用于多模数转换的方法与流程

专利2022-05-10  3



1.本发明涉及一种模数转换器(analog

to

digital convertor,adc),具体涉及多转换adc。更详细地,本发明涉及具有多转换功能的单斜率adc(single

slope adc,ss adc)。本发明还涉及用于生成静态图像(静止图像)或运动图像(视频图像)等数字图像的图像传感器。此外,本发明涉及包括图像传感器的装置,例如移动设备、数码相机等等。


背景技术:

2.数字照相机、数码摄像机和具备摄像机功能的设备(例如,手机、智能手机、无线通信终端、平板设备、个人计算机等)都包括互补金属氧化物半导体(complementary metal

oxide

semiconductor,cmos)或电荷耦合器(charge coupled device,ccd)类型等的图像传感器。
3.图像传感器包括多个像素单元和多个adc,像素单元输出与入射光强度相对应的信号电平的模拟信号,adc用于将从像素单元输出的那些模拟信号转换为数字信号。
4.单斜率adc(single slope adc,ss adc)为adc的一种类型。ss adc使比较器将具有斜坡波形(斜坡参考信号)的参考信号与像素单元输出的模拟信号进行比较,并根据比较器的输出来输出数字信号。ss adc可以降低量化和输入噪声等时间噪声,并具有功耗低和硅面积小的优点。
5.关于ss adc,第8,816,893号美国专利的说明书提出了一种具有多转换功能(多转换adc)的ss adc。多转换adc多次执行模拟信号到数字信号的转换,并在斜坡参考信号的每个周期内输出转换结果的平均值。平均转换结果降低了量化噪声以及模拟信号和斜坡参考信号中的噪声。
6.下面参考图6和图7进一步描述多转换adc(adc 90)。图6为相关技术提供的描述ad转换器的示意性电路图。图7为相关技术提供的描述斜坡参考信号的修改的时序图。
7.如图6所示,在adc 90中,模拟信号通过电容器c0输入到比较器的负(

)输入端。斜坡参考信号通过电容器c1和c2输入到比较器的正( )输入端。斜坡参考信号的信号电平通过开关sw1的开/关切换进行重置。在图6中,重置之后的斜坡参考信号表示为“修改的斜坡参考信号”。
8.开关sw1的开/关切换由控制电路输出的斜坡控制信号控制。控制电路根据比较器的输出执行开关sw1的开/关切换。例如,当重置斜坡参考信号等于或小于输入像素信号时,控制电路响应于从比较器输出的hi电平信号执行开/关切换。
9.例如,如图7所示,斜坡参考信号的信号电平在大信号采样(large signal sampling)部分被重置一次,其波形被修改为包括两个齿波的波形。在该部分中,执行一次ad转换。在小信号采样(small signal sampling)部分,斜坡参考信号的信号电平被重置5次,其波形被修改为包括6个齿波的波形。在该部分中,执行了6次ad转换。
10.转换计数器根据比较器的输出计算斜坡参考信号的每个周期内的ad转换次数。当比较器的输出端处于hi电平时,求和计数器计算主时钟的脉冲数。算术运算符将求和计数
器执行的计数结果除以转换计数器的计数结果,以计算平均值。这种平均方式降低了量化噪声和输入噪声。图像传感器包括多个adc,每个adc具有与adc 90相同的结构,这些adc通过公共斜坡参考线彼此电连接,用于传输斜坡参考信号。
11.在上述adc 90中,开关sw1的开/关切换生成瞬时电流,使得切换噪声电压可以由于其寄生电阻而出现在公共斜坡参考线中。切换噪声电压导致斜坡参考信号波形的干扰,而干扰导致其它比较器输出错误的比较结果。此外,比较器输出中的错误在数字信号中产生噪声(切换噪声)。斜坡参考信号波形的干扰通过公共斜坡参考线传播到其它adc。因此,通过公共参考线传播的切换噪声(即,串扰噪声)导致最终从图像传感器输出的数字图像的质量降低。


技术实现要素:

12.实施例提供了一种ad转换器、一种图像传感器、一种移动设备或数码相机等装置、一种将模拟信号转换为数字信号的方法和一种生成数字图像的方法。例如,所述移动设备可以是手机、智能手机、无线通信终端、平板设备、个人计算机等等,可以捕获图像和/或视频。
13.为实现上述目的,实施例采用如下技术方案:
14.一个实施例的第一方面提供了一种进行多模数转换的方法。根据第一方面所述的方法包括:
15.多个模数转换器(analog

