二、理论分析.ppt

采用数字校准的图像传感器列级Cyclic ADC 姜兆瑞 * * 3、 优越性 4、目前进展 2、理论分析 1、应用背景 研究的校准算法应用于TDI项目中数字域读出电路所需的列级Cyclic ADC中。其主要功能为减小由于Cyclic开关电容结构中电容适配以及有限运放增益对ADC量化精度的影响。 （不采用校准算法的Cyclic ADC有效位数最多可以做到12bit左右） 一、应用背景 3、 优越性 4、目前进展 2、理论分析 1、应用背景 二、理论分析 状态a 状态b 状态c Cyclic ADC一个转换周期内开始为状态a，然后状态b和c轮流出现，每个状态均完成1.5bits模数转换。项目目前采用的结构为10个cycle完成一次11位的模数转换 。 二、理论分析 考虑到电容失配以及有限运放增益的影响，对状态b与状态c建立电荷守恒方程，得： 。 状态b： 状态c： 状态b与状态c的量化误差分别与电容C1、C2有关，这增加了算法的复杂度。 二、理论分析 针对以上分析所修改后的MDAC结构： 二、理论分析 Cyclic ADC一个转换周期内开始为状态a，对C1注入采样信号，完成1.5bit模数转换；然后为状态b和状态c，两个状态一起完成1.5bit模数转换；该ADC一个量化周期一共完成14次循环。 二、理论分析 状态a： 状态b： 状态c： Cyclic ADC一个转换周期内开始为状态a，对C1注入采样信号，完成1.5bit模数转换；然后为状态b和状态c，两个状态一起完成1.5bit模数转换；该ADC一个量化周期一共完成14次循环。 （K为-1，0或者+1） 二、理论分析 令G=C1/C3,将每级循环的传输函数表示出来： 由于设计有效位为14bit，因此，对于Vout15，我们设其为0，代入上面方程组，依次向上递推，得： (1) (2) (3) 将上式化为数字形式（对于14bit ADC，可设DrefG=214）： 二、理论分析 此算法根据Cyclic ADC 传输函数反向运算，因此，要确保传输函数在量化范围之内。考虑到比较器失调以及电荷注入，传输曲线可能无法还原,因此在设计中需要将电容C1做小，使得C1/C31，以满足传输曲线不会超出量化范围。 校准算法思路，对于正确的G，输入跳变点电压+0.25 Vref，第一级循环量化输出不论是01，还是10，最终得到的Dout1 是相等的；同理，输入跳变点电压-0.25 Vref，第一级循环量化输出不论是00，还是01，最终得到的Dout 是相等的。 校准算法过程如下： 二、理论分析 （1）输入比较器阈值电压0.25Vref，强迫第一级循环数字输出 为01，得Dout01，对其累加1024次后取均值得S01； （2）输入比较器阈值电压0.25Vref，强迫第一级循环数字输出 为11，得Dout11，对其累加1024次后取均值得S11； （3）对于14bit ADC，比较S11与S01前14位的差是否不大于1， 若是，满足精度要求，存储变量M，校准结束，进入正常工 作状态，若不是，迭代M，重复过程（1）（2）（3）； （4）若对于可变范围内所有M值均无法满足（3）要求，即将（3） 中条件改为比较位数减1，若收敛，则ADC实际有效位为 （14-n）bit； （5）若对于前10位进行比较仍不满足精度要求，则跳出校准，校 准失败。 3、 优越性 4、目前进展 2、理论分析 1、应用背景 三、优越性 （1）将数字校准算法引入图像传感器列级ADC中； （2）对于图像传感器列级ADC，能够实现较高精度； （3）相比较模拟校准，降低了设计复杂度； （4）校准算法的应用可以消除电容失陪引起的误差，因此在设计中 可以减小负载电容，使得电路功耗降低。 该校准算法由在Pipelined ADC中应用的校准算法中，根据Cyclic的结构改变而来，并将其用于对图像传感器列级Cyclic ADC中。 3、 优越性 4、目前进展 2、理论分析 1、应用背景 1、建模分析： 目前对该算法Cyclic ADC进行了simulink建模与仿真，其结构图与仿真结果为： 四、目前进展 仿真条件为信号动态范围为-0.6V到0.6V，实际增益为1.9，比较器失调电压为12mV，电荷注入为0.3mV，仿真结果达到 13.16bit。 四、目前进展 2、电路设计： 目前对Cyclic ADC完成了MDAC模块以及时序电