本文是天津市重点科技攻关项目“高性能大动态范围CMOS图像传感器设计”研究工作的一部分,目的是设计其接口电路——模-数转换器(ADC)。其功能是将传感器采样并放大过的模拟信号转换为数字信号,从而实现与数字处理系统的接口,依靠诸如计算机或DSP的强大数字处理能力完成对图像的呈现。基于全定制自顶向下的设计方法,在分析图像传感器需求的基础上,经过对各种类型ADC的优劣对比后,最终确定使用流水线(Pipeline)结构,因其每一级在完成对一个信号的采样量化后可立即对新采样进行处理,所以显著地提高了数据吞吐率,加快了系统速度。文中在已有的框架结构基础上,对其中的模块进行了细化设计(包括电路结构设计、功能仿真和版图设计验证)。工艺采用流行的CMOS工艺(Chartered公司0.35微米CMOS双栅4层金属N阱工艺)以便和整个传感器系统更好的兼容,实现片上集成。所用开发工具为HSPICE和Cadence公司的Composer Spectre和VIRTUOSO,DRACULA, DIVA。本文创新点为:流水线ADC共分4级,分别进行4位、3位、3位、3位的转换,最后采用冗余位校正技术实现10位数字输出,既节省了硬件空间,又保证了转换精度; 级间增益模块中的高性能运放,具有90dB直流增益和近700M的单位增益带宽,这使流水线ADC在工作时可以兼顾转换速度和精度,采样速率为20MS/s。运放采用全差分开关电容三级结构,提高了运放的抗干扰能力,共模反馈电路也为开关电容离散型反馈结构,更好的和系统在工艺上兼容。文中给出了设计思路,运放结构和仿真结果。此外,对系统中的辅助模块(如四相不交叠时钟)进行了设计。本人在此次项目中所作工作如下:系统分析设计,时钟模块、偏压模块和MDAC模块的设计调试和版图绘制验证,并为后期测试提供测试方案。