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。

一种用于CIS列级ADC的片上抗PVT变化高精度自适应斜坡发生器

传统的片上全局斜坡发生器电路容易受工艺、电压和温度(PVT)的影响,导致斜坡信号易失真、线性度差;由于寄生电容的影响,片外校准的难度较大。提出了一种可以抗PVT变化,实现自适应校准斜率的斜坡发生器,采用逐次逼近算法细调和定步长搜索法微调相结合的方式,实现对斜坡的两点校正。斜坡校准电路包括电阻型DAC、电流型DAC、逻辑控制、动态比较器等模块。仿真结果表明,自适应斜坡发生器的平均校准周期约为1.143 ms,校准后斜坡微分非线性为+0.00207/-0.00115 LSB,积分非线性为+0.6755/-0.3887 LSB,在不同PVT条件下校准电压误差小于1.5 LSB,平均功耗仅为1.155 mW,与传统斜坡发生器相比具有精度高、功耗低的优点。

面向存算ADC阵列的比较器失调校准电路

提出了一种面向存算模数转换器(ADC)阵列的动态比较器全局失调校准电路,采用数字辅助的模拟微调技术,并结合阵列式应用特点全局共用校准电压.校准过程分为粗校准和细校准周期,提高了校准速度和精度.粗校准利用6-bit计数器和数模转换器(DAC)产生阶梯式校准电压,根据初始失调电压极性将校准电压连接至对应的电流补偿电路,通过较大的校准步长快速减小失调电压值,并改变其极性.细校准采用一种基于晶体管栅压调控的延时可调电路,通过10-bit计数器和DAC产生细校准电压,实现失调电压值的精细调整.基于简单门电路和触发器设计比较器校准逻辑电路,在全局校准信号的控制下,实现本地校准开关和校准周期的转换.通过校准电压发生电路的全局共用,比较器只需要增加校准逻辑电路、电流补偿电路和延时可调电路,从而减小了由校准电路导致的面积开销.基于55nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的仿真结果表明,在输入时钟50MHz条件下,失调校准范围±20mV,校准后失调电压0.96mV(3.3σ),阵列校准后失调电压呈现出较为均匀的分布,包含校准电路的比较器版图面积为696.28µm^(2).

基于CMOS图像传感器列级ADC的数字双采样

提出了一种用于CMOS图像传感器的数字双采样10位列级模数转换器.比较器采用失调消除技术,数字双采样通过加/减计数器实现,使复位信号和像素信号的量化结果在数字域做差,消除了像素输出产生的固定模式噪声;列电路由一个比较器、一个计数器和一个锁存选通器组成.采用GSMC 0.18μm标准CMOS工艺对电路进行设计,一个完整的A/D转换时间为11μs,使用Cadence spectre进行仿真,结果表明:ADC的信噪失真比为57.86dB,有效位数9.32,列电路功耗为58.24μW,由比较器的失调和延迟产生的误差可以减小50%.