【摘 要】
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随着时代的发展,人们对高质量生活的追求促进着科技的进步。CMOS图像传感器是现代电子设备的重要元件,其性能对成像效果有直接的影响,目前其主要拓展的方向为高帧频、大动态范围和低功耗等。而对CMOS图像传感器的要求也直接推动了其内部核心元件列级模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)的发展。本文将不同种类的常用列级ADC进行对比,提出了一种将逐次逼近模数转换器(Su
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随着时代的发展,人们对高质量生活的追求促进着科技的进步。CMOS图像传感器是现代电子设备的重要元件,其性能对成像效果有直接的影响,目前其主要拓展的方向为高帧频、大动态范围和低功耗等。而对CMOS图像传感器的要求也直接推动了其内部核心元件列级模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)的发展。本文将不同种类的常用列级ADC进行对比,提出了一种将逐次逼近模数转换器(Successive Approximation Register ADC,SAR ADC)和单斜模数转换器(Single Slope ADC,SS ADC)结合到一起的SAR/SS ADC结构。这种结构将二者优势互补,既有SAR ADC的转换速度优势又因SS ADC的结合而不至于整体所占面积过多。SAR/SS ADC包含了比较器、斜坡发生器、电容阵列、计数器等模块,SAR ADC部分和SS ADC部分各进行高低6 bit的转换,从而完成12 bit的模拟到数字的数据转换。其中电容阵列采用了2+4的分段方式,利用桥接电容既能实现SAR的功能又节省了面积。比较器为差分输入方式,利用采样电容进行失调校准,两路输入分别输入复位信号与采样信号,采样电容分别存储输入信号与比较器的失调电压,从而在比较时可以近似消除这一失调电压,同时差分输入的方式能够对信号进行相关双采样处理而达到更理想的效果。在高位转换后,其高位数据没有存储在采样电容中,而是通过高位转换所需的电容阵列进行存储,这一确定的值再与斜坡信号进行比较而完成最后的SS ADC低位转换。本文设计基于0.18μm CMOS工艺,在辅助软件环境下完成设计验证。输入模拟/数字电压信号为3.3V/1.8V,量化范围为2V,在20MSps的采样频率中,其有效位数达到10.4 bit。
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