[發明專利]單斜模數轉換器及圖像傳感器

有效

• 申請號: 202210049729.2
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114374806B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 劉冬生;梁英翔;李豪;聶正;牛廣達;唐江
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04N25/617
• 分類號: H04N25/617;H04N25/772
• 代理公司: 深圳市溫斯頓專利代理事務所(普通合伙) 44686
• 代理人: 徐員蘭

本發明實施例公開了一種單斜模數轉換器及圖像傳感器，具有模數轉換效率高和精度高的特點。該單斜模數轉換器包括粗斜坡發生器、細斜坡發生器、全差分比較器、邏輯控制電路和計數模塊；粗斜坡發生器的差分輸出端分別經由第一和第二電容耦合至全差分比較器的差分輸入端；細斜坡發生器的差分輸出端分別經由第三和第四電容耦合至全差分比較器的差分輸入端；單斜模數轉換器的差分輸入端經由開關耦合至全差分比較器的差分輸入端；全差分比較器的差分輸出端、邏輯控制電路和計數模塊串聯且邏輯控制電路用于控制單斜模數轉換器依次工作于采樣階段、粗量化階段和細量化階段，以及在粗量化階段和細量化階段開啟計數模塊以對粗量化結果和細量化結果進行計數。

技術領域

本發明涉及電路設計領域，尤其涉及一種單斜模數轉換器及圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器一般是用來將外界的光信號轉換為電信號的裝置，其工作原理一般為：外界光照射圖像傳感器中的像素陣列后，發生光電效應，產生電信號；產生的電信號經由模擬信號處理和模數轉換等處理之后，轉換成數字圖像信號輸出。常見的圖像傳感器包括：CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器。

在圖像傳感器中，用于實現模擬信號至數字信號轉換的ADC(Analog?to?DigitalConverter，模數轉換器或A/D轉換器)是關鍵部件之一，其性能高低直接影響圖像傳感器的性能高低。在現有技術中，圖像傳感器中常用的ADC包括：單斜(Sing-Slop)模數轉換器(SSADC)，此種結構的優點是結構簡單，缺點是轉換速率低和精度低。另外，現有技術也提出了帶保持電容的兩步式單斜模數轉換器，此種結構，將模數轉換分為粗量化和細量化兩步操作，并且利用保持電容來存儲粗量化的比較結果，從而提高轉換速率。但是，此種結構仍然存在精度低的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種單斜模數轉換器及圖像傳感器，其同時具有高轉換速率和高精度的特點。

為了實現上述發明目的，本發明實施例提供了一種單斜模數轉換器，包括：粗斜坡發生器、細斜坡發生器、全差分比較器、邏輯控制電路和計數模塊；其中，所述粗斜坡發生器的差分輸出端分別經由第一電容和第二電容耦合至所述全差分比較器的差分輸入端；所述細斜坡發生器的差分輸出端分別經由第三電容和第四電容耦合至所述全差分比較器的差分輸入端；所述單斜模數轉換器的差分輸入端，用于接收差分模擬輸入信號，并經由開關電路耦合至所述全差分比較器的差分輸入端；所述全差分比較器的差分輸出端、所述邏輯控制電路和所述計數模塊串聯，且所述邏輯控制電路用于控制所述單斜模數轉換器依次工作于采樣階段、粗量化階段和細量化階段，以及在所述粗量化階段和細量化階段開啟所述計數模塊以對所述粗量化結果和細量化結果進行計數，以生成最終的模數轉換結果。

其中，所述第一至第四電容的電容值相等。

其中，所述粗斜坡發生器的同相和反相輸出端分別通過所述第一和第二電容耦合至所述全差分比較器的同相和反相輸入端，且所述細斜坡發生器的同相和反相輸出端分別通過所述第三和第四電容耦合至所述全差分比較器的反相和同相輸入端。

其中，所述單斜模數轉換器的同相和反相輸入端分別經由所述開關電路的第一和第二開關耦合至所述全差分比較器的反相和同相輸入端。

其中，在所述粗量化階段，所述邏輯控制電路開啟所述粗斜坡發生器，且所述邏輯控制電路在檢測到所述全差分比較器的同相輸出端由低電平跳變為高電平時，控制所述粗量化階段結束。

其中，在所述細量化階段，所述邏輯控制電路開啟所述細斜坡發生器，且所述邏輯控制電路在檢測到所述全差分比較器的反相輸出端由低電平跳變為高電平時，控制所述細量化階段結束。

其中，在所述采樣階段，所述開關電路將所述單斜模數轉換器的差分輸入端連接至所述全差分比較器的差分輸入端，以將所述單斜模數轉換器的差分輸入端上的差分模擬輸入信號采樣并保存至所述第一至第四電容。