一種用于圖像傳感器的模數轉換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于圖像傳感器的模數轉換器，主要包括像元模塊、相關雙采樣模塊、可變增益放大模塊、第一比較器、多路選擇器模塊、余量產生模塊、第二比較器以及數字合成等主要模塊。本發(fā)明一方面對傳統(tǒng)的單斜式模數轉換器進行了改進，另一方面對多斜式模數轉換器的斜坡數量進行了精簡，因此縮短了模數轉換器的時間消耗，減小了圖像傳感器讀出電路的面積，提高了讀出圖像信息的速度，加快了圖像傳感器的幀頻，以滿足更高場合的應用。此發(fā)明可以廣泛地應用于大面陣高幀頻的圖像傳感器產品中。
【專利說明】一種用于圖像傳感器的模數轉換器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器【技術領域】，具體涉及一種用于圖像傳感器的模數轉換器?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著現(xiàn)代計算機技術以及信息處理技術的發(fā)展，智能系統(tǒng)正在越來越多地幫助人類處理外界的各種復雜信息，這些信息包括自然界的聲、光、溫度、壓力以及氣味等等。人類通過五官接受獲取外界信息，其中人眼通過獲取圖像得到的信息量最大，據統(tǒng)計，人類獲取信息的75%是通過視覺器官得到的?；谝曈X圖像巨大的信息量，先進的圖像獲取技術也就成了現(xiàn)代智能系統(tǒng)的重要組成部分。
[0003]圖像傳感器是圖像獲取設備的核心，目前主流的固態(tài)圖像傳感器主要包括CXD和CMOS兩種圖像傳感器，CCD圖像傳感器由于其較高的填充因子和較低的固定模式噪聲已經得到廣泛的應用，但因其存在著多電壓，高功耗，低速度，不易于CMOS集成等缺點，限制了它的應用。CMOS圖像傳感器正是解決了 CCD存在的問題而得到了越來越多的關注，特別是近幾年來，隨著CMOS工藝的發(fā)展，系統(tǒng)集成度越來越高，對CMOS圖像傳感器的速度與幀頻也越來越苛刻，列讀出電路的速度是限制其速度與幀頻的主要因素之一，其中模數轉換器的轉換時間在列讀出電路中占據相當大的比例，因此有必要提高模數轉換器的速度，以滿足圖像傳感器對整體性能提升的需求。
[0004]如圖1所示傳統(tǒng)的單斜式模數轉換器，像元模塊將光信號轉換為電信號后，經過相關雙采樣和可變增益放大后實現(xiàn)對像元電信號的采樣和放大，其中的量化過程僅采用了一個比較器與一個單斜坡實現(xiàn)，因此如果采樣一個主時鐘周期比較一次，則對于P+Q位的量化精度，需要2P+Q個主時鐘周期，該轉換過程需要的時間在整個列讀出電路中所占比例較大，嚴重制約列讀出電路的速度，必然影響圖像傳感器的幀頻。
[0005]如圖2所示多斜坡模數轉換器，同樣像元模塊將光信號轉換為電信號后，經過相關雙采樣和可變增益放大后實現(xiàn)對像元電信號的采樣和放大，其中的量化過程分為兩個階段，第一階段，將圖像信號與粗分的臺階信號進行比較，該臺階信號消耗的時間為2P個主時鐘周期，從而實現(xiàn)高P位數據的轉換，同時該粗分比較的結果決定列比較器下一階段的斜坡信號范圍，可選的斜坡信號數量為2P個，幅度Vk/2p，時間消耗為2Q個主時鐘周期；第二階段比較器根據第一階段選取的斜坡區(qū)間對保持的圖像信號進行細分比較，實現(xiàn)低Q位的量化；最后通過數字合成實現(xiàn)P+Q位數字信號的完整輸出。該方案中兩個階段共需2P+1種斜坡，斜坡數量較多，互相之間的干擾加大，布線難度增大，且互相之間的銜接精度很難保證，因此在高性能圖像傳感器中的實現(xiàn)較為困難。
【發(fā)明內容】
[0006]針對當前圖像傳感器對大面陣、高幀頻與讀出速度的更高要求，本發(fā)明提出了一種用于圖像傳感器的模數轉換器。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現(xiàn)的:[0008]一種用于圖像傳感器的模數轉換器，包括:
[0009]像元模塊，將光信號轉換為電信號后輸送至相關雙采樣；
[0010]相關雙采樣模塊，采樣圖像信號并消除像素級固定模式噪聲，將所采集的信號輸出至可變增益放大模塊；
[0011]可變增益放大模塊，對圖像信號進行可配置增益的放大，輸出信號保持輸出送至第一比較器和余量產生模塊；
[0012]第一比較器，將可變增益放大模塊輸出信號與多路選擇器模塊發(fā)送來的信號進行多次比較，直到第一比較器輸出信號翻轉，并將所對應的數字信號發(fā)送給數字合成模塊；
[0013]多路選擇器模塊，在主時鐘的控制下依次向第一比較器輸出參考電壓信號，并將觸發(fā)第一比較器翻轉的電壓信號發(fā)送給余量產生模塊；
[0014]余量產生模塊，在第一比較器輸出信號翻轉后，將多路選擇器模塊發(fā)送的電壓信號與可變增益放大模塊發(fā)送來的信號做差，得到余量信號并將其發(fā)送給第二比較器；
