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CMOS图像传感器市场正在持续快速增长,在中美贸易战背景下,对于国产CMOS图像传感器厂商而言,当前正处于一个机遇与挑战并存的历史阶段。锁相环和带隙基准源是CMOS图像传感器结构中必不可少的电路模块。锁相环作为片上集成时钟信号发生电路,对CMOS图像传感器的正常工作起着决定性的作用。带隙基准源能够为芯片内部提供具有一定温度系数的电压和电流偏置,同时也为锁相环的电荷泵提供电流输入,是锁相环正常工作必不可少的组成部分,因此电源控制模块和锁相环都是本文的研究内容。本文从CMOS图像传感器的基本结构入手,设计了CMOS图像传感器应用中包括带隙基准源在内的电源模块以及锁相环模块,其中锁相环电路包括了一款单环路电荷泵锁相环和一款创新的双环路电荷泵锁相环。本文总结了具有通用性的带隙基准源和锁相环的一般设计思路和流程,通过修改提出的电路拓扑的特定参数就能够实现在不同工艺下的兼容。上述电源模块和锁相环均在不同代工厂的不同工艺条件下通过流片验证,在不同产品中能够保证CMOS图像传感器芯片的正常工作。本文详细分析了电源控制模块的各电路架构和需求,着重分析了带隙基准源的关注指标和设计原则,设计了符合应用需求的带隙基准源。本文给出所设计的带隙基准源在三家代工厂四种工艺下的后仿真结果,通过了流片验证,并且都已在量产芯片中应用。在设计中我们保证温度系数优先,输出基准电压在1.2V附近。由于篇幅限制,本文设计的锁相环仅给出在DB 0.118)for CIS 1P3M工艺下的技术指标。测试结果表明所设计的单环路电荷泵锁相环和双环路电荷泵锁相环均能够在1.8V和2.8V模拟电源电压以及1.5V和1.8V数字电源电压的电压组合下正常工作。二者均支持6-40MHz的输入参考频率,根据应用场景常用27MHz,通过配置分频比,二者均能够实现0.4-1.5 GHz的调谐范围,后仿真表明压控振荡器在945MHz或者1GHz的振荡频率下在各工艺角下实现48%-52%的占空比。后仿真表明,在945MHz工作频率下:单环路锁相环具有3μs的建立时间,TIE jitter有效值为23.3ps,Period jitter有效值为1.22ps,Long Term jitter有效值为33.5ps,功耗有效值为2.875m W,占用面积为0.0571 mm~2;双环路锁相环具有25μs的建立时间,TIE jitter有效值为18.2ps,Period jitter有效值为1.21ps,Long Term jitter有效值为26.4ps,功耗有效值为3.058m W,占用面积为0.0397 mm~2。本文提出具有创新性的带隙基准源电路拓扑,经过流片验证,能够在三家代工厂四种不同工艺下通过修调特定器件参数的方法达到预期的技术指标,实现工艺兼容。创新地提出双环路锁相环结构,相比于传统的单环路锁相环,其噪声性能更加优异且版图面积节省了约三分之一,大大节省了芯片资源,对降低成本具有非常积极的作用,所提出的双环路锁相环经过仿真和流片验证,确定修调特定器件参数也能够实现工艺兼容。