[发明专利]自适应多转换斜坡模/数转换器

说明书

技术领域

本发明大体来说涉及斜坡模/数转换器，且特定来说(而非排他性地)涉及在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的读出电路中所使用的那些斜坡模/数转换器。

背景技术

图像传感器是普遍存在的。其广泛用于数码静态相机、数码摄像机、蜂窝式电话、安全摄像机、医疗装置、汽车及其它应用中。

许多图像传感器具有受若干个因素限制的图像质量。此因素的一个实例为时间噪声。举例来说，时间噪声(包含各种读出噪声及量化噪声)可显著限制图像传感器应用的图像质量。可实施各种方法来减少噪声。用于减少时间噪声的一个实例为放大衬底上的物理装置面积。然而，在许多图像传感器中，在给定布局及大小约束的情况下，此通常并不可行。

用于减少图像传感器中的时间噪声的另一方法是借助具有噪声整形的过取样模/数转换器(ADC)，例如借助∑-Δ ADC。在又一方法中，借助积分器(例如，模拟多取样)或在ADC之后(例如，数字多取样)对具有固定数目个样本的像素输出的多个样本取平均值。然而，常规多取样通常伴随有额外电路成本且多个模/数转换固有地变得比仅取样一次的ADC慢。

发明内容

本申请所要解决的一个技术问题是如何在给定速率下获得更好的信噪比(SNR)和更高的ADC分辨率或者在更快速率下获得与传统ADC相等的SNR。

在一实施例中，本申请提供了一种用于产生数字信号的至少一个位的自适应模/数转换器ADC，所述自适应ADC包括：经修改斜坡信号产生器，其经耦合以接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；比较器，其经耦合以将模拟输入与所述经修改斜坡信号进行比较；及控制电路，其经耦合以控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟输入被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟输入的量值，其中针对所述斜坡信号的每一周期所述经修改斜坡信号包含M数目个完整周期。在此实施例中，斜坡ADC转换小信号所用时间少于转换较大信号所用时间。先前转换一完成，所提出的ADC就开始新的转换。对于给定的总时间，转换(采样)次数与信号幅度成反比。经减少的量化噪声等于更高的ADC分辨率，例如，10位斜坡ADC可充当12位ADC，同时仅花费四分之一的转换时间。

在另一实施例中，本申请提供了一种用于产生数字图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；及读出电路，其耦合到所述位线以从所述至少一个像素读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含用于产生所述数字图像数据的至少一个位的至少一个自适应模/数转换器ADC，所述自适应ADC包含：经修改斜坡信号产生器，其经耦合以接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；比较器，其经耦合以将模拟输入与所述经修改斜坡信号进行比较；及控制电路，其经耦合以控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟输入被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟输入的量值，其中针对所述斜坡信号的每一周期所述经修改斜坡信号包含M数目个完整周期。在此实施例中，针对每一像素所进行的采样的数目自适应于其信号电平。小信号被采样更多次，其中小信号意味着较暗的图像而大信号则意味着较亮的图像。因此，总的读取和量化噪声得以降低。

在又一实施例中，本申请提供了一种借助自适应模/数转换器ADC将模拟图像数据转换成数字图像数据的方法，所述方法包括：接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；在所述自适应ADC的比较器的输入处接收模拟图像数据，其中所述比较器经耦合以将所述模拟图像数据与所述经修改斜坡信号进行比较；及控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟图像数据被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟图像数据的量值，其中产生所述经修改斜坡信号包括将所述经修改斜坡信号产生为针对所述斜坡信号的每一周期包含M数目个完整周期。为了降低噪声，每一像素输出被多次转换，且转换的次数自适应于输入信号的幅度，其中小信号被转换较多次而大信号则被转换较少次。

附图说明

可通过参考以下描述及用于图解说明实施例的附图来理解本发明。在图式中：

图1是图解说明根据本发明的实施例具有多个自适应ADC的图像传感器的框图。

图2是图解说明根据本发明的实施例的实例性自适应ADC的框图。