基于SAR-SS架构的图像传感器专用高速列级ADC设计
CSTR:
作者:
作者单位:

(大连理工大学 微电子学院, 辽宁 大连 116024)

作者简介:

刘宇帆(1998-),男,河南省焦作市人,硕士研究生,主要研究方向为列级模数转换器的设计;

通讯作者:

中图分类号:

TN43;TP212

基金项目:

国家自然科学基金项目(11975066);大连市科学技术局项目(2020RT01).*通信作者:常玉春E-mail:yuchun_chang@qq.com


Design of High-speed Column-level ADC for Image Sensor Based on SAR-SS Architecture
Author:
Affiliation:

(School of Microelectronics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, CHN)

Fund Project:

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    摘要:

    针对图像传感器中传统列级模数转换器(ADC)难以实现高帧频的问题,提出了一种由逐次逼近寄存器型(SAR)ADC和单斜坡型(SS)ADC组成的混合型高速列级ADC,使转换周期相较于传统的SS ADC缩短约97%;利用SAR ADC的电容实现像素的相关双采样(CDS),在模拟域做差,使CDS的量化时间缩短至一个转换周期,进一步提高了ADC的量化速度;为了保证列级ADC的线性度,提出了一种1bit冗余算法,可实现+0.13/-0.12 LSB的微分非线性和+0.18/-0.93 LSB的积分非线性。基于180nm CMOS工艺的仿真结果表明,该列级ADC在50MHz时钟下,转换周期仅为1μs,无杂散动态范围为73.50dB,信噪失真比为66.65dB,有效位数为10.78bit。

    Abstract:

    Aiming at the problem that achieving high frame rate for traditional column-level analog-to-digital converter (ADC) in the image sensor is difficult, a hybrid high-speed column-level ADC consisting of a successive approximation register (SAR) ADC and a single slope (SS) ADC was proposed, which reduced the conversion period by about 97% compared with the traditional SS ADC. Achieving correlated double sampling (CDS) of the pixel by the capacitance of the SAR ADC, and making a difference in the analog domain, the quantization time of CDS was shortened to one conversion period, which further improved the quantization speed of ADC. In order to ensure the linearity of column-level ADC, a 1bit redundancy algorithm was proposed, which could achieve differential nonlinearity of +0.13/-0.12 LSB and integral nonlinearity of +0.18/-0.93 LSB . Simulation results based on 180nm CMOS process show that the column-level ADC has a conversion period of only 1μs, a spurious-free dynamic range of 73.50dB, a signal-to-noise distortion ratio of 66.65dB, and an effective number of bits of 10.78bit at a clock of 50MHz.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

刘宇帆,刘炯晗,程禹,曲杨,钟国强,常玉春.基于SAR-SS架构的图像传感器专用高速列级ADC设计[J].半导体光电,2022,43(6):1119-1123. LIU Yufan, LIU Jionghan, CHENG Yu, Qu Yang, ZHONG Guoqiang, CHANG Yuchun. Design of High-speed Column-level ADC for Image Sensor Based on SAR-SS Architecture[J].,2022,43(6):1119-1123.

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  • 收稿日期:2022-06-15
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