Soğutmasız görüntüleme sistemleri için kolon paralel artımlı zoom analog-sayısal çevirici
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AYCAN BEYENİR
Danışman: Tayfun Akın
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tezde, yeni bir kolon paralel analog sayısal çevirici (ADC) tümdevresi sunulmaktadır. Sunulan düşük güç tüketimine sahip artımlı kolon paralel Zoom ADC mimarisi yüksek çözünürlük (20 bit) ve yüksek işaret gürültü oranı (119.5 dB) sağlamaktadır. Tasarlanan ADC 384x288 piksel formatlı ve 25µm piksel aralıklı mikrobolometre tümleşik okuma devresine (ROIC) gerçeklenmiştir. Zoom ADC düşük çözünürlüklü SAR ADC ve yüksek çözünürlüklü Delta-Sigma ADC'nin hibritlenmesi ile oluşur. Bu tasarımın ana amacı ADC'nin çözünürlüğünü düşürmeden güç tüketimini ve örnekleme oranını (OSR) düşürmektir. Tasarlanan Zoom ADC, 5-bit SAR ADC, ikinci derece Delta-Sigma modülatör ve sayısal filtrelerden oluşmaktadır. SAR ADC en önemli bitleri (MSB) belirler ve oluşan kalıntı voltajı Delta-Sigma modülatör tarafından hassas bir şekilde sayısal sinyale dönüştürülür. Sayısal filtreler yüksek frekanstaki gürültüleri temizler ve modüle edilmiş verileri paralel veriye çevirir. Bahsedilen üç blok ve kolon okuma devresi ardışık okuma zinciri ile çalışarak örnekleme oranını arttırır ve güç tüketimini düşürür. ADC programlanabilir sayısal filtreye sahiptir ve bu sayede farklı çerçeve hızlarında ve çözünürlüklerde çalışabilir. Tasarlanan ADC'nin dört çalışma modu bulunmaktadır: 20 FPS yüksek çözünürlük modu, 30 FPS standart mod, 50 FPS hızlı mod ve 200 FPS ultra hızlı mod. Tasarım 0.18 µm CMOS teknolojisi ile gerçeklenmiştir. ADC, 50 µm piksel aralığına sahip 400 kolona sahiptir. ADC'nin bir kolonu 2.4 mm yüksekliğe sahiptir ve 0.12 mm2 alan kaplamaktadır. Yüksek çözünürlük modunda ADC 124.5 dB dinamik aralık (DR) ve 122 dB işaret gürültü oranı (SNR) sağlamaktadır. DNL değeri 0.5 LSB'nin altında olup etkin bit sayısı (ENOB) 20.1'dir. ADC'nin örnekleme hızı 6KS/sec olup, 358µW güç tüketmektedir. Yüksek saniye başına fotoğraf (FPS) uygulamalar için, ADC ultra hızlı modda kullanıldığında 60KS/sec örnekleme hızına çıkabilmektedir. Ultra hızlı modda ROIC 200 FPS'te çalışmakta ve ADC 99.2 dB dinamik aralık (DR) ve 98 dB işaret gürültü oranı (SNR) sağlamaktadır. Ultra hızlı modda etkin bit sayısı (ENOB) 16.1 e düşmekte ve güç tüketimi 751µW a yükselmektedir.