在当今时代,信息爆炸,人们对信息的渴望是随时随地的。因此随着科学技术的不断进步,便携式数码产品以其体积小,功耗低,易于携带等优点拥有着当前以及未来广阔的市场。在视频技术领域,CMOS图像传感器以其具有功耗低、摄像系统尺寸小、可将信号处理电路与像素采集阵列集成在一个芯片上等优点,正在逐步成为传统的CCD图像传感器的替代品。CMOS图像传感器的未来发展方向是大动态范围、高分辨率、高灵敏度、微型化和多功能化。这就给CMOS图像传感器系统的设计提出了更高的要求,特别是随着工艺水平的不断提高,尺寸的不断缩小,模拟电路设计所面临的挑战就越来越大。模数转换器是模拟世界和数字世界的接口,是模拟电路设计中重要的部分。因此找到适合于CMOS图像传感器系统的模数转换器显得尤为重要。本文主要从CMOS图像传感器系统对模数转换器的需求出发,论述了列并行处理结构的模数转换器的特点和应用以及设计方法。考虑到列并行处理结构在数据处理速度上的优势,模数转换器的精度和数据吞吐量就成为了设计的主要考虑因素。本文中分别介绍了两种列并行结构的模数转换器:Single-slope ADC和Cyclic ADC,系统阐述了两种ADC设计中的关键问题。对于Single-slope ADC的功能结构,斜坡发生器的实现方式及设计方法,比较器的失调,滤波器的选择和读出电路都做了比较详尽的论述;对于Cyclic ADC的理论说明,结构选择,电路实现都做了比较详细的描述,特别是提出了一种CMOS图像传感器的重要噪声——列FPN的消除方法,在很大程度上减少了列FPN噪声对图像质量的严重干扰,有着比较好的实际效果。该设计是基于0.18um工艺的基础上,通过仿真验证。Single-slope ADC在50MS/s的数据吞吐量下,实现了10 bit的高精度和仅有10mW左右的低功耗。Cyclic ADC同样实现了10 bit的精度要求,并且在速度上比Single-slope ADC有了很大的提高,完成一次AD转换只需要2us的时间,这样使得图像传感器的帧频几乎是采用Single-slope ADC结构的图像传感器的6倍,而只消耗0.5mW左右的功耗,给图像传感器性能的进一步提高创造了可能。总之两种ADC各自有着自身的特点和应用环境,是两种重要的列并行模数转换器。