CCD高清圖像處理模擬前端關鍵技術研究.pdf

1、電荷耦合器件CCD（Charge Coupled Devices）作為當前的主流圖像傳感器之一，在高清數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機等消費類數(shù)碼產品和遙感遙測、天文測量、航空航天和目標識別等軍民用科學研究領域得到廣泛應用。CCD圖像處理系統(tǒng)包括CCD陣列、模擬前端AFE（Analog Front End）和數(shù)字處理模塊，其中模擬前端是實現(xiàn)前端CCD原始圖像模擬輸入信號到后端數(shù)字處理信號轉換的關鍵環(huán)節(jié)，其性能直接決定了系統(tǒng)成像的圖像質量。其關鍵技術

2、涵蓋了圖像信號處理、數(shù)?；旌闲盘栂到y(tǒng)頂層設計和高速高精度模數(shù)轉換，已成為高清圖像處理和微電子領域的研究熱點。本文以滿足1024×1024像素，100幀/秒掃描CCD高清圖像處理系統(tǒng)的應用要求為目標，重點開展12位100MHz模擬前端系統(tǒng)架構、模數(shù)轉換技術研究和關鍵單元電路設計。主要內容包括：
　　 ⑴基于雙采樣和電荷守恒原理，提出了一種五階橢圓低通濾波結構的CMOS開關電容型抗混疊濾波器，可有效濾除圖像信號中的帶外噪聲，提高了后

3、續(xù)ADC的輸入信號質量；該雙采樣拓撲結構突破了濾波器受運放單位增益帶寬和轉換速率的傳統(tǒng)約束，有效地改善了其高頻應用性能。
　　 ⑵結合Cascode Miller補償和輸出零點補償?shù)膬?yōu)點，提出了一種用于軌至軌電壓緩沖器的新型頻率補償方式，既可以大幅減小補償電容，又可以在不增加電路復雜性的前提下保證運放在軌至軌的輸入共模范圍內穩(wěn)定工作。在保證抗混疊濾波器輸出信號的高保真?zhèn)鬏數(shù)耐瑫r，為后端的ADC模塊提供了足夠的驅動能力。
　

4、　 ⑶根據(jù)圖像處理系統(tǒng)的指標要求和功耗優(yōu)化方法，確定了12位精度，100MHz的Pipeline ADC系統(tǒng)架構，級精度分配為（4，2，2，2，2，2，2，2，2），級數(shù)為9級。根據(jù)工藝容差分析，確定了器件失配對采保模塊和MDAC模塊功耗的影響，提出一種針對MDAC電路的電容失配自校正方案。該方案通過校正MDAC中的電容失配，使得小尺寸電容陣列具有較高的匹配精度，MDAC總電容可減小至50％，采保和殘差的功耗僅為原有的25％；同時，A

5、DC的DNL和INL均被有效校正。
　　 ⑷分別研究了Pipeline ADC的高線性采樣開關、采保S/H和基準電壓源單元電路。發(fā)展提出了3種高性能S/H組態(tài)：具有高線性度的無饋通雙邊對稱NFDSS自舉采樣開關、可同時獲得高增益大帶寬的共源共柵跨導前饋CGFF補償兩級全差分運算放大器和能顯著降低增益誤差的相關雙采樣CDS-S/H拓撲結構。仿真結果顯示，3種方案的技術指標均滿足12位精度100MHz采樣率S/H電路的要求。提出了一

6、種無運放結構的帶隙基準電壓源，只用Cascode電流鏡結構來產生基準電壓，降低了電路的功耗；同時，在輸出端應用電阻修調技術和數(shù)字修調技術相結合的方法實現(xiàn)了二階溫度補償，在-40℃～135℃的溫度范圍內，TT模型下的溫度系數(shù)為1.7 ppm/℃；直流時電源抑制比為-95.4dB，1Knz時電源抑制比為-92.4dB，100KHz時電源抑制比為-56dB，獲得了良好的電源抑制性能。
　　 ⑸基于高速數(shù)字-模擬混合信號集成電路版圖設計