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本文的目标是在提高动态范围的基础上对CMOS图像传感器(CMOS image sensor)进行了低功耗的研究与设计。
目前，图像传感器市场主要有CMOS图像传感器和CCD图像传感器。CCD图像传感器由于其较高的填充因子FF(Fill Factor)和较低的固定模式躁声FPN(Fix Pattern Noise)已经得到广泛的应用，但因其存在着多电压，高功耗，低速度，难与CMOS集成等缺点，限制了它的应用，特别是在要求低电压低功耗的移动设备中应用。
而CMOS图像传感器正是因为这些优点得到特别的关注，已经占领了移动设备的市场，而移动通信设备基本上都是电池供电。因此功耗将成为CMOS图像传感器比较关注的一个问题。特别近几年来，由于CMOS工艺大大提高，进入了深亚微米时代，管子尺寸越来越小，电源电压相应降低，集成程度越来越高，结果，更多的功能模块将会集成到芯片里面，将允许芯片有更大的功能。因此在这些复杂的系统中，功耗的控制和优化将会越来越难。尤其对于CMOS图像传感器应用在便携中。
降低功耗可以通过选用较新的工艺或者降低电源电压，然而，在实现CMOS有源像素图像传感器中，降低电源电压会降低信号的摆幅，相应地增加系统的噪声，使得CMOS图像传感器的动态范围变窄、信噪比变低，影响成像的质量。
如何提高图像传感器的动态范围而又满足低功耗的应用，是CMOS图像传感器设计中富有挑战性的课题。本文从系统设计的角度来看它的低功耗设计，主要有工艺级、结构级、电路级以及系统集成来实现。在文章结构上，本文首先分析了低功耗设计的重要性，然后论述了CMOS图像传感器和CCD的基本原理，接着对如何提高CMOS图像传感器的动态范围进行了分析与设计，进行了像素单元电路，模数转换器(ADC)和数字控制时序的低功耗研究与设计，最后，对其进行了仿真分析和验证。
主要完成了以下工作：
1、对CMOS图像传感器如何提高动态范围的各种方法进行了对比分析；设计了条件重置的像素单元电路，如果对其条件重置n次，那么可以提高图像传感器的动态范围n倍：
2、从系统的角度上对功耗优化进行了分析，然后对像素单元以及相关双采样进行了各具体电路设计和功耗优化：
3、完成了逐次逼近ADC各单元具体电路，以及相关控制时序的优化和设计，并采用CSM0.35μm 2P4M CMOS工艺器件模型，用Hspice软件对其进行仿真分析，在3.3V电源电压下，总个逐次逼近ADC平均功耗仅为85.97uW。