Column parallel incremental zoom adc for uncooled imaging applications
Soğutmasız görüntüleme sistemleri için kolon paralel artımlı zoom analog-sayısal çevirici
- Tez No: 757853
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 139
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.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a new column-parallel analog to digital converter (ADC) integrated circuit with high precision (20-bit), high signal-to-noise ratio (119.5 dB), low power incremental Zoom ADC architecture and demonstrates its integration to a 384x288 pixel format analog output microbolometer readout integrated circuit (ROIC) with 25µm pixel pitch. The Zoom ADC is a hybrid of a low-resolution successive approximation register (SAR) ADC and a high-resolution Delta-Sigma ADC. The main aim of this design is to decrease the power consumption and oversampling ratio (OSR) of the ADC while preserving the high resolution. The designed Zoom ADC consists of a 5-bit SAR ADC, a second-order Delta-Sigma Modulator, and digital filters. The SAR ADC performs the coarse conversion and defines the most significant bits (MSBs), while the Delta-Sigma Modulator performs fine conversion to the residue voltage from the SAR ADC. Digital filters eliminate high-frequency noises and convert modulated data to parallel outputs. These three blocks and column readout circuits work with a pipeline chain, increasing sampling rate and decreasing the power consumption. The ADC has a programmable digital filter; thus, the ADC can work with different frame rates and resolutions. The designed ADC has four operation modes: the 20 FPS high-resolution mode, 30 FPS standard mode, 50 FPS fast mode, and 200 FPS ultrafast mode. The ADC design is implemented in a standard 0.18µm CMOS technology. The ADC has 400 columns with a 50 µm pixel pitch, where a single column of the ADC has a 2.4 mm height and covers a 0.12 mm2 area. The ADC provides a 124.5 dB dynamic range (DR) and a 122 dB signal-to-noise ratio (SNR) in the high-resolution mode. The effective number of bits (ENOB) is 20.1, and the DNL is below 0.5 least significant bit (LSB). The sampling rate is 6KS/sec, and the ADC consumes 358 µW power. The ADC can be programmed to reach sampling speed up to 60KS/sec for high frames per second (FPS) imaging, called ultrafast mode. The ADC provides 99.2 dB dynamic range (DR) and 98 dB signal-to-noise ratio (SNR) in the 200 FPS ultrafast mode, where the effective number of bits (ENOB) reduces to 16.1 and the power consumption increases to 751 µW.
Benzer Tezler
- Matlab programının doğrusal olmayan deprem analizleri için paralel programlamaya uygunluğunun araştırılması
Applicability of Matlab language to parallel programming for nonlinear seismic analysis of structure
FATİH YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ ERKUŞ
- Numerical simulation of infiltration and evaporation for unsaturated infinite soil slopes
Suya doygun olmayan sonsuz şevlerde sızmanın ve buharlaşmanın numerik modellenmesi
MELİH BİRHAN KENANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NABİ KARTAL TOKER
YRD. DOÇ. DR. NEJAN HUVAJ SARIHAN
- Durum geçiş matrisi yöntemi ile yüksek gerilim hava iletim hatlarının güvenilirlik değerlendirilmesi
Reliability evaluation of high voltage overhead transmissionlines by the state transitional matrix method
ERTAN YANIKOĞLU
Doktora
Türkçe
1989
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. Ö. VURAL AYGEN
- Yatay yükler etkisindeki dolgulu betonarme düzlem çerçevelerin malzeme bakımından non-lineer analizi
Analysis of infilled planar RC frames in termes of nonlinearity material under lateral loads
MUHİDDİN BAĞCI
Doktora
Türkçe
2003
İnşaat MühendisliğiBalıkesir Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİF SAYLAN
- Yüksek dayanımlı çok katlı çelik çerçevelerin göçme güvenlikleri yapı sistemlerinin hesap yöntemlerinin karşılaştırılması
Başlık çevirisi yok
İLYAS TELLİOĞLU