用于低噪声CMOS图像传感器的流水线ADC设计及其成像验证

邓若汉 ， 徐 星 ， 王洪彬 ， 余金金 ， 陈世军 ， 陈永平

（1.中国科学院 上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083；2.中国科学院研究生院 北京 100039）

CMOS图像传感器（CMOS image sensor， CIS）在近二十年来取得了飞速的发展，得益于有源像素传感器（Active Pixel Sensor）的出现、相关双采样技术（Correlated Double Sampling）的发明以及工艺的进步等[1-5]，用于低噪声应用领域的CMOS图像传感器也取得了长足的发展。由于CMOS传感器具有先天的低成本、易于集成等优点，CMOS传感器在低噪声应用领域也已引起了越来越多的关注。目前，在低噪声CMOS图像传感器的研究领域，除研究其噪声外，数字化也是它的一个重要的研究方向。

文中介绍了一种适用于低噪声CMOS图像传感器芯片级模数转换的流水线型ADC，根据低噪声CMOS图像传感器的系统要求，文中设计的ADC的分辨率为12 bit，速度为10 Msps，采用了每级1.5 bit、共11级的流水线型结构。在该ADC完成设计仿真后，基于0.5 μm标准CMOS工艺进行了流片。最后在PCB板级电路上用该ADC对一个自主设计的模拟输出的CMOS图像传感器进行了模数转换，并基于自主设计的成像测试系统完成了CMOS图像传感器的成像。

1 ADC设计指标及框架

根据自主设计的低噪声CMOS图像传感器的系统要求，可以确定流水线ADC的设计指标。表1给出了该设计的具体设计指标。

表1 流水线ADC的设计指标Tab.1 Design requirements for pipeline ADC

由于该ADC设计目标为应用在自主设计的低噪声CMOS图像传感器的芯片级，因此其速度和精度都应尽可能的高，以达到芯片系统低噪声和速度的要求。而由于其工作在芯片级，其功耗和面积的要求则可以相对宽松一些。……