[發(fā)明專利]一種數(shù)字相關(guān)多采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010075533.1
• 申請(qǐng)日: 2020-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN111294049B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高志遠(yuǎn);顧天宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津海芯微電子技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H03M1/12
• 分類號(hào): H03M1/12
• 代理公司: 天津企興智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12226
• 代理人: 馬倩倩

本發(fā)明提供了一種數(shù)字相關(guān)多采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在量化VSIG時(shí)，先用高度最大為Usi個(gè)LSB的斜坡量化VRST一次，再根據(jù)量化結(jié)果所處的量化區(qū)間，使用高度為Usm個(gè)LSB的短斜坡進(jìn)行多次量化，最終再將多次的保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合得到最后的量化結(jié)果。本發(fā)明利用單斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字相關(guān)多采樣時(shí)，增加判斷模塊判斷信號(hào)出現(xiàn)的范圍，修改斜坡的控制策略，只在被量化信號(hào)附近較小的范圍內(nèi)進(jìn)行多次采樣量化，避免了傳統(tǒng)單斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行多次采樣時(shí)需要耗費(fèi)大量時(shí)間的問題，提高了多采樣時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種數(shù)字相關(guān)多采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

CMOS圖像傳感器是成像系統(tǒng)的核心器件，一般由像素陣列、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analogto Digital Converter,ADC)、時(shí)序控制電路以及一些外圍電路構(gòu)成。對(duì)于微光CMOS圖像傳感器來說，能否降低傳感器中的噪聲是決定微光條件下成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在微光下讀出電路的產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲對(duì)總噪聲的貢獻(xiàn)較大，因此降低微光圖像傳感器的噪聲主要通過抑制其隨機(jī)噪聲來實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)的相關(guān)多采樣(Correlated Multiple Sampling,CMS)技術(shù)通過對(duì)電路輸出的信號(hào)進(jìn)行多次采樣，抑制電路的隨機(jī)噪聲。一般來說，進(jìn)行M次采樣后，讀出電路的隨機(jī)噪聲可以降低到原來的1/M。但是，在傳統(tǒng)的相關(guān)多采樣工作過程中，每增加一次采樣次數(shù)，ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間就會(huì)增加一倍，從而導(dǎo)致傳感器的幀率大幅下降。因此研究新型的相關(guān)多采樣實(shí)現(xiàn)方式減少轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)于微光CMOS圖像傳感器的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種數(shù)字相關(guān)多采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以減少轉(zhuǎn)換時(shí)間。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種數(shù)字相關(guān)多采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于：包括斜坡發(fā)生器、比較器、計(jì)數(shù)器、判斷模塊、寄存器陣列以及數(shù)字信號(hào)處理單元，其中寄存器陣列包含M個(gè)用于存儲(chǔ)V_RST量化信號(hào)的寄存器reg1～regM、M個(gè)用于存儲(chǔ)V_SIG量化信號(hào)的寄存器regM+1～reg2M和一個(gè)臨時(shí)寄存器regT；

所述比較器的正輸入端接像素的輸出V_FD，比較器的負(fù)輸入端接斜坡發(fā)生器產(chǎn)生的斜坡信號(hào)V_RAMP，比較器的輸出端V_COMP接計(jì)數(shù)器控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)啟停；所述計(jì)數(shù)器的輸出接寄存器陣列用于保存數(shù)據(jù)，同時(shí)接判斷模塊產(chǎn)生斜坡區(qū)段判定信號(hào)，判斷模塊輸出的判定信號(hào)接斜坡發(fā)生器控制產(chǎn)生特定形狀的斜坡信號(hào)V_RAMP，寄存器陣列的輸出接數(shù)字信號(hào)處理模塊完成數(shù)據(jù)整合。

進(jìn)一步的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作模式如下：

在對(duì)V_FD輸出的V_RST量化階段：用高度為Ur個(gè)LSB電壓的斜坡量化V_RST M次；在每次斜坡的量化過程中，當(dāng)斜坡信號(hào)V_RAMP開始下降時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)V_RAMP小于V_FD時(shí)，比較器輸出V_COMP發(fā)生跳變，此時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，將此時(shí)的計(jì)數(shù)結(jié)果送入寄存器陣列后計(jì)數(shù)器歸零；重復(fù)上述量化過程M次，M次的量化結(jié)果分別存入寄存器reg1～regM；