【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(jì)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(jì)數(shù)邏輯部分的簡單修改,提出了一種簡單有效的雙時(shí)鐘沿計(jì)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(jì)與測試進(jìn)行了驗(yàn)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(shí)現(xiàn)不需要生產(chǎn)工藝的調(diào)整,可以采用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(jì)數(shù)時(shí)鐘對轉(zhuǎn)換后的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù),其計(jì)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(shí)鐘計(jì)數(shù)方式,采用高低頻率不同的兩路時(shí)鐘對時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù),大大降低了一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的總計(jì)數(shù)次數(shù),從而降低了計(jì)數(shù)器及傳感器的功耗�；谔岢龅母邉討B(tài)像素及低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器,設(shè)計(jì)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(shí)序生成,高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€(gè)模塊,降低了使用的復(fù)雜度。通過對圖像傳感器的測試,驗(yàn)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(jì)數(shù)方法,通過對ADC計(jì)數(shù)邏輯單元的簡單修改,對高速計(jì)數(shù)時(shí)鐘的上升沿和下降沿同時(shí)計(jì)數(shù),降低模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間至原計(jì)數(shù)方式的一半。這種方式不需要像其他的雙沿計(jì)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(jì)與測試,驗(yàn)證了雙沿Ramp ADC結(jié)構(gòu)的功能。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN792

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