發(fā)布時間：2020-09-29 10:12

　　 無透鏡成像系統(tǒng)的出現(xiàn)使得細胞檢測技術(shù)向低成本、便攜化的方向發(fā)展,CMOS圖像傳感器作為系統(tǒng)中的成像部件,需有良好的圖像采集能力。然而,該系統(tǒng)得到的細胞圖像分辨率較低,且局部區(qū)域灰度值較接近,導致對比度下降無法快速分辨圖像內(nèi)容。這是因為圖像傳感器中所用的線性ADC電路處理的是均勻的信號范圍,對于低對比度區(qū)域的信號則無法進行良好的線性轉(zhuǎn)換。通過對細胞圖像局部對比度提高的研究得知,需要采用一種非線性ADC電路結(jié)構(gòu),處理不均勻的輸入信號范圍。利用SS ASC(single-slope ADC,SS ADC)和特殊多頻計數(shù)器設(shè)計了一種10-bit的非線性ADC電路,它主要由斜坡發(fā)生器、比較器和計數(shù)器等模塊組成。其中子模塊斜坡發(fā)生器是基于電流舵DAC結(jié)構(gòu),采用5+3+4的分段譯碼方式增加電流匹配性減小電路面積:比較器采用含有級聯(lián)預放大器的再生比較器結(jié)構(gòu)以達到系統(tǒng)對精度和速度的要求;為滿足細胞圖像重點區(qū)域細量化和非重點區(qū)域粗量化的處理,計數(shù)器設(shè)有多種參考頻率,可根據(jù)不同輸入類型進行重新配置。采用UMC 110 nm標準CMOS工藝完成了非線性ADC原理圖和版圖的設(shè)計與仿真,由前仿真得到該電路線性模式下的有效位數(shù)是9.04-bit,信噪比是57.8 dB:通過非線性模式下的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)得到了低對比度工作模式和高對比度工作模式下的非線性響應曲線,其靜態(tài)特性微分非線性為+0.34 LSB～-0.34 LSB,積分非線性為+0.78 LSB～-0.98 LSB。整體電路的版圖面積為920 μm×750 μm,后仿真電路功耗為16.398 mW。最后,通過MATLAB軟件分別模擬數(shù)字對比度拉伸算法和非線性ADC處理細胞圖像的效果,可以得到后者處理下的重點區(qū)域灰度平均梯度由9.39×103增加到1.14×104,對比驗證了非線性ADC處理下的圖像細節(jié)更豐富。
【學位單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;TP212
【部分圖文】：

西安理工大學工程碩士專業(yè)學位論文為柵壓自舉開關(guān)在時域中的仿真波形 在 20MHz 的時鐘控制下，過 CLK 高電平采樣低電平保持，得到紅色的輸出信號 Vout，幅值采樣管 Ms 的柵壓信號，從圖中可以看出 Vin 與 VG的差值為恒定恒定，較普通開關(guān)改善了電阻的非線性影響

圖 3-6 柵壓自舉開關(guān)電路的輸入輸出波形圖Fig.3-6 Input and Output Waveform of Gate-Voltage Boost Strap Switch柵壓自舉開關(guān)在頻域下的仿真波形 為驗證最差條件下的結(jié)果樣周期，輸入采樣頻率為 2.09MHz 的正弦信號，對得到的輸T 處理，從頻譜結(jié)果中可以看出柵壓自舉開關(guān)的有效位數(shù)為 1DC 的要求，避免了采樣開關(guān)因電阻變化產(chǎn)生的非線性影響 0.26 dB，信納比為 67.53 dB，無雜散動態(tài)范圍為 67.57 dB，也

圖 3-11 分段比和面積的對應關(guān)系Fig.3-11 Correlation between Segmentation Ratio andArea的設(shè)計可知本文的 DAC 用 5+3+4 的分段譯碼結(jié)構(gòu)，而且單位流源陣列的電流值則分別為 1 μA 2 μA 4 μA 8 μA，和高 5 位溫度計碼的電流源陣列分別為 7 個 16μA 和 3所以必須注意各個電流源之間的匹配性 同一種工藝制造際尺寸也不一定相同，最終導致晶體管的閾值 溝道長有微小偏差，這些誤差都是隨機性的，雖然無法避免但準偏差與其尺寸的關(guān)系如式(3-8)表示[39]：222242( )THVIGS THWLV V IAA = + Aβ都是由工藝決定，VGS-VTH是 MOS 管的過驅(qū)動電壓對單位電流標準偏差成反比，所以為減小電流源的匹配

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本文編號：2829589