本文關鍵詞： 光流體顯微鏡 單斜率模數(shù)轉換器 兩步式模數(shù)轉換器 低壓高階補償帶隙基準 非線性模數(shù)轉換器　出處：《西安理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：光流體顯微鏡的出現(xiàn)使細胞檢測低成本、便攜化成為了可能。然而目前光流體顯微鏡的研究還處于起步階段,研究方向主要集中在微流體通道制備和細胞圖像處理兩方面。作為光流體顯微鏡的重要成像部件,CMOS圖像傳感器的各種性能也直接影響著光流體顯微鏡的進一步研究�，F(xiàn)階段,光流體顯微鏡的“雛形”平臺多數(shù)采用具有高性能的商用CMOS圖像傳感器。但商用CMOS圖像傳感器并不完全適合對小尺寸、大陣列、高幀頻、低功耗、低噪聲以及高集成度有較高要求的光流體顯微鏡。因此,研究應用于光流體顯微鏡的CMOS圖像傳感器關鍵技術對于處于起步階段的光流體顯微鏡具有非常重要的意義。本論文對應用于光流體顯微鏡的CMOS圖像傳感器,從結構和性能進行了新的研究。具體研究的電路模塊包括相關雙采樣電路、高速列并行兩步式模數(shù)轉換器、斜坡發(fā)生器、帶隙基準以及低壓降線性調節(jié)器。針對目前存在的相關技術難點提出了解決方法和優(yōu)化方法,最終通過芯片測試和系統(tǒng)實驗進行了驗證。論文的主要內容如下:a.提出了一種兩步式連續(xù)時間混合型模數(shù)轉換器。通過高低位分別量化的方式提高ADC的轉換速度。利用簡單的數(shù)字反饋電路和較少的列電路布線資源,一方面完成了高位到低位的連續(xù)轉換,另一方面降低了斜坡發(fā)生器的電路面積和功耗。除此之外,本論文設計了一種針對該結構的數(shù)字校準算法以改善高位轉換錯誤對低位精度的影響。最后,設計并驗證了該結構的先進性。測試結果表明,對比傳統(tǒng)的單斜率ADC,本文設計的兩步式連續(xù)時間混合型模數(shù)轉換器轉換時間由22μs變?yōu)?.5μs,速度約提高了 5倍。經(jīng)過數(shù)字校準后,ADC的靜態(tài)特性和動態(tài)特性得到了很大改善,沒有失碼現(xiàn)象,有效位達到9位以上,滿足CMOS圖像傳感器幀頻和精度的需求。b.對列并行CMOS圖像傳感器中模數(shù)轉換器列電路的各個模塊進行低噪聲、低功耗進行研究,具體包括低功耗讀出電路、具有失調消除技術的低噪聲相關雙采樣電路、改進型高階補償帶隙基準電路,動態(tài)頻率補償?shù)蛪航稻�性調節(jié)器。提出了對于離散時間積分型斜坡發(fā)生器的優(yōu)化方法。通過調整減小電壓和采樣電容,提高了斜坡發(fā)生器的線性度。此外,還提出了寬工作電壓范圍高階補償帶隙基準電路。通過引入運放阻斷補償電流和調節(jié)電流大小的方法,減小了溫度系數(shù)。在此基礎上,設計了基于兩步式連續(xù)時間混合型模數(shù)轉換器的CMOS圖像傳感器系統(tǒng)。測試結果表明,整體設計滿足低功耗和低噪聲CMOS圖像傳感器需求。C.針對光流體顯微鏡無透鏡成像的特點,提出了一種局部對比度增強算法,并應用于非線性CMOS圖像傳感器系統(tǒng)。利用可配置多頻率計數(shù)器動態(tài)調節(jié)不同光強區(qū)間的計數(shù)頻率,在模數(shù)轉換分辨率不變的前提下,提高了細胞圖像的局部對比度。通過搭建的光流體顯微鏡平臺,對采集的細胞圖像進行不同模式下對比度拉伸對比,驗證了算法的可行性。對比表明,利用本文提出的可配置多頻率計數(shù)方法,細胞局部具有更好的圖像質量。
[Abstract]:This paper presents a novel analog - to - digital converter with high performance . the cell has a better image quality .

【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH742;TP212

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