应用于TOF传感器中列级ADC的研究
发布时间：2021-04-21 22:55
随着三维成像技术的创新与发展,基于飞行时间（Time of Flight,TOF）法的3D图像传感器因具有鲁棒性高、体积小、成像速度快等特点,近年来已经成为该领域的研究热点。模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）作为TOF传感器的核心模块,其性能是决定传感器成像质量及测距精度的关键因素。因此,对于该传感器中模数转换器的研究具有重要意义。本文通过对TOF传感器成像及测距机理的研究与分析,设计了一款应用于TOF传感器中的列并行模数转换器。结合实际应用需求及对几种列并行模数转换器的分析与比较,本文设计的ADC采用单斜结构实现,并确定了精度为11bit,采样速率为66.67KSps,量化范围为2.4～2.8V的设计目标。设计的ADC由斜坡发生器、比较器、计数器、寄存器及时序电路组成。在斜坡发生器的设计中,本文采用内部自校准技术,有效的解决了斜坡发生器斜率偏移对系统精度的影响;在比较器的设计中,本文采用单级预放大与动态锁存级联的方式,并采用了输入失调消除技术,在节省功耗的同时抑制了失调电压对系统的影响;在计数器的设计中采用格雷码计数,有效的降低了误码现象。本...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要??
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究内容及结构安排
2 TOF传感器量化电路概述
2.1 TOF传感器的工作原理
2.2 模数转换器性能参数
2.2.1 静态性能参数
2.2.2 动态性能参数
2.3 常见列并行模数转换器简介
2.3.1 单斜模数转换器
2.3.2 逐次逼近模数转换器
2.3.3 循环模数转换器
2.4 本章小结
3 TOF传感器中模数转换器的设计
3.1 模数转换器的设计目标
3.2 斜坡发生器的设计
3.2.1 斜坡发生器的典型结构
3.2.2 自校准斜坡发生器的工作原理
3.2.3 自校准斜坡发生器稳定性分析
3.2.4 斜坡发生器中运算放大器的设计
3.2.5 自校准斜坡发生器的仿真
3.3 比较器的设计
3.3.1 比较器基础
3.3.2 锁存器的设计
3.3.3 预放大电路的设计
3.3.4 输出缓冲电路设计
3.3.5 失调消除电路设计
3.3.6 比较器整体电路及仿真
3.4 数字模块电路设计
3.4.1 格雷码计数器的设计
3.4.2 锁存寄存器的设计
3.5 整体功能仿真与分析
3.6 本章小结
4 版图设计与后仿真验证及测试
4.1 整体版图设计
4.2 关键模块电路版图设计
4.2.1 自校准斜坡发生器版图设计
4.2.2 比较器版图设计
4.3 后仿真结果分析
4.3.1 自校准斜坡发生后仿真验证
4.3.2 比较器后仿真验证
4.3.3 整体电路后仿真验证
4.4 芯片测试
4.4.1 ADC测试结果
4.4.2 整体芯片测试结果
4.5 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于飞行时间的三维成像研究进展和发展趋势[J]. 侯飞,韩丰泽,李国栋,孙怡,孙志斌. 导航与控制. 2018(05)
[2]基于飞行时间法的红外相机研究综述[J]. 郭宁博,陈向宁,薛俊诗. 兵器装备工程学报. 2017(03)
[3]一种用于CMOS图像传感器的10位高速列级ADC[J]. 姚素英,徐文静,高静,聂凯明,徐江涛. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(03)
[4]高速列并行10位模数转换电路的设计[J]. 高静,姚素英,徐江涛,史再峰. 天津大学学报. 2010(06)
[5]用于CMOS图像传感器的列并行RSD循环ADC[J]. 张娜,姚素英,张钰. 光电子.激光. 2008(09)
[6]格雷码计数器的低功耗分析与设计[J]. 叶卫东,谢建华. 兵工自动化. 2006(04)
博士论文
[1]应用于光流体显微镜的TDI CMOS图像传感器关键技术研究[D]. 张鹤玖.西安理工大学 2019
[2]飞行时间法无扫描三维成像摄像机的机理和特性研究[D]. 潘华东.浙江大学 2010
硕士论文
[1]CMOS图像传感器中列级全差分SAR/SS ADC的研究[D]. 刘尕.西安理工大学 2019
[2]应用于CMOS图像传感器中高PSR LDO的研究[D]. 蒋志强.西安理工大学 2019
[3]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：3152644
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要??
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究内容及结构安排
2 TOF传感器量化电路概述
2.1 TOF传感器的工作原理
2.2 模数转换器性能参数
2.2.1 静态性能参数
2.2.2 动态性能参数
2.3 常见列并行模数转换器简介
2.3.1 单斜模数转换器
2.3.2 逐次逼近模数转换器
2.3.3 循环模数转换器
2.4 本章小结
3 TOF传感器中模数转换器的设计
3.1 模数转换器的设计目标
3.2 斜坡发生器的设计
3.2.1 斜坡发生器的典型结构
3.2.2 自校准斜坡发生器的工作原理
3.2.3 自校准斜坡发生器稳定性分析
3.2.4 斜坡发生器中运算放大器的设计
3.2.5 自校准斜坡发生器的仿真
3.3 比较器的设计
3.3.1 比较器基础
3.3.2 锁存器的设计
3.3.3 预放大电路的设计
3.3.4 输出缓冲电路设计
3.3.5 失调消除电路设计
3.3.6 比较器整体电路及仿真
3.4 数字模块电路设计
3.4.1 格雷码计数器的设计
3.4.2 锁存寄存器的设计
3.5 整体功能仿真与分析
3.6 本章小结
4 版图设计与后仿真验证及测试
4.1 整体版图设计
4.2 关键模块电路版图设计
4.2.1 自校准斜坡发生器版图设计
4.2.2 比较器版图设计
4.3 后仿真结果分析
4.3.1 自校准斜坡发生后仿真验证
4.3.2 比较器后仿真验证
4.3.3 整体电路后仿真验证
4.4 芯片测试
4.4.1 ADC测试结果
4.4.2 整体芯片测试结果
4.5 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于飞行时间的三维成像研究进展和发展趋势[J]. 侯飞,韩丰泽,李国栋,孙怡,孙志斌. 导航与控制. 2018(05)
[2]基于飞行时间法的红外相机研究综述[J]. 郭宁博,陈向宁,薛俊诗. 兵器装备工程学报. 2017(03)
[3]一种用于CMOS图像传感器的10位高速列级ADC[J]. 姚素英,徐文静,高静,聂凯明,徐江涛. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(03)
[4]高速列并行10位模数转换电路的设计[J]. 高静,姚素英,徐江涛,史再峰. 天津大学学报. 2010(06)
[5]用于CMOS图像传感器的列并行RSD循环ADC[J]. 张娜,姚素英,张钰. 光电子.激光. 2008(09)
[6]格雷码计数器的低功耗分析与设计[J]. 叶卫东,谢建华. 兵工自动化. 2006(04)
博士论文
[1]应用于光流体显微镜的TDI CMOS图像传感器关键技术研究[D]. 张鹤玖.西安理工大学 2019
[2]飞行时间法无扫描三维成像摄像机的机理和特性研究[D]. 潘华东.浙江大学 2010
硕士论文
[1]CMOS图像传感器中列级全差分SAR/SS ADC的研究[D]. 刘尕.西安理工大学 2019
[2]应用于CMOS图像传感器中高PSR LDO的研究[D]. 蒋志强.西安理工大学 2019
[3]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：3152644
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