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近年来,随着CMOS集成电路工艺水平和设计技术的不断发展,CMOS图像传感器发展迅速,对它的研究成为一个重要的课题。普通Single-Slope ADC(单斜模数转换器)以其优越的性能广泛应用于列并行CMOS图像传感器中,但是其速度限制了它在高速高精度CMOS图像传感器中的应用,而Time to Digital Single-Slope ADC(TDSS ADC)既保留了普通结构的优势,又提高了转换速率,而且可以简单的适用于高速高精度列并行CMOS图像传感器。斜坡发生器作为普通Single-Slope ADC的重要组成部分,在TDSS ADC中也是必不可少的,根据TDSS ADC的结构特点,对其中的斜坡发生器提出来了新的设计要求。 本文详细介绍了斜坡发生器的电路结构和工作原理,分析了TDSS ADC的工作原理,设计了一个用于12位TDSS ADC的斜坡发生器。文中TDSS ADC采用8+4的分段方式实现,所以斜坡发生器需要产出至少28个台阶,同时要实现12位的精度。该斜坡发生器是基于电流舵结构实现的,采用了4+4的分段方式。文中详细分析了斜坡发生的电流源网络、开关驱动电路和输出转换电路的工作原理和电路结构,确定了斜坡发生器中主要电路的具体实现方案。文中设计了一种三层共源共栅结构的电流源来实现电流源网络;设计了一种简单的开关驱动电路来驱动差分开关;通过一个简单的源极跟随器实现了输出电位的平移;设计了一个轨到轨运算放大器来实现输出转换电路中的跟随器以驱动后级电路。 斜坡发生器是在UMC110nm CMOS工艺下实现的,电源电压为3.3V,工作频率为50MHz。仿真得到斜坡发生器的输出范围约为2.501V~0.821V,DNL(微分非线性误差)为±0.0139LSB,INL(积分非线性误差)为±0.0967LSB,电路的平均功耗为30.74mW。后仿真得到斜坡发生器的输出范围约为2.45V~0.821V, DNL为±0.0612LSB, INL为±0.434LSB,斜坡发生器的版图面积约为970μm×880μm。