用于TDI型CMOS圖像傳感器的12位列級ADC設計.pdf

1、時間延時積分（TDI）型CMOS圖像傳感器是一種特殊的線陣圖像傳感器，在高速掃描狀態(tài)下可獲得比傳統(tǒng)線陣圖像傳感器更高的信噪比和靈敏度，在空間成像、醫(yī)學成像和工業(yè)監(jiān)測等領域具有極其重要的應用價值。ADC是TDI型CMOS圖像傳感器的重要組成部分，目前應用在CMOS圖像傳感器中的ADC有三種類型：像素級ADC、列級ADC和芯片級ADC。其中列級ADC對讀出速度、芯片面積和功耗提供了一個良好的折衷，廣泛應用于高分辨率高幀頻的CMOS圖像傳感器

2、中。所以本文對用于TDI型CMOS圖像傳感器的列級ADC進行了研究和設計。
　　本文首先研究了用于CMOS圖像傳感器的幾種常用的ADC結構，分析比較了它們的特點。然后本文提出了一種新型的兩步單斜ADC，該結構采用了多個參考電壓和一個斜坡信號，其量化過程被分為粗量化和細量化兩個階段，可以成倍地提高量化速度。由于多參考電壓之間不可避免的偏差會引入誤差，本文提出了一種誤差校正方法。然后利用該新型ADC結構，為TDI型CMOS圖像傳感器設

3、計了12位列級ADC，對各個模塊進行了研究與設計，主要包括斜坡信號發(fā)生器、列級電路、數(shù)字讀出電路及長陣列驅動等部分。最后進行了版圖設計并流片驗證。
　　該TDI型CMOS圖像傳感器芯片通過GSMC0.18μm1P4M CMOS工藝進行了流片驗證。其中列級ADC平均功耗128μW，量化周期40μs，每列寬度30μm，測得的SNDR和有效位數(shù)分別為45.8dB和7.3位。芯片尺寸為18.5mm×11.9mm，像素陣列大小為1024×3