本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于CMOS圖像傳感器芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換器研究與設(shè)計

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【摘要】：由于CMOS圖像傳感器(CIS)在工藝和圖像質(zhì)量上的快速發(fā)展,近年來取代了電荷耦合型探測器(CCD)成為市場主流。典型的CMOS圖像傳感器主要包括像素陣列、行選通控制、列模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及數(shù)字接口。其中,列ADC是決定CIS幀頻和分辨率的關(guān)鍵模塊。為此,本文通過研究模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù),設(shè)計了一款應(yīng)用于空間探測領(lǐng)域成像光譜儀的CIS芯片。該芯片基于列平行的逐次逼近ADC(SARADC)實現(xiàn),設(shè)計目標為14位精度,最高采樣速率為600KSps,輸入電壓范圍為0.8~2 V。論文首先介紹了 CMOS圖像傳感器的發(fā)展歷史和背景知識,通過對比分析不同列ADC架構(gòu)的優(yōu)缺點及發(fā)展現(xiàn)狀,在理論上證明多電壓基準的SARADC架構(gòu)的可行性。設(shè)計的列ADC采用單端輸入的四電壓基準的電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)結(jié)構(gòu),模塊電路包括輸入緩沖器、7位電容DAC,比較器以及SAR邏輯,使用SMIC0.18μm 3.3V混合信號工藝實現(xiàn)。為保證ADC的精度,本文提出了 一種新穎的前端數(shù)字校正方案對片上基準電壓進行自校準,簡化了電路的應(yīng)用,同時降低了面積和成本。仿真結(jié)果表明,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的列SARADC符合設(shè)計目標,積分非線性(INL)和差分非線性(DNL)均在0.5 LSB以內(nèi)。同時基準電壓自校正功能通過驗證,校準誤差小于0.22 LSB。由此證明了應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的四電壓基準SARADC方案的可行性。版圖設(shè)計也已完成,列ADC的版圖面積為50μm×2271 μm。芯片經(jīng)過流片封裝和測試,功能良好,基本參數(shù)滿足設(shè)計要求。在500 KSps的采樣速率下,根據(jù)靜態(tài)指標結(jié)果顯示列ADC的有效位數(shù)為10~11位。芯片在幀頻為271fps的工作條件下成像正常。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN792;TP212

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本文編號：1287819