CIS廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、生產(chǎn)科研、軍事國(guó)防等領(lǐng)域,隨著CIS的不斷發(fā)展,CIS片上集成ADC陣列,有助于提高系統(tǒng)集成度,增強(qiáng)信噪比,信號(hào)抗干擾能力和圖像傳感器讀出速度。目前,人們對(duì)CIS的性能有了更多的需求,主要集中在高分辨率、高幀頻、高動(dòng)態(tài)范圍三個(gè)方面。本論文對(duì)CIS片上列級(jí)ADC進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),并成功設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于CIS的列級(jí)SAR ADC。本論文設(shè)計(jì)了一款精度為14bit,最高采樣率為10MSPS的基于電荷重分配原理的分段電容式SAR ADC。由于CIS片上列級(jí)ADC是陣列結(jié)構(gòu),對(duì)面積和功耗的要求相當(dāng)苛刻。但為了提高精度,就必須加大電容面積;加大電容就會(huì)增大ADC面積占用、增加功耗、減慢建立時(shí)間;提高比較器精度又進(jìn)一步增大功耗。CIS片上集成SAR ADC的研究核心是在有限的面積內(nèi)采用算法克服電容失配,同時(shí)解決比較器噪聲、電路的不完全建立的問(wèn)題,解決ADC精度、速度、面積、功耗之間的矛盾。本論文設(shè)計(jì)采用的是0.18μm 1P4M CMOS工藝,整體芯片面積為4700μm×2000μm。在該芯片上共設(shè)計(jì)64路列級(jí)SAR ADC,單路列級(jí)SAR ADC的版圖面積為760μm×55μm。在1.8V供電電壓下,單路SAR ADC功耗為1.18mW。在采樣時(shí)鐘頻率為10MSPS,輸入信號(hào)頻率為4.873046875MHz時(shí),電路仿真結(jié)果顯示本論文設(shè)計(jì)的SAR ADC有效位數(shù)ENOB為13.19bit,信號(hào)與噪聲和失真比SNDR為81.1dB,總諧波失真THD為-82.6dB,無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR為82.8dB。該芯片初步測(cè)試結(jié)果表明,本論文所設(shè)計(jì)的SAR ADC有效位數(shù)為10.20bit,信號(hào)與噪聲和失真比SNDR為63.2dB,總諧波失真THD為-69.9d B,無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR為71.2dB。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN792;TP212
【部分圖文】：

第一章 緒論2展。其中代表作如圖1.1所示有分辨率高達(dá)1億5千萬(wàn)像素大靶面CIS芯片GMAX3005，以及高靈敏度背照式 CIS 芯片 GSENCE400BSI。圖 1.1 大靶面 CMOS 圖像傳感器 GMAX3005近年來(lái)，CIS 在消費(fèi)電子和專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域都取得了巨大成功，除極特殊應(yīng)用場(chǎng)合外，已基本取代了傳統(tǒng)的 CCD 圖像傳感器。CIS 片上集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to DigitalConverter，ADC）陣列，有助于提高系統(tǒng)集成度，增強(qiáng)信噪比，信號(hào)抗干擾能力和圖像傳感器讀出速度。目前，對(duì) CIS 的性能有了更多的需求，體現(xiàn)在下面的三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：（1）高分辨率。早期的 CIS 分辨率是 VGA（640 480）級(jí)別；目前主流高清晰度電視（High Definition Television

圖 1.1 大靶面 CMOS 圖像傳感器 GMAX3005IS 在消費(fèi)電子和專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域都取得了巨大成功，除極特殊應(yīng)統(tǒng)的 CCD 圖像傳感器。CIS 片上集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AC）陣列，有助于提高系統(tǒng)集成度，增強(qiáng)信噪比，信號(hào)抗干度。目前，對(duì) CIS 的性能有了更多的需求，體現(xiàn)在下面的辨率。早期的 CIS 分辨率是 VGA（640 480）級(jí)別；目前主inition Television，HDTV）制式中，1080p 要求單芯片彩色素，4K 級(jí)別為 3 千萬(wàn)像素；下一代 8K 版的超高清晰度電vision，UHDTV），對(duì)應(yīng)單芯片彩色 CIS 需要 1.3 億像素。

圖 3.10 SARADC 傳統(tǒng)二進(jìn)制權(quán)重查找方式 ADC 轉(zhuǎn)換和比較過(guò)程中可能存在的 DAC 電壓不完全建立較器噪聲導(dǎo)致的錯(cuò)誤比較等，都會(huì)使得 SAR 邏輯控制單元電壓進(jìn)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的 DAC 輸出電壓。a）所示，以一個(gè)采用二進(jìn)制電容權(quán)重的 SARADC 的前 4 位輸入電壓被劃分為 16 個(gè)數(shù)量級(jí)， 為初始輸入模擬信號(hào)電能輸出的 16 個(gè)數(shù)量級(jí)的閾值電壓。在比較過(guò)程中，比較比較結(jié)果，在第一次比較過(guò)程中，輸入信號(hào)電壓 低于 DA下降 8 個(gè)數(shù)量級(jí)再次進(jìn)行比較，依次類(lèi)推完成 SAR ADb）所示，在采用二進(jìn)制電容權(quán)重的 SARADC 的第二次比 DAC 輸出電壓差值很小，由于可能存在的比較器噪聲、D
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本文編號(hào)：2859161