to

digital converter,adc)中的一个adc从斜坡发生器接收斜坡参考信号;
16.所述adc中的控制电路根据所述接收到的斜坡参考信号生成本地斜坡信号;
17.所述adc中的比较器将输入到所述adc的模拟信号与所述本地斜坡信号进行比较;
18.所述adc根据所述比较器的输出生成数字信号,
19.其中,所述本地斜坡信号是通过根据所述比较器的所述输出将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平来生成的,
20.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,从所述斜坡发生器输出的所述斜坡参考信号的所述信号电平保持不变,所述adc生成数字信号的过程被暂停。
21.根据所述第一方面,在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述adc生成数字信号的过程被暂停,使得能够避免由所述多个adc中的至少一个adc中进行重置引起的噪声对所述数字信号造成干扰。
22.具体地,即使在某个adc中产生的噪声通过所述公共斜坡参考线传播到其它adc,由所述噪声引起的干扰也不会发生在这些adc中的任何一个中的数字信号上,从而也可以避免串扰噪声对所述数字信号造成干扰。在生成所述数字信号的过程被暂停的周期内,不执行ad转换,使得能够减少ad转换次数,从而降低adc的功耗。此外,所述多ad转换还可以减少量化噪声和输入噪声等时间噪声。
23.根据所述第一方面,在所述方法的第一种可能实现方式中,所述生成数字信号包括:
24.计算所述斜坡参考信号的每个周期内的转换次数;
25.当所述比较器的所述输出处于预定电平时,计算主时钟的脉冲数;
26.根据所述计算到的转换次数和所述计算到的主时钟的脉冲数生成所述数字信号,
27.其中,所述计算转换次数和所述计算主时钟的脉冲数在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内被暂停。
28.根据所述第一方面的所述第一种可能实现方式,在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述计算所述斜坡参考信号的每个周期内的转换次数和所述计算主时钟的脉冲数被暂停。这使得能够避免由于所述接收到的斜坡参考信号的重置而产生的噪声对计数结果的影响,使得即使噪声导致所述比较器输出错误的比较结果,也可以避免所述噪声对所述数字信号造成干扰。此外,所述计数过程在所述计算转换次数和所述计算主时钟的脉冲数被暂停的周期内停止,以便可以降低处理负载,从而降低adc的功耗。
29.根据所述第一方面或所述第一方面的第一种可能实现方式,在所述方法的第二种可能的实现方式中,所述方法还包括:
30.所述adc接收周期比所述斜坡参考信号的周期短的脉冲串,以重置所述接收到的斜坡参考信号的所述信号电平,其中,所述脉冲串中的每个脉冲的宽度对应于所述重置之后的所述预定周期,
31.所述将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平是在所述脉冲串中的脉冲的上升沿执行的。
32.根据所述第一方面的所述第二种可能实现方式,通过根据周期比所述斜坡参考信号周期短的脉冲串重置所述接收到的斜坡参考信号的所述信号电平,在所述斜坡参考信号的每个周期内执行多次ad转换。此外,所述脉冲串中每个脉冲的宽度对应于所述重置之后的所述预定周期,所述接收到的斜坡参考信号的所述信号电平在所述脉冲串中所述脉冲的上升沿处被重置为所述预定初始电平,使得通过使用所述脉冲串能够避免所述噪声对所述数字信号造成干扰。特别是,向每个adc提供脉冲串允许每个adc轻松实现上述控制。
33.根据所述第一方面或所述第一方面的所述第一种可能实现方式或所述第一方面的所述第二可能实现方式,在所述方法的第三种可能实现方式中,
34.所述将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平是通过开关电路的切换执行的,
35.所述重置之后的所述预定周期被设置为比由所述开关电路的切换产生的瞬态现象的建立时间长的周期。
36.根据所述第一方面的所述第三种可能实现方式,所述重置之后的所述预定周期被设置为比由开关电路切换产生的瞬时现象的建立时间长的周期,使得能够避免由开关电路的切换引起的切换噪声对所述数字信号造成干扰。
37.根据所述第一方面或所述第一方面的第二种可能实现方式,在所述方法的第四种可能实现方式中,所述脉冲串的设置方式是,主时钟的每n个脉冲(n≥2)出现所述脉冲串中的一个脉冲。例如,当ad转换的分辨率为10位时,n被设置为16、32或64。
38.根据所述第一方面的所述第四种可能实现方式,脉冲串中的各个脉冲根据所述主时钟的脉冲以等间隔定义,使得所述脉冲串可以很轻易地根据ad转换的分辨率和在所述斜坡参考信号的每个周期内可以执行的ad转换的最大次数来设置。
39.根据所述第一方面或所述第一方面的第二种可能实现方式或第四种可能实现方式,在所述方法的第五种可能实现方式中,所述斜坡参考信号是根据在所述脉冲串的lo电平持续时间内从主时钟提取的脉冲集生成的。
40.根据所述第一方面的所述第五种可能实现方式,每个adc可以轻易地执行控制,以在生成所述数字信号的过程被暂停的周期内根据所述脉冲串停止对所述斜坡参考信号进行斜坡下降。
41.一个实施例的第二方面提供了一种多模数转换电路。根据第二方面所述的电路,包括:
42.斜坡发生器,用于生成斜坡参考信号;
43.多个模数转换器(analog

