图像传感器作为重要的光电器件,广泛应用于红外探测,自动驾驶,智能手机,人脸识别,机器视觉等各个领域。随着人们对图像采集质量和响应需求的不断变化,对图像传感器的帧率、动态范围、分辨率等指标要求也不断变化,图像传感器的市场也随之迅猛发展,对图像传感器的研发速度提出了更高的要求。频率综合器作为时钟发生器,是图像传感器中必不可少的重要组成模块,为整颗芯片提供必要的时钟信号。频率综合器的好坏将决定图像传感器的功耗以及精度。应用于图像传感器中传统的频率综合器,多是基于模拟电荷泵锁相环的架构,其面积大,功耗大,迭代速度慢,不易于调试。相较于模拟电荷泵锁相环而言,全数字锁相环面积小,具有可配置性,在不同工艺间可移植性好,可调试性高。基于上述优点,将全数字锁相环应用于图像传感器中,将缩短图像传感器研发周期,减小芯片面积与成本,方便后续的调试工作。本文从实际应用需求出发,设计了一款应用于图像传感器中的低功耗全数字锁相环,提出了基于亚采样的低功耗全数字锁相环架构,通过对输出信号进行预分频以及降频采样,降低了反馈环路中电路的工作频率,实现了对整体电路功耗的降低。在模型构建方面,对环路带宽、相位噪声、锁定时间等关键性能指标进行了理论推导与建模工作,为后续的设计提供指导性依据。在重要的模块电路设计方面。设计了三款不同架构的数控振荡器电路,通过对比与比较,最终采用电流源架构实现宽线性调谐范围,亚毫瓦级别的低功耗数控振荡器设计。对于数字时间转换电路,分别设计了基于恒定斜坡充放电的高精度数字时间转换电路和基于RC延迟网络的低功耗数字时间转换电路。对于时间数字转换电路,分别设计了基于时间放大器的高分辨率时间数字转换电路和基于门控时钟的低功耗的时间数字转换电路设计。经过模型构建、前端设计、后端布局布线和版图绘制等工作,在Tower Jazz 180nm1P4M CIS工艺下对所设计的应用于图像传感器中低功耗全数字锁相环完成了仿真与验证,实现了输出范围从250MHz～1.2GHz的低功耗全数字锁相环的设计,其在输出频率为600MHz时,相位噪声为-81.182d Bc/Hz@1MHz offset,功耗为4.267m W（VDD=1.8V）。本文设计的全数字锁相环已应用于高动态图像传感器中,且可以作为独立IP应用于其他芯片中,具有较高的实用价值。