隨著三維成像技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展,基于飛行時間（Time of Flight,TOF）法的3D圖像傳感器因具有魯棒性高、體積小、成像速度快等特點,近年來已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter,ADC）作為TOF傳感器的核心模塊,其性能是決定傳感器成像質(zhì)量及測距精度的關(guān)鍵因素。因此,對于該傳感器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的研究具有重要意義。本文通過對TOF傳感器成像及測距機理的研究與分析,設(shè)計了一款應(yīng)用于TOF傳感器中的列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。結(jié)合實際應(yīng)用需求及對幾種列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分析與比較,本文設(shè)計的ADC采用單斜結(jié)構(gòu)實現(xiàn),并確定了精度為11bit,采樣速率為66.67KSps,量化范圍為2.4～2.8V的設(shè)計目標。設(shè)計的ADC由斜坡發(fā)生器、比較器、計數(shù)器、寄存器及時序電路組成。在斜坡發(fā)生器的設(shè)計中,本文采用內(nèi)部自校準技術(shù),有效的解決了斜坡發(fā)生器斜率偏移對系統(tǒng)精度的影響;在比較器的設(shè)計中,本文采用單級預(yù)放大與動態(tài)鎖存級聯(lián)的方式,并采用了輸入失調(diào)消除技術(shù),在節(jié)省功耗的同時抑制了失調(diào)電壓對系統(tǒng)的影響;在計數(shù)器的設(shè)計中采用格雷碼計數(shù),有效的降低了誤碼現(xiàn)象。本... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要??
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
2 TOF傳感器量化電路概述
    2.1 TOF傳感器的工作原理
    2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)
        2.2.1 靜態(tài)性能參數(shù)
        2.2.2 動態(tài)性能參數(shù)
    2.3 常見列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介
        2.3.1 單斜模數(shù)轉(zhuǎn)換器
        2.3.2 逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器
        2.3.3 循環(huán)模數(shù)轉(zhuǎn)換器
    2.4 本章小結(jié)
3 TOF傳感器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計
    3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計目標
    3.2 斜坡發(fā)生器的設(shè)計
        3.2.1 斜坡發(fā)生器的典型結(jié)構(gòu)
        3.2.2 自校準斜坡發(fā)生器的工作原理
        3.2.3 自校準斜坡發(fā)生器穩(wěn)定性分析
        3.2.4 斜坡發(fā)生器中運算放大器的設(shè)計
        3.2.5 自校準斜坡發(fā)生器的仿真
    3.3 比較器的設(shè)計
        3.3.1 比較器基礎(chǔ)
        3.3.2 鎖存器的設(shè)計
        3.3.3 預(yù)放大電路的設(shè)計
        3.3.4 輸出緩沖電路設(shè)計
        3.3.5 失調(diào)消除電路設(shè)計
        3.3.6 比較器整體電路及仿真
    3.4 數(shù)字模塊電路設(shè)計
        3.4.1 格雷碼計數(shù)器的設(shè)計
        3.4.2 鎖存寄存器的設(shè)計
    3.5 整體功能仿真與分析
    3.6 本章小結(jié)
4 版圖設(shè)計與后仿真驗證及測試
    4.1 整體版圖設(shè)計
    4.2 關(guān)鍵模塊電路版圖設(shè)計
        4.2.1 自校準斜坡發(fā)生器版圖設(shè)計
        4.2.2 比較器版圖設(shè)計
    4.3 后仿真結(jié)果分析
        4.3.1 自校準斜坡發(fā)生后仿真驗證
        4.3.2 比較器后仿真驗證
        4.3.3 整體電路后仿真驗證
    4.4 芯片測試
        4.4.1 ADC測試結(jié)果
        4.4.2 整體芯片測試結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 研究工作總結(jié)
    5.2 未來工作展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于飛行時間的三維成像研究進展和發(fā)展趨勢[J]. 侯飛,韓豐澤,李國棟,孫怡,孫志斌.  導(dǎo)航與控制. 2018(05)
[2]基于飛行時間法的紅外相機研究綜述[J]. 郭寧博,陳向?qū)?薛俊詩.  兵器裝備工程學(xué)報. 2017(03)
[3]一種用于CMOS圖像傳感器的10位高速列級ADC[J]. 姚素英,徐文靜,高靜,聶凱明,徐江濤.  天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2014(03)
[4]高速列并行10位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計[J]. 高靜,姚素英,徐江濤,史再峰.  天津大學(xué)學(xué)報. 2010(06)
[5]用于CMOS圖像傳感器的列并行RSD循環(huán)ADC[J]. 張娜,姚素英,張鈺.  光電子.激光. 2008(09)
[6]格雷碼計數(shù)器的低功耗分析與設(shè)計[J]. 葉衛(wèi)東,謝建華.  兵工自動化. 2006(04)

博士論文
[1]應(yīng)用于光流體顯微鏡的TDI CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張鶴玖.西安理工大學(xué) 2019
[2]飛行時間法無掃描三維成像攝像機的機理和特性研究[D]. 潘華東.浙江大學(xué) 2010

碩士論文
[1]CMOS圖像傳感器中列級全差分SAR/SS ADC的研究[D]. 劉尕.西安理工大學(xué) 2019
[2]應(yīng)用于CMOS圖像傳感器中高PSR LDO的研究[D]. 蔣志強.西安理工大學(xué) 2019
[3]基于TDC技術(shù)的TDI型CIS中列級ADC的研究與設(shè)計[D]. 于婧.天津大學(xué) 2014



本文編號：3152644