to

digital converter,adc),用于从所述斜坡发生器接收所述斜坡参考信号,其中,所述多个adc中的一个adc包括:
44.控制器,用于从所述斜坡发生器接收所述斜坡参考信号,并根据所述接收到的斜坡参考信号生成本地斜坡信号;
45.比较器,用于将输入到所述adc的模拟信号与所述本地斜坡信号进行比较,
46.其中,
47.所述控制器生成数字信号,其中,所述数字信号根据所述比较器的所述输出将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平,
48.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述斜坡发生器使所述斜坡参考信号的所述信号电平保持恒定不变,
49.所述adc根据所述比较器的所述输出生成数字信号,并在所述重置之后的所述预定周期内暂停生成数字信号的过程。
50.根据所述第二方面,
51.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述adc生成数字信号的过程被暂停,使得能够避免由所述多个adc中的至少一个adc中进行重置引起的噪声对所述数字信号造成干扰。
52.具体地,即使在某个adc中产生的噪声通过所述公共斜坡参考线传播到其它adc,由所述噪声引起的干扰也不会发生在这些adc中的任何一个中的数字信号上,从而也可以避免串扰噪声对所述数字信号造成干扰。在生成所述数字信号的过程被暂停的周期内,不执行ad转换,使得能够减少ad转换次数,从而降低adc的功耗。此外,所述多ad转换还可以减少量化噪声和输入噪声等时间噪声。
53.根据所述第二方面,在所述电路的第一种可能实现方式中,
54.所述adc执行以下操作:
55.计算所述斜坡参考信号的每个周期内的转换次数;
56.当所述比较器的所述输出处于预定电平时,计算主时钟的脉冲数;
57.根据所述计算到的转换次数和所述计算到的主时钟的脉冲数生成所述数字信号,
58.其中,所述计算转换次数和所述计算主时钟的脉冲数在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内被暂停。
59.根据所述第二方面的所述第一种可能的实现方式,
60.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述计算所述斜
坡参考信号的每个周期的转换次数以及所述计算所述主时钟的脉冲数被暂停。这使得能够避免由于所述接收到的斜坡参考信号的重置而产生的噪声对计数结果的影响,使得即使噪声导致所述比较器输出错误的比较结果,也可以避免所述噪声对所述数字信号造成干扰。此外,所述计数过程在所述计算转换次数和所述计算主时钟的脉冲数被暂停的周期内停止,以便可以降低处理负载,从而降低adc的功耗。
61.根据所述第二方面或所述第二方面的第一种可能实现方式,在所述电路的第二种可能实现方式中,
62.所述adc还接收周期比所述斜坡参考信号的周期短的脉冲串,以重置所述接收到的斜坡参考信号的所述信号电平,其中,所述脉冲串中的每个脉冲的宽度对应于所述重置之后的所述预定周期,
63.所述将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平是在所述脉冲串中的脉冲的上升沿执行的。
64.根据所述第二方面的所述第二种可能实现方式,通过根据周期比所述斜坡参考信号周期短的脉冲串重置所述接收到的斜坡参考信号的所述信号电平,在所述斜坡参考信号的每个周期内执行多次ad转换。此外,所述脉冲串中每个脉冲的宽度对应于所述重置之后的所述预定周期,所述接收到的斜坡参考信号的所述信号电平在所述脉冲串中所述脉冲的上升沿处被重置为所述预定初始电平,使得通过使用所述脉冲串能够避免所述噪声对所述数字信号造成干扰。特别是,向每个adc提供脉冲串允许每个adc轻松实现上述控制。
65.根据所述第二方面或所述第二方面的所述第一种可能实现方式或所述第二方面的所述第二可能实现方式,在所述电路的第三种可能实现方式中,
66.所述控制器通过开关电路的切换将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平,
67.所述重置之后的所述预定周期被设置为比由所述开关电路的切换产生的瞬态现象的建立时间长的周期。
68.根据所述第二方面的所述第三种可能实现方式,所述重置之后的所述预定周期被设置为比由开关电路切换产生的瞬时现象的建立时间长的周期,使得能够避免由开关电路的切换引起的切换噪声对所述数字信号造成干扰。
69.根据所述第二方面或所述第二方面的第二种可能实现方式,在所述电路的第四种可能实现方式中,所述脉冲串的设置方式是,主时钟的每n个脉冲(n≥2)出现所述脉冲串中的一个脉冲。例如,当ad转换的分辨率为10位时,n被设置为16、32或64。
70.根据所述第二方面的所述第四种可能实现方式,脉冲串中的各个脉冲根据所述主时钟的脉冲以等间隔定义,使得所述脉冲串可以很轻易地根据ad转换的分辨率和在所述斜坡参考信号的每个周期内可以执行的ad转换的最大次数来设置。
71.根据所述第二方面或所述第二方面的第二种可能实现方式或第四种可能实现方式,在所述方法的第五种可能实现方式中,所述斜坡发生器根据在所述脉冲串的lo电平持续时间内从主时钟提取的脉冲集,生成所述斜坡参考信号。
72.根据所述第二方面的所述第五种可能实现方式,每个adc可以轻易地执行控制,以在生成所述数字信号的过程被暂停的周期内根据所述脉冲串停止对所述斜坡参考信号进行斜坡下降。
73.实施例的第三方面提供了一种图像传感器。根据第三方面所述的图像传感器,包括:
74.多个像素单元,用于通过光电转换生成与接收光量对应的电平的模拟信号;
75.多模数转换电路,用于接收从所述多个像素单元中的至少一个像素单元输出的所述模拟信号作为模拟信号,
76.所述电路包括:斜坡发生器,用于生成斜坡参考信号,以及多个模数转换器(analog

