一种用于CMOS图像传感器的Column-Level模数转换器

设计了一种用于CMOS图像传感器(CIS)的column-level模数转换器(ADC)。它由一种新型斜坡发生器构成,具有分辨率可调的特点,而且以简单的结构实现了高精度和低功耗,占用较小的版图面积。基于0.35μm2P4M标准CMOS工艺,8bit ADC转换时间约50μs,最大线性误差小于±0.5LSB。在分辨率为640×480pixel的CIS中,每列共用1个比较器,提高了传感器的吞吐速率,帧频约40fps;3.3V电压下ADC总功耗不超过27mW,占用版图面积约0.5mm2。     

用于CMOS图像传感器的12位低功耗单斜坡模数转换器设计

 本文提出了一种应用于CMOS图像传感器中的高精度低功耗单斜坡模数转换器(single slope analog-to-digital converter)设计方案.该ADC方案由可变增益放大器、前置预放大器和动态锁存比较器组成.相比现有的设计方案,本文提出的电路在不牺牲噪声性能的前提下,具有更低的功耗和更小的芯片面积.通过集成列并行的单斜坡模数转换器在最新设计的高精度高速CMOS图像传感器设计中,实验结果证明了设计的有效性.     

一种12bit CMOS全差分SAR ADC

本文设计一种12bit CMOS全差分SAR ADC,分析了其电路原理和结构,阐述各部分电路对ADC性能的影响,提出新型DAC_SUB电阻串和时间自调节比较器结构,并推算VCM抖动对电路的影响。基于TSMC 0.18μm 1.8V/3.3V CMOS工艺,采用全差分阻容混合式结构,实现ADC设计。本设计ADC的核心版图尺寸为390um×780um,测试结果显示,在1MS/s采样率下,当输入信号频率为31.37kHz时,该ADC的ENOB达到10.76Bit,功耗约为2mW。     

用于图像传感器的模数转换器研究进展

随着物联网、移动设备等应用的发展,图像传感器作为信息感知重要的窗口,需求不断增长。模数转换器是图像传感器的重要组成部分,负责将探测到的模拟信号转换为数字信号,不仅增加了系统的抗干扰能力,提升了系统的性能,还有助于在片内实现数据处理,提高系统集成度。为了适应图像传感器朝着大阵列、高帧频、低功耗、小像素尺寸等方向的发展趋势,模数转换器在速度、功耗、面积等方面存在挑战。文章概述了应用于图像传感器的模数转换器的几种主要架构,分析了这几种架构的优缺点,总结了研究进展以及未来的发展方向。     

用于CMOS图像传感器的列并行高精度ADC

设计了一种适用于CMOS图像传感器的列并行Single-slopeADC。采用的列并行ADC,同时对多数据源并行处理,增强了数据吞吐量,特别适用于CMOS图像传感器大像素阵列的数据处理。分析了影响ADC精度的因素,并给出了减小失调的方法。该ADC在0.35μm工艺下成功流片验证,测试结果表明,该ADC,在50MS/s的高数据吞吐量下,实现了CMOS图像传感器的8bit精度的设计要求和17.35mW的低功耗,以及0.62mm2的芯片面积。ADC的DNL=0.8LSB,INL=1.096LSB。     

用于视频图像传感器的12 bit 60 MS/s流水线模数转换器

介绍了一种12 bit 60 MS/s流水线模数转换器(ADC),该转换器使用采样保持电路,将连续变化的模拟信号通过一定时间间隔的采样,以实现信号的准确量化,利用增益自举运放提高信号建立的线性度;采用每级1.5 bit精确度的流水线结构实现冗余编码,降低比较器失调电压对精确度的影响,同时提出一种新型的消除静态功耗的预放大比较器结构。该流水线ADC芯片采用华力55 nm 互补金属氧化物(CMOS)工艺进行电路和版图设计。对后仿真结果进行快速傅里叶变换(FFT)分析得到：动态参数无杂散动态范围(SFDR)为86.18 dB,信噪比(SNR)为72.91 dB,信纳比(SNDR)为72.8 dB,有效位数(ENOB)为11.72 bit。     

用于CMOS图像传感器的列并行RSD循环ADC

设计了一种用于CMOS图像传感器的列并行RSD循环ADC.转换和采样同步进行,速度比传统的循环ADC提高了1倍,适用于高速实时系统的应用.将采样保持,精确乘2和像素信号的FPN噪声消除功能用1个运放和6个电容来实现,大大缩小了面积.采用RSD算法,不但降低了对比较器的精度要求,并且实现了较高的线性度.通过失调反向存储,基本消除运放失调引入的列FPN噪声.该ADC在0.18μm工艺下,实现了10位精度和500 KS/S的高转换速度.ADC的DNL= 0.5/-0.5 LsB,INL= 0.1/-1.5 LSB.     

