[發(fā)明專利]擴(kuò)展計(jì)數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011608524.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112787672A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王欣洋;劉洋;李揚(yáng);馬成;李靖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長春長光辰芯光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H03M3/00
• 分類號(hào): H03M3/00
• 代理公司: 長春中科長光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發(fā)明提供一種擴(kuò)展計(jì)數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：ΣΔ?ADC和SS?ADC，將電路分為粗量化與細(xì)量化兩個(gè)量化階段；其中，在粗量化階段，由ΔΣ?ADC對(duì)高位數(shù)字碼進(jìn)行量化，在低量化階段，由SS?ADC對(duì)低位數(shù)字碼進(jìn)行量化，通過兩個(gè)量化階段來降低量化時(shí)間，通過在ΔΣ?ADC和SS?ADC之間共享一個(gè)比較器來降低功耗。此外，本發(fā)明所提出的EC?ADC通過根據(jù)采樣電容器和反饋電容器之間的電容失配來調(diào)整低位轉(zhuǎn)換階段中斜坡信號(hào)的斜率，從而無需校準(zhǔn)即可改善ADC線性度，降低電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子學(xué)的模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于CMOS圖像傳感器中列級(jí)12bit擴(kuò)展計(jì)數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)便攜式數(shù)碼電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛。CMOS圖像傳感器(CMOS Image Sensor，CIS)因其集成度高及低成本等特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用到人們的生活中。傳統(tǒng)CIS結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常包括像素，相關(guān)雙采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一些數(shù)字處理模塊，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器是CMOS圖像傳感器中的重要組成部分，它對(duì)CMOS圖像傳感器的性能有著至關(guān)重要的影響。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog/Digital converter，ADC)可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，是連接模擬世界與數(shù)字世界的橋梁。CMOS圖像傳感器中，對(duì)ADC的應(yīng)用可以分為像素級(jí)ADC、列級(jí)ADC以及芯片級(jí)ADC。其中，列級(jí)斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器(RAMP-ADC)因其在圖像傳感器速度、設(shè)計(jì)復(fù)雜度以及功耗等方面良好的平衡，已經(jīng)成為目前CMOS圖像傳感器的主流ADC結(jié)構(gòu)。

單斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Single slope-ADC，SS-ADC)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)，常用于列級(jí)ADC。但是SS-ADC因其獨(dú)特工作原理，具有速度慢、功耗高的缺點(diǎn)。常用的解決方法是將將量化過程分為多步量化，可以大幅度縮減量化時(shí)間，降低功耗。但是，這種結(jié)構(gòu)也有缺點(diǎn)，在粗量化與細(xì)量化的轉(zhuǎn)換期間，需要將粗量化結(jié)果保存下來，常采用電容對(duì)電壓進(jìn)行采樣，采樣電容的存在將會(huì)為整體ADC電路引入較大的誤差。若要降低電路誤差，確保ADC的高精度，通常需要加入數(shù)字校準(zhǔn)電路來進(jìn)行校準(zhǔn)，這又增加了電路的設(shè)計(jì)難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決在SS-ADC中采用采樣電容會(huì)降低電路誤差，而在采用采樣電容基礎(chǔ)上引入數(shù)字校準(zhǔn)電路會(huì)增加電路設(shè)計(jì)難度的問題，提供一種擴(kuò)展計(jì)數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化速度，同時(shí)，無需對(duì)電路進(jìn)行校準(zhǔn)即可確保模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度，降低電路的復(fù)雜程度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的擴(kuò)展計(jì)數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：第一開關(guān)至第八開關(guān)、第一電容、第二電容、放大器、比較器、高位計(jì)數(shù)器、低位計(jì)數(shù)器和數(shù)字信號(hào)處理電路；其中，

第二電容容值是第一電容容值的二倍，在第一電容與第二電容的兩端分別并聯(lián)有寄生電容，用于引起第一電容與第二電容之間電容失配；

第一開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)與第七開關(guān)的第一端子共同接入第一電容的下極板，第一開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)與第七開關(guān)的第二端子分別與模擬輸入電壓V_IN、地線、輸入正參考電壓V_REF+及輸入負(fù)參考電壓V_REF-連接；

第二開關(guān)與第三開關(guān)的第一端子共同接入第一電容的上極板，第二開關(guān)與第三開關(guān)的第二端子分別與地線及放大器的負(fù)相輸入端連接，放大器的正相輸入端與地線連接；