to

digital converter,adc),用于从所述斜坡发生器接收所述斜坡参考信号,其中,所述多个adc中的一个adc包括:
77.控制器,用于从所述斜坡发生器接收所述斜坡参考信号,并根据所述接收到的斜坡参考信号生成本地斜坡信号;
78.比较器,用于将输入到所述adc的模拟信号与所述本地斜坡信号进行比较,
79.其中,
80.所述控制器通过根据所述比较器的输出将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平,生成数字信号,
81.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述斜坡发生器使所述斜坡参考信号的所述信号电平保持恒定不变,
82.所述adc根据所述比较器的所述输出生成数字信号,并在所述重置之后的所述预定周期内暂停生成数字信号的过程。
83.根据所述第三方面,
84.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述adc生成数字信号的过程被暂停,使得能够避免由所述多个adc中的至少一个adc中进行重置引起的噪声对所述数字信号造成干扰。结果,从所述图像传感器输出的所述数字信号的噪声降低,从而提高了输出图像的质量。
85.具体地,即使在某个adc中产生的噪声通过所述公共斜坡参考线传播到其它adc,由所述噪声引起的干扰也不会发生在这些adc中的任何一个中的数字信号上,从而也可以避免串扰噪声对所述数字信号造成干扰。虽然串扰噪声的产生可以降低从所述图像传感器输出的图像的整体质量,但上述配置的应用避免了串扰噪声,这可以显著提高从具备大量像素的图像传感器输出的图像的整体质量。
86.在生成所述数字信号的过程被暂停的周期内,不执行ad转换,使得能够减少ad转换次数,从而降低adc的功耗。此外,所述多ad转换可以降低量化噪声和输入噪声等时间噪声,有助于进一步改善输出图像的质量。
87.根据所述第三方面,在所述图像传感器的第一种可能实现方式中,所述图像传感器可以包括根据所述第二方面的第一至第五种可能实现方式中任一种所述的电路。
88.实施例的第四方面提供了一种具有摄像机功能的装置。根据所述第四方面的装置优选地可以是数码相机或移动设备,所述装置可以捕获数字图像,例如静态图像(静止图像)或运动图像(视频图像)。例如,所述移动设备可以是手机、智能手机、无线通信终端、平板设备、个人计算机等等,可以捕获图像和/或视频。
89.根据第四方面所述的装置,包括:
90.图像传感器,包括:多个像素单元,用于通过光电转换产生与接收光量对应的电平
的模拟信号;多模数转换电路,用于接收从所述多个像素单元中的至少一个模拟单元输出的所述模拟信号作为模拟信号,
91.所述电路包括:斜坡发生器,用于生成斜坡参考信号,以及多个模数转换器(analog