[0015]第二比較器，將余量產生模塊的輸出信號與固定的斜坡信號進行比較，直到第二比較器輸出信號翻轉，并將對應的數字信號發(fā)送給數字合成模塊；
[0016]數字合成模塊，第一比較器的翻轉信號觸發(fā)數字合成模塊產生對應的高P位數字信號，第二比較器的翻轉信號觸發(fā)數字合成模塊產生相應的低Q位數字信號，數字合成模塊合成產生完整的P+Q位數字信號輸出。
[0017]所述的可變增益放大的信號通過第一比較器實現(xiàn)對模擬信號區(qū)間的第一次定位，同時經余量產生模塊使得所有的余量均處于同樣的范圍，再通過第二比較器繼續(xù)進行比較，最后通過數字合成模塊將第一比較器與第二比較器的結果合成為轉換后的數字信號。
[0018]所述的可變增益放大模塊輸出的信號通過第一比較器進行2P_1次比較，其中P為數字信號高P位的寬度，且比較的參考電壓在主時鐘的切換下依次選通
【權利要求】
1.一種用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，包括: 像元模塊，將光信號轉換為電信號后輸送至相關雙采樣； 相關雙采樣模塊，采樣圖像信號并消除像素級固定模式噪聲，將所采集的信號輸出至可變增益放大模塊； 可變增益放大模塊，對圖像信號進行可配置增益的放大，輸出信號保持輸出送至第一比較器和余量產生模塊； 第一比較器，將可變增益放大模塊輸出信號與多路選擇器模塊發(fā)送來的信號進行多次比較，直到第一比較器輸出信號翻轉，并將所對應的數字信號發(fā)送給數字合成模塊； 多路選擇器模塊，在主時鐘的控制下依次向第一比較器輸出參考電壓信號，并將觸發(fā)第一比較器翻轉的電壓信號發(fā)送給余量產生模塊； 余量產生模塊，在第一比較器輸出信號翻轉后，將多路選擇器模塊發(fā)送的電壓信號與可變增益放大模塊發(fā)送來的信號做差，得到余量信號并將其發(fā)送給第二比較器； 第二比較器，將余量產生模塊的輸出信號與固定的斜坡信號進行比較，直到第二比較器輸出信號翻轉，并將對應的數字信號發(fā)送給數字合成模塊； 數字合成模塊，第一比較器的翻轉信號觸發(fā)數字合成模塊產生對應的高P位數字信號，第二比較器的翻轉信號觸發(fā)數字合成模塊產生相應的低Q位數字信號，數字合成模塊合成產生完整的P+Q位數字信號輸出。
2.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，所述的可變增益放大的信號通過第一比較器實現(xiàn)對模擬信號區(qū)間的第一次定位，同時經余量產生模塊使得所有的余量均處于同樣的范圍，再通過第二比較器繼續(xù)進行比較，最后通過數字合成模塊將第一比較器與第二比較器的結果合成為轉換后的數字信號。
3.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，所述的可變增益放大模塊輸出的信號通過第一比較器進行2P-1次比較，其中P為數字信號高P位的寬度，且比較的參考電壓在王時鐘的切換下依次選通
4.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，余量產生模塊的輸出信號在
5.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，所述的第一比較器在進行比較時，多路選擇器發(fā)送來的信號首先與O做比較，如果比較器未翻轉，則繼續(xù)比較，直到第i列在多路選擇器輸出為nVK/2p翻轉，此時的翻轉信號會觸發(fā)余量產生模塊進行減法運算，將nVK/2p與可變增益放大模塊發(fā)送的需要量化的信號進行做差計算，得到余量信號；同時，第一比較器的翻轉點會觸發(fā)數字合成模塊產生對應的高P位數字信號。
6.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，所述的第二比較器在進行比較時，所有余量產生模塊的輸出信號與固定的斜坡信號0-VK/2p進行比較，步長為VK/(2Q2P)，直到第二比較器翻轉；第二比較器的翻轉信號將觸發(fā)數字合成模塊產生相應的低Q位數字信號。
7.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，第一比較器在翻轉后處于閑置狀態(tài)，則將處于閑置狀態(tài)的第一比較器在此階段復用。
8.如權利要求1所述的用于圖像傳感器的模數轉換器，其特征在于，第一比較器在翻轉后處于閑置狀態(tài)，則將第一比較器與第二比較器的處理過程實現(xiàn)流水線輸出，提高列讀出電路的速度 。
【文檔編號】H04N5/378GK103618860SQ201310539493
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】郭仲杰, 吳龍勝, 汪西虎, 韓本光, 李娜 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所