一种用于暗光环境下的CMOS图像传感器的非线性模数转换器

从优化算法、硬件结构和模拟结果入手,通过对CMOS图像传感器暗光环境下模数转换电路的优化设计,提出了一种暗光环境下性能提升的大动态范围非线性模数转换器的设计.在模拟电路模块完成了暗光优化图像处理算法,使暗光环境下光电转换数字码密度增大,在不增加额外芯片面积和功耗的同时,提高了CMOS图像传感器的暗光图像性能.     

一种采用4bit MDAC的12bit流水线模数转换器

采用GF 0.18μm标准CMOS工艺,设计并实现了一种12 bit 20 MS/s流水线模数转换器(ADC)。整体架构采用第一级4 bit与1.5 bit/级的相结合的方法。采用改进的增益数模单元(MDAC)结构和带驱动能力的栅自举开关来提高MDAC的线性度和精度。为了降低子ADC的功耗,采用开关电容式比较器。仿真结果表明,优化的带驱动的栅自举开关可减小采样保持电路(SHA)的负载压力,有效降低开关导通电阻,降低电路的非线性。测试结果表明:在20 MS/s的采样率下,输入信号为1.234 1 MHz时,该ADC的微分非线性(DNL)为+0.55LSB/-0.67LSB,积分非线性(INL)为+0.87LSB/-0.077LSB,信噪比(SNR)为73.21 dB,无杂散动态范围(SFDR)为69.72 dB,有效位数(ENOB)为11.01位。芯片面积为6.872 mm2,在3.3 V供电的情况下,功耗为115 mW。     

用于列ADC电路的斜坡发生器设计

设计了一种用于CMOS图像传感器列级模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)电路的10位斜坡发生器.详细介绍了电路的整体结构、工作模式以及仿真结果.在电路中采用了两级转换的方式,并设计了电阻阵列式多路斜坡发生器.在Cadence设计平台下,对模拟电路进行了设计、仿真和版图设计.采用0.5μm双层多晶三层金属(Double Poly Triple Metal,DPTM) CMOS工艺对电路进行了制作.仿真结果表明,该设计基本满足相关要求.     

一种全数字前馈式时间交织模数转换器时间误差后台校准算法

该文设计实现了一种全数字前馈式时间交织模数转换器(TIADC)时间误差校准算法,其中采样时间误差提取采用改进的时间误差函数求导模块的前馈式提取方法,可以提高在输入信号频率较高时误差提取的准确度;同时,为了降低误差提取单元的复杂性,采用了以减法实现的时间误差函数;最后,采用基于1阶泰勒补偿完成时间误差的实时校正。仿真验证表明,应用于4通道14位TIADC系统,当输入信号为多频信号时,系统动态性能无杂散动态范围(SFDR)从48.6 dB提高到80.7 dB。与传统基于前馈校准结构对比,可以将有效校准输入信号带宽从0.19提高到0.39,提高了校准算法的应用范围。

     

应用于CMOS图像传感器的高速全差分两步式ADC设计方法

由于传统的单斜式模数转换器(SS ADC)以及改进的各种架构串行两步式SS ADC普遍存在速度瓶颈问题,均无法满足工业界高帧率CMOS图像传感器的发展需求,该文提出一种应用于高帧率CMOS图像传感器的高速全差分两步式ADC设计方法。该ADC设计方法基于差动斜坡与时间数字转换(TDC)技术,将差动量化嵌套在两步式的量化中,形成了区别于串行量化的并行量化模式,不仅提升了数据量化的速率,而且保证了系统的一致性和鲁棒性;针对传统TDC技术与单斜式ADC的匹配性问题,提出了一种基于电平编码的TDC技术,在ADC量化的最后一个时钟周期内,在不提升系统时钟的情况下,完成时间数字转换,实现了更高精度的量化。该文基于55 nm 1P4M CMOS实验平台完成了所提方法的电路设计、版图设计和测试验证。在模拟电压3.3 V、数字电压1.2 V、时钟频率100 MHz、动态输入范围1.6 V的设计环境下,该文ADC设计精度为12 bit,转换时间仅有480 ns,列级功耗低至62 μW,DNL以最低有效位(LSB)计为+0.6/–0.6,INL以最低有效位(LSB)计为+1.2/–1.4,信噪失真比(SNDR)达到70.08 dB,与现有的先进单斜式ADC相比,ADC转换速度提高了52%以上,可以有效压缩行处理时间,为高帧率大面阵CMOS图像传感器的实现提供了有效的解决方案。     