to

digital converter,adc),用于从所述斜坡发生器接收所述斜坡参考信号,其中,所述多个adc中的一个adc包括:
92.控制器,用于从所述斜坡发生器接收所述斜坡参考信号,并根据所述接收到的斜坡参考信号生成本地斜坡信号;
93.比较器,用于将输入到所述adc的模拟信号与所述本地斜坡信号进行比较,
94.其中,
95.所述控制器通过根据所述比较器的输出将所述接收到的斜坡参考信号的信号电平重置为预定初始电平,生成数字信号,
96.在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述斜坡发生器使所述斜坡参考信号的所述信号电平保持恒定不变,
97.所述adc根据所述比较器的所述输出生成数字信号,并在所述重置之后的所述预定周期内暂停生成数字信号的过程。
98.根据所述第四方面,在所述多个adc中的至少一个adc中进行重置之后的预定周期内,所述adc生成数字信号的过程被暂停,使得能够避免由所述多个adc中的至少一个adc中进行重置引起的噪声对所述数字信号造成干扰。结果,从所述图像传感器输出的所述数字信号的噪声降低,从而提高了输出图像的质量。
99.具体地,即使在某个adc中产生的噪声通过所述公共斜坡参考线传播到其它adc,由所述噪声引起的干扰也不会发生在这些adc中的任何一个中的数字信号上,从而也可以避免串扰噪声对所述数字信号造成干扰。虽然串扰噪声的产生可以降低从所述图像传感器输出的图像的整体质量,但上述配置的应用避免了串扰噪声,这可以显著提高从具备大量像素单元的图像传感器输出的图像的整体质量。
100.在生成所述数字信号的过程被暂停的周期内,不执行ad转换,使得能够减少ad转换次数,从而降低adc的功耗。功耗的降低延长了数码相机或移动设备等小型设备中基于电池的操作时间,有助于提高可用性。此外,所述多ad转换可以降低量化噪声和输入噪声等时间噪声,有助于进一步改善输出图像的质量。
101.根据所述第四方面,在所述装置的第一种可能实现方式中,所述装置中的所述图像传感器可以包括根据所述第二方面的第一至第五种可能实现方式中任一种所述的电路。
附图说明
102.图1为本发明实施例提供的描述装置的示意性框图。
103.图2为本发明实施例提供的描述图像传感器的示意图。
104.图3为本发明实施例提供的描述多ad转换电路的示意性电路图。
105.图4为本发明实施例提供的描述多ad转换电路中的控制器的示意性电路图。
106.图5为本发明实施例提供的描述读出电路中的信号和时钟的时序图。
107.图6为相关技术提供的描述ad转换器的示意性电路图。
108.图7为相关技术提供的描述斜坡参考信号的修改的时序图。
具体实施方式
109.下面将结合附图对实施例的技术方案进行说明。可以理解的是,下面描述的实施例不是所有实施例,仅仅是与本发明相关的一些实施例。需要说明的是,本领域技术人员在不付出创造性劳动性的前提下,可以根据下面描述的实施例获得的其他实施例在本发明保护范围内。
110.参考图1,下面将描述具备摄像机功能的装置10。图1为本发明实施例提供的描述装置的示意性框图。
111.例如,装置10可以是移动设备、数码相机等等。例如,所述移动设备可以是手机、智能手机、无线通信终端、平板设备、个人计算机等等,可以捕获图像和/或视频。
112.如图1所示,装置10包括镜头10a、图像传感器10b、处理电路10c和存储器10d。在下文中,镜头10a和图像传感器10b的组合可以称为“成像单元”。装置10可以具备多个成像单元。
113.镜头10a是将入射光引导到图像传感器10b的光学系统。图像传感器10b通过光电转换将经由镜头10a输入的光转换为电信号(模拟信号)。图像传感器10b还将模拟信号转换为数字信号。从图像传感器10b输出的数字信号输入到处理电路10c。
114.处理电路10c处理从图像传感器10b输出的数字信号以生成图像数据,并将生成的图像数据存储到存储器10d中。例如,处理电路10c根据由联合摄影专家组(joint photographic experts group,jpeg)等标准化组进行标准化的压缩/编码方法来压缩/编码数字信号,并从数字信号中生成图像数据。处理电路10c可以将数字信号作为原始(raw)数据存储到存储器10d中。
115.接下来,将参考图2进一步描述图像传感器10b。图2为本发明实施例提供的描述图像传感器的示意图。
116.如图2所示,图像传感器10b包括控制电路11、像素阵列12和多ad转换电路13。
117.为了简化说明,像素阵列12的形状在图2中是规则的,但在其它实施例中,像素阵列12可以具有规则或不规则的布置,并且包括更多或更少的像素、行和列。此外,像素阵列12可以包括设计用于捕获光谱的可见部分中的图像的红色、绿色和蓝色像素,或者可以包括用于捕获光谱的红外或紫外线等不可见部分中的图像的像素。
118.为了简化说明,图2仅示出了两列12a和12b,每列包括4个像素单元。然而,实际的图像传感器可以包括数百到数千列,每列可能包括数百到数千个像素。
119.像素阵列12中的每个像素单元输出具有与接收光的强度相对应的信号电平的模拟信号。从每个像素单元输出的模拟信号输入到多ad转换电路13。多ad转换电路13包括多个用于将模拟信号转换为数字信号的adc。例如,从与每个adc对应的一列中的多个像素单元输出的模拟信号输入到每个adc。控制电路11控制上述操作。
120.例如,从列12a中的各个像素单元输出的模拟信号(第一像素信号)输入到多ad转换电路13中的adc 13a。从列12b中的各个像素单元输出的模拟信号(第二像素信号)输入到多ad转换电路13中的adc 13b。
121.adc 13a对第一像素信号执行ad转换以生成第一数字信号。从adc 13a输出的第一数字信号输入到处理电路10c。adc 13b对第二像素信号执行ad转换以生成第二数字信号。从adc 13b输出的第二数字信号输入到处理电路10c。
122.接下来,将参考图2进一步描述多ad转换电路13。图3为本发明实施例提供的描述多ad转换电路的示意性电路图。
123.如图3所示,多ad转换电路13包括斜坡发生器13c、and电路13d、adc 13a、adc13b等元件。虽然多ad转换电路13实际上包括三个或三个意思adc,但为了描述,图3中仅示出了adc 13a和13b。多ad转换电路13还可以包括用于提供主时钟的元件和用于提供稍后描述的控制时钟的元件。
124.adc 13a包括控制器131、比较器132、dff(d

