一种在模拟域实现CDS差值量化操作的SAR/SSADC制造技术

本发明专利技术提出一种在模拟域实现CDS差值量化操作的SAR/SS ADC，属于模拟集成电路技术领域。本发明专利技术采用了在模拟域进行CDS差值量化操作，减少了一次量化过程，提升了读出链的工作速度；本发明专利技术采用SAR ADC和SS ADC混合结构的方式，减少了SAR ADC的面积消耗，面积上减少了约85％，同时采用了单调切换开关逻辑，相比传统SAR ADC功耗上减少了约97％；本发明专利技术采用了异步时钟模块为SS ADC转换部分的计数器提供时钟，避免了额外高频时钟信号的输入，简化了设计难度。本发明专利技术的实施解决了为CMOS图像传感器读出链设计一个面积小、结构简单、同时能完成CDS差值的量化操作的列级ADC的难题。成CDS差值的量化操作的列级ADC的难题。成CDS差值的量化操作的列级ADC的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种在模拟域实现CDS差值量化操作的SAR/SS ADC


[0001]本专利技术属于模拟集成电路
，具体涉及一种在模拟域实现CDS差值量化的SAR/SS ADC(successive approximationregister/single slope ADC)的设计方法。

技术介绍

[0002]近些年来，CMOS图像传感器作为传递图像信息的主要工具，其广泛地应用于安防、医疗、摄影等领域。同时，人们对图像传感器的精度、速度、可靠性的要求也越来越严格。而模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)是图像传感器中的重要组成部分，能实现像素输出的模拟电压信号到数字信号的转换，它对CMOS图像传感器的性能有着至关重要的影响。
[0003]CMOS图像传感器中，依据ADC的应用可以分为像素级ADC、列级ADC以及芯片级ADC。其中，列级模数转换器由于其在图像传感器中速度、设计复杂度以及功耗等方面有良好的平衡，已成为目前CMOS图像传感器的主流ADC结构。而图像传感器中列级ADC常用的类型又分为斜坡型模数转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在模拟域实现CDS差值量化操作的SAR/SS ADC，其特征在于，包括自举采样保持开关、斜坡产生模块、二进制MSB
‑
Split CDAC电容阵列、四输入动态比较器、异步时钟产生模块和SAR/SS逻辑控制电路；所述的自举采样保持开关电路包括8个NMOS管、4个PMOS管和1个电容C
G
；8个NMOS管分别为NM1～NM8，4个PMOS管分别为PM1～PM4；其中，NM1管的源极接地，NM1管的漏极连接PM1管的漏极、NM2管的栅极和NM8管的栅极，NM1管的栅极连接PM1管的栅极和输入信号CLK；PM1管的源极连接电源电压；PM2管的源极连接电源电压，PM2管的栅极连接NM3管的栅极和输入信号CLK，PM2管的漏极连接NM3管的漏极、PM4管的栅极、NM4管的漏极；NM2管的源极接地，NM2管的漏极连接NM3管的源极、电容C
G
的第二端子、NM4管的源极和NM5管的源极；PM3管的漏极连接电源电压，PM3管的衬底连接PM3管的源极、PM4管的源极、PM4管的衬底和电容C
G
的第一端子，PM3管的栅极连接NM7管的源极、PM4管的源极、NM4管的栅极、NM5管的栅极和NM6管的栅极；NM5管的漏极接NM6管的源极和输入信号VIN；NM6管的漏极接输出信号VOUT；NM7管的栅极接电源电压，NM7管的漏极接NM8管的源极，NM8管的漏极接地；另外除PM3和PM4管外，所有N型晶体管的衬底都接地，所有P型晶体管的衬底都接电源电压；所述的四输入动态比较器电路包括6个NMOS管、10个PMOS管和2个反向器；6个NMOS管分别为NM1～NM6，10个PMOS管分别为PM1～PM10，2个反向器分别为反相器INV1、反相器INV2；其中，PM1管的源极接电源电压，PM1管的栅极接PM2管的栅极和输入信号CLK，PM1管漏极接PM3管的源极和PM4管的源极；PM2管的源极接电源电压，PM2管的漏极接PM5管源极和PM6管的源极；PM3管的栅极接输入信号VP，PM3管的漏极接PM5管的漏极、NM1管的漏极、PM7管的栅极和NM3管的栅极；PM4管的栅极接输入信号VN，PM4管的漏极接PM6管的漏极、NM2管的漏极、PM10管的栅极和NM4管的栅极；PM5管的栅极接输入信号VRP；PM6管的栅极接输入信号VRN；NM1管的栅极接输入信号CLK和NM2管的栅极，NM1管的源极接地；NM2管的源极接地；PM7管的源极接电源电压，PM7管的漏极接PM8管的漏极、NM3管的漏极、PM9管的栅极、NM6管的栅极和反相器INV1的输入端；PM10管的源极接电源电压，PM10管的漏极接PM9管的漏极、NM4管的漏极、PM8管的栅极和NM5管的栅极、反相器INV2的输入端；NM3管的源极接NM5管的漏极；NM4管的源极接NM6管的漏极；PM8管和PM9管的源极接电源电压，NM5管和NM6管的源极接地；反相器INV1输出端接输出信号OUTN，反相器INV2的输出端接输出信号OUTP；所述的斜坡产生模块电路包括1个运算放大器OP、2个POMS管、8个NMOS管和3个电容；2个POMS管分别为PM1和PM2，8个NMOS管分别为NM1～NM8，3个电容分别为C1、C2和C
RAMP
；其中，PM1管的源极连接电源电压，PM1管的栅极连接PM1管的漏极、PM2管的栅极、NM1管的漏极和电容C2的上极板；PM2管的源极连接电源电压，PM2管的漏极连接NM4管的漏极、NM4管的栅极和NM6管的栅极；NM1管的栅极连接运算放大器OP的输出端，NM1管的源极连接运算放大器OP的负向输入端和NM2管的漏极；运算放大器OP的正向输入端接固定电平V
CM
；NM2管的栅极接输入时钟φ1，NM2管的源极接NM3管的漏极和电容C1的上极板；NM3管的栅极接输入时钟φ2，NM3管的源极接地；电容C1的下极板接地，电容C2下极板接电源电压；NM4管的源极接NM5管的漏极、NM5管的栅极和NM7管的栅极；NM5管的源极接地，NM7管的源极接地，NM7管的漏极接NM6管的源极，NM6管的漏极接输出端V
RAMP
、电容C
RAMP
的上极板和NM8管的源极；电容C
RAMP
的下极板接电源电压；NM8管的栅极接控制信号SS
ENB
，NM8管的漏极接固定电平V
CM
；所述的二进制MSB
‑
Split CDAC电容阵列包括由电容C
a
、C
Ma
、C
M0
、C
M1
～C
M5
、C0～C5组成的
DAC和电容C
RST
、C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张克雄，潘旭辉，常玉春，刘宇帆，曲杨，曹伉，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：