本文關(guān)鍵詞： 光流體顯微鏡 單斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器 兩步式模數(shù)轉(zhuǎn)換器 低壓高階補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn) 非線性模數(shù)轉(zhuǎn)換器　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：光流體顯微鏡的出現(xiàn)使細(xì)胞檢測(cè)低成本、便攜化成為了可能。然而目前光流體顯微鏡的研究還處于起步階段,研究方向主要集中在微流體通道制備和細(xì)胞圖像處理兩方面。作為光流體顯微鏡的重要成像部件,CMOS圖像傳感器的各種性能也直接影響著光流體顯微鏡的進(jìn)一步研究。現(xiàn)階段,光流體顯微鏡的“雛形”平臺(tái)多數(shù)采用具有高性能的商用CMOS圖像傳感器。但商用CMOS圖像傳感器并不完全適合對(duì)小尺寸、大陣列、高幀頻、低功耗、低噪聲以及高集成度有較高要求的光流體顯微鏡。因此,研究應(yīng)用于光流體顯微鏡的CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于處于起步階段的光流體顯微鏡具有非常重要的意義。本論文對(duì)應(yīng)用于光流體顯微鏡的CMOS圖像傳感器,從結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了新的研究。具體研究的電路模塊包括相關(guān)雙采樣電路、高速列并行兩步式模數(shù)轉(zhuǎn)換器、斜坡發(fā)生器、帶隙基準(zhǔn)以及低壓降線性調(diào)節(jié)器。針對(duì)目前存在的相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)提出了解決方法和優(yōu)化方法,最終通過(guò)芯片測(cè)試和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。論文的主要內(nèi)容如下:a.提出了一種兩步式連續(xù)時(shí)間混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。通過(guò)高低位分別量化的方式提高ADC的轉(zhuǎn)換速度。利用簡(jiǎn)單的數(shù)字反饋電路和較少的列電路布線資源,一方面完成了高位到低位的連續(xù)轉(zhuǎn)換,另一方面降低了斜坡發(fā)生器的電路面積和功耗。除此之外,本論文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)該結(jié)構(gòu)的數(shù)字校準(zhǔn)算法以改善高位轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤對(duì)低位精度的影響。最后,設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性。測(cè)試結(jié)果表明,對(duì)比傳統(tǒng)的單斜率ADC,本文設(shè)計(jì)的兩步式連續(xù)時(shí)間混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間由22μs變?yōu)?.5μs,速度約提高了 5倍。經(jīng)過(guò)數(shù)字校準(zhǔn)后,ADC的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性得到了很大改善,沒(méi)有失碼現(xiàn)象,有效位達(dá)到9位以上,滿足CMOS圖像傳感器幀頻和精度的需求。b.對(duì)列并行CMOS圖像傳感器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器列電路的各個(gè)模塊進(jìn)行低噪聲、低功耗進(jìn)行研究,具體包括低功耗讀出電路、具有失調(diào)消除技術(shù)的低噪聲相關(guān)雙采樣電路、改進(jìn)型高階補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電路,動(dòng)態(tài)頻率補(bǔ)償?shù)蛪航稻�性調(diào)節(jié)器。提出了對(duì)于離散時(shí)間積分型斜坡發(fā)生器的優(yōu)化方法。通過(guò)調(diào)整減小電壓和采樣電容,提高了斜坡發(fā)生器的線性度。此外,還提出了寬工作電壓范圍高階補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電路。通過(guò)引入運(yùn)放阻斷補(bǔ)償電流和調(diào)節(jié)電流大小的方法,減小了溫度系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于兩步式連續(xù)時(shí)間混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CMOS圖像傳感器系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明,整體設(shè)計(jì)滿足低功耗和低噪聲CMOS圖像傳感器需求。C.針對(duì)光流體顯微鏡無(wú)透鏡成像的特點(diǎn),提出了一種局部對(duì)比度增強(qiáng)算法,并應(yīng)用于非線性CMOS圖像傳感器系統(tǒng)。利用可配置多頻率計(jì)數(shù)器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不同光強(qiáng)區(qū)間的計(jì)數(shù)頻率,在模數(shù)轉(zhuǎn)換分辨率不變的前提下,提高了細(xì)胞圖像的局部對(duì)比度。通過(guò)搭建的光流體顯微鏡平臺(tái),對(duì)采集的細(xì)胞圖像進(jìn)行不同模式下對(duì)比度拉伸對(duì)比,驗(yàn)證了算法的可行性。對(duì)比表明,利用本文提出的可配置多頻率計(jì)數(shù)方法,細(xì)胞局部具有更好的圖像質(zhì)量。
[Abstract]:This paper presents a novel analog - to - digital converter with high performance . the cell has a better image quality .

【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH742;TP212

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本文編號(hào)：1452190