触发器)电路133、nor电路134、and电路135和136、转换计数器137、计数器138和平均计算器139。
125.adc 13b包括控制器141、比较器142、dff电路143、nor电路144、and电路145和146、转换计数器147、计数器148和平均计算器149。包括在多ad转换电路13中的其它adc具有相同的电路配置。
126.主时钟输入到and电路13d、136、136、146等。and电路13d的输出(门控时钟(gated clock)b)输入到斜坡发生器13c。斜坡发生器13c生成与门控时钟b同步的斜坡参考信号。从斜坡发生器13c输出的斜坡参考信号输入到控制器131和141的in端子。控制器131和141根据斜坡参考信号生成本地斜坡信号。
127.参考图4,将描述控制器131的具体电路配置。图4为本发明实施例提供的描述多ad转换电路中的控制器的示意性电路图。
128.如图4所示,控制器131包括in端子、out端子、开关sw1和电容器c1。在下文中,为了描述,开关sw1可以称为开关131a。
129.开关131a根据输入到控制器131的cnt端子的信号(门控时钟a1)的信号电平进行开/关切换。
130.具体来说,当门控时钟a1处于hi电平时,开关131a接通,另一方面,当门控时钟a1处于lo电平时,开关131a断开。
131.控制器131的in端子连接到电容器c1的一端。电容器c1的另一端连接到开关131a的一端和控制器131的out端子。复位电压v_reset被提供给开关131a的另一端。控制器131作为箝位电路工作。
132.通过上述操作,当门控时钟a1变成hi电平时,控制器131将输入到in端子的斜坡参考信号的信号电平重置为与复位电压v_reset对应的初始电平。在门控时钟a1的hi电平持续时间内,控制器131将out端子处的信号电平保持在初始电平。在门控时钟a1的lo电平持续时间内,控制器131将重置后的斜坡参考信号提供给out端子。
133.控制器131通过上述方法生成本地斜坡信号。图4中所示的电路配置可以应用于控制器141和包括在其它adc中的控制器。在该配置应用于控制器141的情况下,例如,控制器141根据输入到控制器141的cnt端子的信号(门控时钟a2)的信号电平执行开关sw1的开/关切换。
134.再次参考图3,从控制器131输出的本地斜坡信号(ramp_1)输入到比较器132的负(

