【摘 要】
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在当前追求可视化和信息化的时代,图像传感器作为采集图像信息的工具,已经被广泛应用于手机、汽车、医疗、探测、安防等领域。随着CMOS工艺技术的进步,CMOS图像传感器的性能逐渐赶超CCD图像传感器,并因其易集成、低成本、低功耗的特点,逐渐占据了主流市场。而随着科技的发展,人们对图像传感器的性能要求也在提高,传统CMOS图像传感器的动态范围已经无法满足许多领域的需求。对数结构的CMOS图像传感器在动态
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在当前追求可视化和信息化的时代,图像传感器作为采集图像信息的工具,已经被广泛应用于手机、汽车、医疗、探测、安防等领域。随着CMOS工艺技术的进步,CMOS图像传感器的性能逐渐赶超CCD图像传感器,并因其易集成、低成本、低功耗的特点,逐渐占据了主流市场。而随着科技的发展,人们对图像传感器的性能要求也在提高,传统CMOS图像传感器的动态范围已经无法满足许多领域的需求。对数结构的CMOS图像传感器在动态范围上有着天然的优势,已经成为了当前业界的研究热点之一。模数转换器作为图像传感器中的重要模块,与图像传感器的性能息息相关。相比于其他类型的模数转换器,逐次逼近型模数转换器具有中高速、低功耗、结构简单等特点,无疑更加适合应用在高动态范围的对数结构图像传感器中。本课题在高动态范围对数图像传感器的应用背景下,设计了一款异步时钟控制的SARADC。使用Matlab中的Simulink工具搭建了 SARADC的模型,进行行为级仿真,验证系统结构和功能的有效性,并对电路设计过程中可能造成误差的因素进行评估。然后在Cadance中完成电路的搭建与仿真。本文所设计的ADC具有以下特点:（1）提出一种用于构建逻辑控制模块的单次移位开关,其特点是作为开关没有传输延时,并且具有单次触发特性;（2）采用了电容阵列复用技术和分段电容技术设计电荷再分配型DAC模块,极大地减少了 SAR ADC需要的电容个数,仅仅使用7个单位电容即可实现9位的精度,大大减小了电路面积、降低了功耗;（3）基于本文设计的电容阵列和输入电压特点,采用混合电压的开关控制时序,减少单调开关时序中共模电压变化较大的影响。（4）相比于传统比较器结构,采用回踢电压耦合和低电压复位的结构,加快了比较速度,减小了回踢噪声的影响。本论文设计是采用华宏0.18um的CMOS工艺,基于3.3V和1.8V双电源电压,采样速率为20MS/s、量程范围为1.2V-3.2V的9位异步时钟SAR ADC。在频率97.737Khz的正弦输入下,信噪比SNR为53.68dB,有效位数ENOB为8.55位,无杂散动态范围SFND为63.87dB。
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