高速混合型列级ADC：10位CMOS图像传感器的创新解决方案

本文主要探讨了一种创新的10位高速列级ADC设计，专用于CMOS图像传感器。该设计巧妙地融合了单斜ADC（Single-Slope ADC，SSADC）和逐次逼近ADC（Successive Approximation ADC，SAADC）的优势，以满足高速和小尺寸像素应用的需求。 首先，文章指出SSADC被用来执行5位的粗量化，这显著减少了电路的复杂性和芯片占用面积，使得设计更加紧凑。SSADC以其简单、低功耗的特点，为快速的数据采集奠定了基础。然而，为了进一步提升模数转换的精度和速度，SAADC被引入来处理剩余的5位量化。SAADC利用分段电容DAC（Digital-Analog Converter）的桥接电容采用单位电容配置，这种设计显著提高了5位细量化过程的精度。 值得注意的是，作者将SAADC的细量化范围扩展了一倍，并通过误差校正技术，确保了在整个转换过程中的高精度。这样的优化使得提出的混合型列级ADC在保持高速性能的同时，能够提供较高的有效位数，达到9.81位。 电路设计采用了GSMC 0.18μm 1P4M标准CMOS工艺进行仿真，结果显示，即使在167kHz的采样率和3.3V电源电压条件下，这款列级ADC具有优异的性能，每列功耗仅为0.132mW，而版图面积仅需0.05mm²，相较于传统SSADC，速度提高了惊人的22倍，而且每列的版图面积减小了一半。这对于降低整体系统成本和能耗，提升图像传感器的集成度和性能有着显著的贡献。 文章的关键技术和成果主要集中在混合型列级ADC的设计策略上，包括粗细量化结合、精度提升的SAADC设计以及高效的电路实现。这一研究对于CMOS图像传感器的发展具有重要的推动作用，特别是在追求高效率、小型化和高性能的现代应用中，具有广阔的应用前景。这项工作展示了在现代电子设计中如何有效地整合不同类型的ADC以满足特定应用场景的需求。