高性能CMOS图像传感器阵列模数转换器的设计

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1、分类号：TN432单位代码：10183研究生学号：2015514016密级：公开吉林大学硕士学位论文(专业学位)高性能CMOS图像传感器阵列模数转换器的设计DesignofAnalog-to-DigitalConvertersforHighPerformanceCMOSImageSensor作者姓名：刘明杭类别：工程硕士领域（方向）：模拟集成电路指导教师：常玉春教授培养单位：电子科学与工程学院2018年6月—————————————————————高性能CMOS图像传感器阵列模数转换器的设计—————————————————————DesignofAnalog-

2、to-DigitalConvertersforHighPerformanceCMOSImageSensor—————————————————————作者姓名：刘明杭领域（方向）：模拟集成电路指导教师：常玉春教授学位类别：工程硕士答辩日期：2018年5月25日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士或硕士）学位论文原创性声明（本人郑

3、重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：６日期：年月丨日摘要CIS广泛应用于消费电子、生产科研、军事国防等领域，随着CIS的不断发展，CIS片上集成ADC阵列，有助于提高系统集成度，增强信噪比，信号抗干扰能力和图像传感器读出速度。目前，人们对CIS的性能有了更多的需求，主要集中在高分辨率、

4、高帧频、高动态范围三个方面。本论文对CIS片上列级ADC进行了研究和设计，并成功设计了一款应用于CIS的列级SARADC。本论文设计了一款精度为14bit，最高采样率为10MSPS的基于电荷重分配原理的分段电容式SARADC。由于CIS片上列级ADC是阵列结构，对面积和功耗的要求相当苛刻。但为了提高精度，就必须加大电容面积；加大电容就会增大ADC面积占用、增加功耗、减慢建立时间；提高比较器精度又进一步增大功耗。CIS片上集成SARADC的研究核心是在有限的面积内采用算法克服电容失配，同时解决比较器噪声、电路的不完全建立的问题，解决ADC精度、速度、面积、功耗之间

5、的矛盾。本论文设计采用的是0.18μm1P4MCMOS工艺，整体芯片面积为4700μm×2000μm。在该芯片上共设计64路列级SARADC，单路列级SARADC的版图面积为760μm×55μm。在1.8V供电电压下，单路SARADC功耗为1.18mW。在采样时钟频率为10MSPS，输入信号频率为4.873046875MHz时，电路仿真结果显示本论文设计的SARADC有效位数ENOB为13.19bit，信号与噪声和失真比SNDR为81.1dB，总谐波失真THD为-82.6dB，无杂散动态范围SFDR为82.8dB。该芯片初步测试结果表明，本论文所设计的SARAD

6、C有效位数为10.20bit，信号与噪声和失真比SNDR为63.2dB，总谐波失真THD为-69.9dB，无杂散动态范围SFDR为71.2dB。关键词：CMOS图像传感器；列级逐次逼近式模数转换器；CRS开关逻辑算法IAbstractCMOSimagesensorsarewidelyusedinconsumerelectronics,manufacturingresearch,militarydefense,andotherfields.WiththecontinuousdevelopmentofCMOSimagesensors,CISintegratedon-

7、chipADCarrays,whichhelpstoimprovesystemintegration,enhanceSNR,signalanti-jammingcapabilityandthereadoutspeedofCIS.Atpresent,peoplehavemoredemandsontheperformanceofCIS,mainlyfocusingonhighresolution,highframerate,andhighdynamicrange.Inthisdissertation,theon-chipcolumn-levelanalog-to-d

8、igitalconver