用于14位210 MS/s电荷域ADC的4.5位子级电路

该文提出了一种用于高速高精度电荷域流水线模数转换器(ADC)的电荷域4.5位前端子级电路。该4.5位子级电路使用增强型电荷传输(BCT)电路替代传统开关电容技术流水线ADC中的高增益带宽积运放来实现电荷信号传输和余量处理,从而实现超低功耗。所提4.5位子级电路被运用于一款14位210 MS/s电荷域ADC中作为前端第1级子级电路,并在1P6M 0.18 μm CMOS工艺下实现。测试结果显示,该14位ADC电路在210 MS/s条件下对于30.1 MHz单音正弦输入信号得到的无杂散动态范围为85.4 dBc,信噪比为71.5 dBFS, ADC内核面积为3.2 mm²,功耗仅为205 mW。     

CMOS图像传感器中时间延迟积分的实现与优化

提出了一种在标准CMOS工艺下实现时间延迟积分(TDI)功能的电路结构,电路采用一面阵CMOS像素阵列,通过像素列曝光累积实现了TDI功能.详细分析了器件噪声和积分器噪声对电路的影响,提出了器件级噪声优化公式.电路采用SMIC 0.35 μm CMOS工艺实现.仿真结果表明,该电路能够实现TDI功能,运算放大器的等效输入噪声为36.1 μV,具有低噪声特性.     

一种10位200kS/s65nm CMOS SAR ADC IP核

该文基于65 nm CMOS低漏电工艺,设计了一种用于触摸屏SoC的8通道10位200 kS/s逐次逼近寄存器型(Successive Approximation Register,SAR) A/D转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC) IP核。在D/A转换电路的设计上,采用7MSB (Most-Significant-Bit) + 3LSB (Least-Significant-Bit) R-C混合D/A转换方式,有效减小了IP核的面积,并通过采用高位电阻梯复用技术有效减小了系统对电容的匹配性要求。在比较器的设计上,通过采用一种低失调伪差分比较技术,有效降低了输入失调电压。在版图设计上,结合电容阵列对称布局以及电阻梯伪电阻包围的版图设计方法进行设计以提高匹配性能。整个IP核的面积为322m267m。在2.5 V模拟电压以及1.2 V数字电压下,当采样频率为200 kS/s,输入频率为1.03 kHz时,测得的无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range,SFDR)和有效位数(Effective Number Of Bits,ENOB)分别为68.2 dB和9.27,功耗仅为440W,测试结果表明本文ADC IP核非常适合嵌入式系统的应用。     

用于CMOS图像传感器的9位10MS/s低功耗流水线ADC

提出了一个用于CMOS图像传感器的9位10MS/s、低功耗流水线ADC.为降低功耗,该设计通过采用低功耗、宽摆幅的带有增益增强结构的放大器以及将所有单元共用偏置电路的技术来实现，共用偏置技术需要仔细的版图设计和在电路中加入大的去耦合电容来实现。此外,设计中也采用电容阵列DAC来降低功耗，同时,为了增大信号处理范围,设计中还采用低阈值电压的MOS管，该ADC采用4M-1P的0.18μm CMOS工艺设计制造，对芯片的测试结果表明该设计的功耗仅为7mW,相对其他设计是相当低的，该ADC已经应用于30万像素图像传感器系统中,该系统已经流片、测试。     

用于CMOS图像传感器的9位10MS/s低功耗流水线ADC

提出了一个用于CMOS图像传感器的9位10MS/s、低功耗流水线ADC.为降低功耗,该设计通过采用低功耗、宽摆幅的带有增益增强结构的放大器以及将所有单元共用偏置电路的技术来实现.共用偏置技术需要仔细的版图设计和在电路中加入大的去耦合电容来实现.此外,设计中也采用电容阵列DAC来降低功耗.同时,为了增大信号处理范围,设计中还采用低阈值电压的MOS管.该ADC采用4M-1P的0.18μm CMOS工艺设计制造.对芯片的测试结果表明该设计的功耗仅为7mW,相对其他设计是相当低的.该ADC已经应用于30万像素图像传感器系统中,该系统已经流片、测试.