)端子。从列12a输出的第一像素信号输入到比较器132的正( )端子。比较器132将ramp_1与第一像素信号进行比较,并输出与比较结果对应的信号电平的使能信号。
135.例如,比较器132在ramp_1的信号电平等于或小于第一像素信号的信号电平的周期内保持hi电平不变,并在另一个周期内输出保持lo电平不变的使能信号(hi电平信号)。
具体来说,比较器132在ramp_1信号电平等于或小于第一像素信号的期间输出hi电平,并将输出改变到与clk_a的上升时间同步的lo电平,这使得需要重置本地斜坡信号。从比较器132输出的使能信号输入到dff电路133的clk端子和计数器138的en端子,该en端子是lo有效的。
136.hi电平(固定)信号输入到dff电路133的d(输入)端子。nor电路134的反向输出输入到dff电路133的r(reset)端子。比较器132的输出和从主时钟生成的控制时钟(clk_a)输入到nor电路134。clk_a是脉冲信号,使得主时钟的每n个脉冲出现一个脉冲。
137.当adc 13a执行的ad转换的分辨率为10位时,clk_a被设置为,只要多ad转换的最大次数设置为“16”,主时钟的每64个脉冲就会出现一个脉冲。即,n设置被为64(64=1024/16)。nor电路134执行clk_a和比较器132的输出的nor运算。由nor电路134执行的运算结果在反转后输入到dff电路133的r端子。
138.从dff电路133的q(输出)端子输出的信号输入到and电路135。dff电路133和clk_a的输出输入到and电路135。and电路135执行dff电路133的输出和clk_a的and运算。由and电路135执行的运算结果作为门控时钟a1输入到控制器131的cnt端子和转换计数器137。
139.转换计数器137计算门控时钟a1的脉冲数。如上所述,当门控时钟a1处于hi电平时,控制器131重置斜坡参考信号的信号电平,并将重置后的斜坡参考信号输出为ramp_1。由于转换计数器137执行重置的次数对应于ramp_1的脉冲数,因此门控时钟a1的脉冲数对应于adc 13a执行的ad转换的次数。
140.转换计数器137的输出输入到平均计算器139。计数器138的输出也输入到平均计算器139。计数器138计算在输入到en端子的信号的hi电平持续时间内输入到时钟端子的信号的脉冲数。如上所述,比较器132的输出输入到计数器138的en端子,该en端子是lo有效的。从and电路136输出的信号(门控时钟b)输入到计数器138的时钟端子。
141.主时钟和反向clk_a输入到and电路136。and电路136执行主时钟和反向clk_a的and运算,并且将运算结果输出为门控时钟b。换句话说,门控时钟b是主时钟中的脉冲集,该脉冲集是在clk_a的lo电平持续时间内提取的。
142.门控时钟b也由and电路13d生成,并且也提供给斜坡发生器13c。斜坡发生器13c根据门控时钟b生成斜坡参考信号。因此,在不存在门控时钟b的脉冲的周期内,斜坡参考信号的信号电平保持为该周期的开始时间的信号电平。也就是说,在clk_a的hi电平持续时间内,斜坡参考信号的信号电平变为恒定。在此周期内,计数器138中的计算次数将不会增加。
143.注意从and电路135输出的门控时钟a1。如上所述,门控时钟a1是通过用clk_a的脉冲门控dff电路133的输出而获得的信号。然后,门控时钟a1输入到控制器131的cnt端子,并用于开关131a的开/关控制。换句话说,对开关131a的开/关控制在clk_a脉冲的上升沿执行。
144.如上所述,在clk_a的hi电平持续时间内,斜坡发生器13c保持斜坡参考信号的电平恒定不变,计数器138暂停进行计数。也就是说,在clk_a的hi电平持续时间内,adc 13a中的ad转换被暂停。在clk_a的hi电平持续时间内间,adc 13b中的ad转换也被暂停。因此,由开关131a上的开/关控制情况下产生的切换噪声不会影响adc 13a和13b中的ad转换。也就是说,串扰噪声不影响图像传感器的每个adc中的ad转换。
145.如上所述,转换计数器137和计数器138的输出输入到平均计算器139。平均计算器
139将计数器138的输出除以转换计数器137的输出,以计算单次ad转换中主时钟的平均脉冲数。然后,平均计算器139输出与计算出的平均脉冲数对应的位值序列作为第一数字信号。
146.包括在多ad转换电路13中的adc 13b和其它adc具有与adc 13a的配置相同的配置。
147.例如,控制器141对应于上述控制器131。比较器142对应于上述比较器132。dff电路143对应于上述dff电路133。nor电路144对应于上述nor电路134。and电路145和146分别对应于上述and电路135和136。转换计数器147对应于上述转换计数器137。计数器148对应于上述计数器138。平均计算器149对应于上述平均计算器139。
148.然而,应当注意,从列12b输出的第二像素信号输入到比较器142的 端子。结果,从控制器141输出的本地斜坡信号(ramp_2)与从控制器131输出的ramp_1不同。此外,从and电路145输出并输入到控制器141的cnt端子以及输入到转换计数器147的信号(门控时钟a2)与从and电路135输出的门控时钟a1不同。此外,从平均计算器149输出第二数字信号。
149.如上所述,adc 13a和13b以及其它adc根据相同的主时钟、斜坡参考信号和clk_a工作。因此,当任何一个adc中的斜坡参考信号重置时,切换噪声通过斜坡参考信号的公共线路传输。然而,如上所述,在clk_a的hi电平持续时间内,每个adc暂停ad转换,以避免切换噪声的影响。结果,在多ad转换电路13中也避免了串扰噪声。
