随着数码技术、半导体制造技术,以及网络的迅速发展,CMOS图像传感器成为当前以及未来市场关注的对象。目前CMOS图像传感器主要朝着高分辨率、高动态范围、高灵敏度、超微型化、数字化、多功能化的方向发展。这给电路设计尤其是模拟电路的设计提出了严峻的挑战。作为模拟与数字电路的关键接口,高性能的模拟/数字转换器对整个设计系统的实现至关重要。本文对现今的各种模数转换器结构进行了比较分析,针对CMOS图像传感器对模数转换器高数据吞吐量和高精度的要求,选择了列并行single-slope模数转换器作为研究重点。论文从原理入手,系统分析了列并行single-slope结构模数转换器的功能与特性,根据功能讲模数转换器划分为数模转换器、采样保持电路、比较器、读出电路、基准电压源和数字模块,并分别就各子模块予以研究。在列并行模数转换器理论的研究基础上着手实际电路的设计。论文的主要创新点有:(1)选择列并行模数转换器,特别适用于图像传感器高数据吞吐量的要求,并有利于图像传感器向大像素阵列扩展。(2)采样保持电路,通过两次采样,消除CMOS图像传感器中的FPN噪声。(3)比较器,采用输入失调电压存储结构,在缩小面积和降低功耗的同时,达到了高精度的要求。该ADC在0.35um工艺下成功流片验证,测试结果表明,该ADC,在50MS/s的高数据吞吐量下,实现了CMOS图像传感器的8位精度的设计要求和17.35mW的低功耗,以及0.62mm2的芯片面积。ADC的DNL和INL分别为0.8LSB和1.096LSB。