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本论文研究并设计了一款遥感探测专用基准电压自校正的14位模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC),针对航天领域专用的CMOS图像传感器需具备高感光率、宽动态范围、抗辐照、高精度等特点,对传感器的高集成度、高精度展开研究。芯片使用了两对基准电压降低了电容阵列面积,减小芯片尺寸。此外,采用了一种片内基准电压自校正的算法以保证两对基准电压的精确匹配。本论文的图像传感器的像素阵列大小为160(列)×190(行),帧速率为3000帧/秒,采用列读出电路的架构。设计的四基准电压逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register,SAR)ADC 主要包含数模转换器(Digital-to-Analog Converter,DAC)、比较器以及SAR逻辑,输入差分信号为±2.4 V,采样速度为600kSps,ADC量化时钟为10.8MHz,要求实测精度为12位,功耗不大于700μW。芯片采用Tower Jazz 0.18 μm3.3 V的CMOS图像传感器工艺,DAC的电容阵列选用金属-绝缘体-金属电容(Metal-Insulator-Metal,MIM)。单位电容大小设计为8X9μm2,取值为75fF。基准电压自校正模块主要由ADC、DAC以及自校正逻辑组成,VREF_BOT(0.4V)和VREF_TOP(2.8V)是由外部提供的基准电压,自校正模块可以保证片内 VREF_BOT + VF/128和 VREF_TOP +VF/128 = VREF_TOP-VREF-_BOT)这两个基准电压的精度以及与VREF_BOT、VREF_TOP的匹配。最终的图像传感器尺寸为14705.5×7180.4μm2,单个ADC尺寸为2714.9X 50μμm2。后仿真结果表明ADC在150kSps和600kSps的采样速度下有效位分别为12.7位和12.2位,基准电压自校正模块的校正结果误差在± 1 LSB以内。传感器与单个测试用的ADC和校正模块制造在了同一块裸片上,芯片使用100引脚的PGA封装。在600 kSps下,ADC的静态指标DNL为+5.1/-1 LSB,INL为+5/-12 LSB。在150 kSps和600 kSps的采样速度下有效位分别为11.7位和11.1位,达到设计参数的基本要求。VREF_BOT和VREF-_TOP两个基准电压测试校正误差分别为 12.89LSB 和 8.18LSB。