CMOS图像传感器低功耗低噪声Zoom ADC电路设计【附电路】

✨ 本团队擅长数据搜集与处理、建模仿真、程序设计、仿真代码、EI、SCI写作与指导毕业论文、期刊论文经验交流。✅ 专业定制毕设、代码✅如需沟通交流可以私信或者点击《获取方式》1逐次逼近粗转换与 ΣΔ 细量化的两级 Zoom ADC 架构采用 9 位逐次逼近 ADC 作为第一级粗量化器快速将输入信号范围缩小至 ±Vref/32 的动态残余区间残余电压经由开关电容积分器送入二阶 ΣΔ 调制器进行精细量化。ΣΔ 调制器采用前馈求和结构两个积分器的输出加权后统一量化有效降低了对运放增益和带宽的要求。为降低功耗粗量化器的电容阵列使用分段二进制权重电容结合共模电平复位技术每次预量化仅需 5 个时钟周期。整体架构在 100 MHz 时钟过采样率 395 下可实现 125 kHz 带宽理论信噪比 73.4 dB。2分段数据加权平均动态元件匹配技术针对反馈 DAC 电容失配导致的谐波失真提出分段数据加权平均算法 SDWA。将 9 个单位电容分为 3 组每组 3 个电容组内采用完全数据加权平均消除一阶失配组间根据历史选择记录进行轮转调度以抑制高阶失配累积。与标准 DWA 相比SDWA 所需的加法器和触发器数量减少 55%功耗降低至约 18 μW。在元件失配标准差为 1% 的 Monte Carlo 仿真中SDWA 使无杂散动态范围从 68.3 dB 提升至 79.1 dB有效位数由 10.3 位提高到 11.2 位。3基于反相器的 AB 类积分器与简化噪声分析模型积分器运放采用基于反相器的 AB 类结构由 CMOS 反相器加共模反馈构成静态电流仅 32 μA却能提供 74 dB 的直流增益和 180 MHz 的单位增益带宽。噪声分析模型将调制器内各噪声源等效至输入端通过推导得出开关热噪声与运放热噪声的功率谱密度表达式得到输入参考噪声为 79 μVrms 的解析值与后仿结果 81 μVrms 吻合良好。版图后仿真显示整体功耗 54 μW满足低功耗低噪声的设计指标。# 该代码模拟SDWA算法逻辑非实际电路网表 import random class SDWA: def __init__(self, n_caps9, n_groups3): self.n_caps n_caps self.n_groups n_groups self.caps_per_group n_caps // n_groups self.pointers [0] * n_groups # 组内指针 self.group_rotation list(range(n_groups)) def select_capacitors(self, usage_count): # usage_count 需要使用的电容数量 selected [] for g_idx in self.group_rotation: group_start g_idx * self.caps_per_group for _ in range(usage_count // self.n_groups (1 if usage_count%self.n_groups g_idx else 0)): idx group_start self.pointers[g_idx] selected.append(idx) self.pointers[g_idx] (self.pointers[g_idx] 1) % self.caps_per_group # 轮转组间顺序 self.group_rotation self.group_rotation[1:] self.group_rotation[:1] return selected # 粗SAR量化模拟 def sar_coarse_quantize(vin, vref1.8): cap_array [vref/(2**(i1)) for i in range(9)] # 9位权重 dout 0 residue vin for w in cap_array: dout 1 if residue w: dout | 1 residue - w return dout, residue # 简化噪声分析输入参考噪声 def calculate_input_referred_noise(kT4.11e-21, Cs0.8e-12, Cf0.2e-12, gm1.2e-3, BW125e3, OSR395): kT_Cs_noise kT / Cs opamp_noise_psd 4*kT * (2/3/gm) total_noise np.sqrt((kT_Cs_noise opamp_noise_psd*BW) / OSR) return total_noise⛳️ 关注我持续更新科研干货