[發明專利]基于魚群算法的低失調寬范圍比較器電路

有效

• 申請號: 202010210900.4
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111416623B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 馬艷華;李紀桐;常玉春
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

一種基于魚群算法的低失調寬范圍比較器電路，包括前級電壓存儲結構、前置放大器及開環比較器。其中前級電壓存儲結構由電阻、電容、開關組成，可拓寬比較器輸入范圍，進而拓寬RAMP ADC量化范圍；前置放大器負載對管柵漏兩極之間分別接入兩個開關，柵源兩極之間分別接入兩個用于存儲失調電壓的容值相同的電容，用于校準失調電壓，進而增加RAMP ADC精度；開環比較器采用兩級放大器結構，利用魚群優化算法對電路參數進行優化，以達到低功耗、高增益及高速等特點。本發明對電路結構進行設計，具有低失調電壓，寬比較范圍的特點，同時利用魚群算法對電路進行參數設計，避免了以往電路設計中手動調節參數帶來的不便。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計領域，涉及一種對單端輸入信號進行比較的比較器電路設計方法，具體涉及一種用于圖像傳感器列級模數轉換器的具有低失調電壓及寬比較范圍特點的比較器電路設計方法。

背景技術

近年來，CMOS圖像傳感器因其集成度高及低成本等特點被廣泛地應用到人們的生活中。而模數轉換器(Analog/Digital Converter，ADC)是CMOS圖像傳感器中的重要組成部分，實現像素輸出的模擬電壓信號與數字信號的轉換，它對CMOS圖像傳感器的性能有著至關重要的影響。

CMOS圖像傳感器中，依據ADC的應用可以分為像素級ADC、列級ADC以及芯片級ADC。其中，列級斜坡模數轉換器(RAMP ADC)因其在圖像傳感器速度、設計復雜度以及功耗等方面良好的平衡，已經成為目前CMOS圖像傳感器的主流ADC結構。

比較器電路是RAMP ADC中的一個重要組成部分。比較器的性能直接影響著RAMPADC的精度和功耗。比較器的兩個重要性能參數是失調電壓及比較器輸入電壓范圍。比較器失調電壓過大將直接導致RAMP ADC的精度下降。而在RAMP ADC中輸入模擬信號經過采樣后直接輸入到比較器中，如果輸入電壓過小，無法達到比較器輸入管的閾值電壓，比較器將不能正常工作，進一步導致RAMPADC產生錯誤的數字信號輸出。所以比較器的輸入電壓范圍對RAMP ADC的量化范圍有著至關重要的影響。已有文獻表明，目前RAMPADC中常用的比較器采用的具有失調校準結構比較器電路，盡管其降低了失調電壓，提高了比較器精度，然而存在比較范圍低的問題。此外，隨著集成電路規模的增大，元件顯著增多，因此傳統先初步計算再手動調節元件參數的方式不利于比較器電路中參數的有效調節，從而導致整體電路的性能不能達到最優。因此針對以上兩個問題，提出一種面向大規模圖像傳感器的高精度高量化范圍RAMPADC中的低失調寬范圍的比較器電路設計方法，具有重要的工程意義

發明內容

針對現有設計圖像傳感器RAMPADC過程中存在的問題，本發明提出了一種基于魚群算法的低失調寬范圍比較器電路設計方法。本發明首先對RAMP ADC中的比較器電路進行設計，電路結構包括前級電壓存儲結構、前置放大器及開環比較器。其中前級電壓存儲結構由電阻、電容、開關組成，可拓寬比較器輸入范圍，進而拓寬RAMP ADC量化范圍；前置放大器負載對管柵漏兩極之間分別接入兩個開關，柵源兩極之間分別接入兩個用于存儲失調電壓的容值相同的電容，用于校準失調電壓，進而增加RAMP ADC精度使比較器電路同時具有低失調電壓，高量化范圍的特點。進一步，為了避免了手動調節電路參數帶來的不便，采用基于人工魚群算法的群體智能優化算法對開環比較器參數進行優化，該算法對初值與參數選擇不敏感，魯棒性強。本發明的設計方法可有效降低比較器失調電壓，提高CMOS圖像傳感器列級RAMPADC的精度，進而提升CMOS圖像傳感器性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明提出一種基于魚群算法的低失調寬范圍的比較器電路的設計方法。本發明所設計的電路結構包括電壓存儲結構、帶有失調校準的前置放大器以及開環比較器結構。