【摘要】：本論文的主要內(nèi)容是基于新提出的高填充因子的雙增益像素及低功耗斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Ramp ADC),研究設(shè)計了一塊高動態(tài)范圍(HDR)、低功耗的CMOS圖像傳感器芯片。并在此基礎(chǔ)上,通過對Ramp ADC的計數(shù)邏輯部分的簡單修改,提出了一種簡單有效的雙時鐘沿計數(shù)方法,提高了ADC的轉(zhuǎn)換速度。通過高速大分辨率全局快門傳感器的設(shè)計與測試進行了驗證。本論文首先提出了一種高填充因子的高動態(tài)范圍像素結(jié)構(gòu),這種像素的實現(xiàn)不需要生產(chǎn)工藝的調(diào)整,可以采用標準的CMOS圖像傳感器工藝。該像素基于外溢漏極(overflow)雙增益高動態(tài)范圍像素,通過減少像素中元器件的數(shù)量實現(xiàn)高填充因子以及靈敏度,能夠更廣泛的應(yīng)用于低光照、高動態(tài)范圍的圖像傳感器中。本論文也提出了一種低功耗的Ramp ADC結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的Ramp ADC采用一路計數(shù)時鐘對轉(zhuǎn)換后的時間進行計數(shù),其計數(shù)次數(shù)隨著輸入信號改變,功耗較大。本論文提出的雙時鐘計數(shù)方式,采用高低頻率不同的兩路時鐘對時間進行計數(shù),大大降低了一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的總計數(shù)次數(shù),從而降低了計數(shù)器及傳感器的功耗。基于提出的高動態(tài)像素及低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器,設(shè)計了一塊高動態(tài)范圍、低功耗圖像傳感器。除了本論文提出的像素和ADC模塊,該圖像傳感器片上集成時序生成,高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠�模塊,降低了使用的復雜度。通過對圖像傳感器的測試,驗證了所提出的像素和ADC結(jié)構(gòu)的有效性和優(yōu)越性。為克服Ramp ADC轉(zhuǎn)換速度相對較慢的問題,本論文提出一種雙沿計數(shù)方法,通過對ADC計數(shù)邏輯單元的簡單修改,對高速計數(shù)時鐘的上升沿和下降沿同時計數(shù),降低模數(shù)轉(zhuǎn)換的時間至原計數(shù)方式的一半。這種方式不需要像其他的雙沿計數(shù)方式一樣成倍的增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器的面積及功耗,適用于低功耗、低成本的應(yīng)用。通過一塊基于電荷域全局快門像素的高速圖像傳感器的設(shè)計與測試,驗證了雙沿Ramp ADC結(jié)構(gòu)的功能。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN792

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