文档名：基于粗细量化并行与TDC混合的CMOS图像传感器列级ADC设计方法
摘要：针对传统单斜式模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)和串行两步式ADC在面向大面阵CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)图像传感器读出过程中的速度瓶颈问题,本文提出了一种用于高速CMOS图像传感器的全并行ADC设计方法.该方法基于时间共享和时间压缩思想,将细量化时间提前到粗量化时间段内,解决了传统方法的时间冗余问题;同时采用插入式时间差值TDC(Time-to-DigitalConverter),实现了全局低频时钟下的快速转换机制.本文基于55-nm1P4MCMOS工艺对所提方法完成了详细电路设计和全面测试验证,在模拟电压3.3V,数字电压1.2V,时钟频率250MHz,输入电压1.2～2.7V的情况下,将行时间压缩至825ns,ADC的微分非线性和积分非线性分别为+0.6/-0.6LSB和+1.6/-1.2LSB,信噪失真比(Signal-to-Noise-and-DistortionRatio,SNDR)为68.271dB,有效位数(EffectiveNumbersOfBits,ENOB)达到11.0489bit,列不一致性低于0.05%.相比现有的先进ADC,本文提出的方法在保证低功耗、高精度的同时,ADC转换速率提高了87.1%以上,为高速高精度CMOS图像传感器的读出与量化提供了一定的理论支撑.
Abstract：Aimingatthespeedbottleneckoftraditionalsingle-slopeanalog-to-digitalconverters(ADC)andserialtwo-stepADCinthereadoutprocessforlargeareaarrayCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)imagesen-sors,thispaperproposesafullyparallelADCdesignmethodforhigh-speedCMOSimagesensors.Basedontheideaoftimesharingandtimecompression,theADCdesignmethodadvancesthefinequantizationtimetothecoarsequantizationtimeperiod,whichsolvesthetimeredundancyproblemofthetraditionalmethod;atthesametime,theinterpolatedtimedif-ferenceTDC(Time-to-DigitalConverter)isusedtorealizetheglobalFasttransitionmechanismatlowfrequencyclocks.Basedonthe55-nm1P4MCMOSprocess,thispapercompletesthedetailedcircuitdesignandcomprehensivetestingandverificationoftheproposedmethod.Undertheanalogvoltageof3.3V,thedigitalvoltageof1.2V,theclockfrequencyof250MHz,andtheinputvoltagerangeof1.2～2.7V,thelinetimeiscompressedto825ns,thedifferentialnonlinearityandintegralnonlinearityoftheADCare+0.6/-0.6LSBand+1.6/-1.2LSB,respectively,thesignal-to-noise-distortionratio(SNDR)is68.271dB,theeffectivenumberofbits(ENOB)reaches11.049bit,columnTheinconsistencyislessthan0.05%.ComparedwiththeexistingadvancedADC,themethodproposedinthispapercanensurethelowpowerconsump-tionandhighprecision,whiletheADCconversionrateisincreasedbymorethan87.1%.Quantificationprovidessomethe-oreticalsupport.
作者：郭仲杰 苏昌勖 许睿明 程新齐 余宁梅 李晨Author：GUOZhong-jie SUChang-xu XURui-ming CHENGXin-qi YUNing-mei LIChen
作者单位：西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048
刊名：电子学报
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(2)
分类号：TN47
关键词：CMOS图像传感器 列并行ADC 单斜式ADC 两步式 全并行 时间数字转换器
Keywords：CMOSimagesensors column-parallelADC single-slopeADC two-step fullyparallel TDC
机标分类号：TP335+.1TN929.53TN86
在线出版日期：2024年4月19日
基金项目：基于粗细量化并行与TDC混合的CMOS图像传感器列级ADC设计方法[
期刊论文] 电子学报--2024, 52(2)郭仲杰 苏昌勖 许睿明 程新齐 余宁梅 李晨针对传统单斜式模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)和串行两步式ADC在面向大面阵CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)图像传感器读出过程中的速度瓶颈问题,本文提出了一种用于高速CMOS图像传感器的...参考文献和引证文献
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