速度受到像素个数和 ADC 转换速度的影响，要提高个数，但会造成 CIS 分辨率的降低；而提高 ADC 计难度上也会相应的增加。因此，对于采用芯片级 ADADC 速度与像素阵列之间进行折衷。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CMOS图像传感器及其发展趋势[J]. 倪景华,黄其煜. 光机电信息. 2008(05)
博士论文
[1]光流体显微镜中CMOS图像传感器关键技术研究[D]. 吕楠.西安理工大学 2016
硕士论文
[1]激光气体传感器中动态范围可调量化电路的研究[D]. 李可人.西安理工大学 2018
[2]气体检测系统中宽动态范围激光器驱动电路的研究[D]. 陈玉杰.西安理工大学 2018
[3]基于65nm CMOS的10位低功耗逐次逼近ADC[D]. 孙甜甜.西安邮电大学 2016
[4]用于线阵CMOS图像传感器的高速大动态范围读出及量化电路设计[D]. 杨聪杰.天津大学 2016
[5]基于TDC技术的TDI型CIS中列级ADC的研究与设计[D]. 于婧.天津大学 2014
本文编号：2987033
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IMX400各层结构（a）顶层像素层；（b）中间DRAM层；（c）底层处理电路
S 图像传感器中 ADC 类型 作为 CIS 中模拟信号转换成数字信号的桥梁，目前 CIS 中 ADC 架构级 ADC、列并行 ADC、芯片级 ADC[29]。级 ADC级 ADC 是指将 ADC 和一个像素或周围的几个像素集成在一起。CI产生电压信号，然后该电压信号输入到像素内的 ADC 量化成数字码，级 ADC 的结构如图 2-1 所示。从光电二极管曝光到 ADC 将模拟电在像素单元内完成，像素单元内信号处理的路径短，减少了信号传输了信噪比，且像素单元输出为数字码，不需要考虑输出后噪声对其信 集成在 CIS 中的每个像素内，整个像素阵列可以同时完成曝光，然电压信号进行量化，用较低速的 ADC 即可实现具有较高帧频的图像素都集成一个 ADC，极大地增加了芯片的面积，且像素阵列增加一将增加一倍，呈线性关系。光电二极管和 ADC 在版图中的位置及面计难度，且像素单元内大部分面积被 ADC 占据，导致像素的填充因低，导致其无法应用于高分辨率，小面积的图像传感器。
西安理工大学硕士学位论文ADC 的图像传感器，其图像处理速度是像素阵列的像其速度受到像素个数和 ADC 转换速度的影响，要提高个数，但会造成 CIS 分辨率的降低；而提高 ADC 计难度上也会相应的增加。因此，对于采用芯片级 ADADC 速度与像素阵列之间进行折衷。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CMOS图像传感器及其发展趋势[J]. 倪景华,黄其煜. 光机电信息. 2008(05)
博士论文
[1]光流体显微镜中CMOS图像传感器关键技术研究[D]. 吕楠.西安理工大学 2016
硕士论文
[1]激光气体传感器中动态范围可调量化电路的研究[D]. 李可人.西安理工大学 2018
[2]气体检测系统中宽动态范围激光器驱动电路的研究[D]. 陈玉杰.西安理工大学 2018
[3]基于65nm CMOS的10位低功耗逐次逼近ADC[D]. 孙甜甜.西安邮电大学 2016
[4]用于线阵CMOS图像传感器的高速大动态范围读出及量化电路设计[D]. 杨聪杰.天津大学 2016
[5]基于TDC技术的TDI型CIS中列级ADC的研究与设计[D]. 于婧.天津大学 2014
本文编号：2987033
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