150.接下来,将参考图5进一步描述adc 13a和13b的具体操作。图5为本发明实施例提供的描述读出电路中的信号和时钟的时序图。
151.在图5的示例中,假设第一像素信号的信号电平高于第二像素信号的信号电平。
152.在定时t0,斜坡发生器13c开始与门控时钟b同步地斜坡下降所述斜坡发生器13c的输出。计数器138和148开始计算门控时钟b的脉冲数的操作。
153.在定时t1,斜坡参考信号的信号电平达到第一像素信号的信号电平。此时,比较器132的输出变成hi电平,dff电路133的输出变成hi电平。然后,计数器138的计数被暂停。同时,计数器148继续用于第二像素信号的ad转换的计数操作。
154.在时序t2,clk_a变成hi电平。门控时钟a1变成hi电平,使得转换计数器137执行计数。也就是说,指示ad转换次数的计数器加“1”。门控时钟b变成lo电平。也就是说,暂停对计数器138和148提供主时钟。控制器131将ramp_1的信号电平重置为初始电平。斜坡发生器13c暂停其输出的斜坡下降。
155.如上所述,在时序t2,ramp_1重置用于下一次ad转换。然后,由于开关131a的开/关切换,在公共斜坡参考线上产生充放电电流,使得瞬态现象可能出现在斜坡参考信号上(见参考符号“fl”表示的部分)。例如,当斜坡参考信号的干扰变得大时,干扰使得ramp_2交叉第二像素信号,使得基于错误比较结果的信号可以从比较器142输出。
156.然而,如上所述,在根据本实施例的多ad转换电路13中,暂停向计数器138、148提供主时钟。因此,即使从比较器142输出基于错误比较结果的信号,计数器148也不执行计数,使得ad转换的结果几乎不受影响。为了获得这样的效果,最好将clk_a的脉冲宽度设置为比瞬态现象的建立时间长得多。
157.在时序t3,clk_a变成lo电平。斜坡发生器13c重新开始其输出的斜坡下降。因此,ramp_1从初始电平斜坡下降,用于下一次ad转换。ramp_2在时序t2从斜坡参考信号的信号
电平斜坡下降。dff电路133重置输出,使得门控时钟a1变成lo电平。计数器138和148重新开始计算要作为门控时钟b提供的脉冲的数量。
158.在定时t4,ramp_2的电平达到第二像素信号的信号电平。此时,比较器142的输出变成hi电平。dff电路143的输出变成hi电平,使得计数器148暂停计数操作。在时序t4,clk_a处于lo电平,并且主时钟的脉冲作为门控时钟b提供给斜坡发生器13c。结果,斜坡发生器13c不断生成斜坡参考信号。
159.在定时t5,ramp_1的电平再次达到第一像素信号的信号电平。此时,比较器132的输出变成hi电平。dff电路133的输出变成hi电平,使得计数器138暂停计数操作。
160.在时序t6,clk_a变成hi电平。门控时钟a1和a2变成hi电平,使得每个转换计数器137和147中的计算次数增加“1”。ramp_1和ramp_2的信号电平重置为初始电平。
161.在时序t7,clk_a变成lo电平。门控时钟a1和a2变成lo电平,使得第一像素信号和第二像素信号的下一个ad转换开始,并且计数器138和148重新开始计数操作。
162.在定时t8,ramp_1的信号电平达到第一像素信号的信号电平。此时,比较器132的输出变成hi电平,计数器138暂停进行计数。同时,由于ramp_2的信号电平没有达到第二像素信号的信号电平,计数器148继续计数操作。
163.在时序t9,clk_a变成hi电平。然后,计数器148暂停计数操作,并且斜坡发生器13c暂停输出斜坡参考信号。转换计数器137根据门控时钟a1将表示第一像素信号的ad转换次数的计算次数增加“1”。转换计数器147根据门控时钟a2将表示第一像素信号的ad转换次数的计算次数增加“1”。
164.继续重复上述ad转换的操作,直到clk_a的脉冲数达到预定数量n(例如,n=16)。在该操作完成后,平均计算器139和149根据转换计数器137和147中的计算次数(斜坡参考信号的一个周期内的ad转换次数)对计数器138和148中的计算次数进行平均,以分别计算单ad转换中主时钟的平均脉冲数。这种平均计算减少了量化噪声和输入噪声等时间噪声。
165.需要注意的是,到目前为止描述的多ad转换电路13的电路配置和操作仅仅是说明性的,并且该示例可以以各种其它实施例的形式修改。例如,ad转换的分辨率可以设置为10位以外的其它值,clk_a的脉冲数n可以设置为“16”以外的其它数字。虽然关于clk_a的脉冲的布置,上述描述示出了包括以等间隔布置的脉冲的脉冲串作为优选示例,但clk_a的脉冲可以以不等间隔布置。这些修改也包括在本发明的技术范围内。
166.如上所述,本发明的实施例使得能够避免切换噪声对每个adc中ad转换结果的影响。具体地,可以避免特定adc中产生的切换噪声对其它adc中ad转换结果的影响,从而有效抑制图像传感器中配备的大量adc中串扰噪声的产生。此外,多ad转换还降低了时间噪声。这些优点提高了图像传感器输出的数字信号的质量。图像质量的这种增强有助于提高由装置10捕获的输出图像的质量。
167.以上描述仅公开了较佳实施例,并不旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员应理解,上述实施例以及根据本发明权利要求的范围获得的所有或部分其他实施例和修改均在本发明的范围内。
转载请注明原文地址: https://doc.8miu.com/read-1350081.html

最新回复(0)