[发明专利]用于图像传感器列级循环ADC的数字校准方法

说明书

本发明涉及图像传感器集成电路设计领域，为克服电容失配和运放有限增益造成的非线性问题，同时大大减小数字部分的面积。为此，本发明采取的技术方案是，用于图像传感器列级循环ADC的数字校准方法，包括以下步骤：Cyclic ADC每个循环的乘法数模转换器传输函数受电容失配、有限运放增益以及运放输入失调的影响，将sub‑ADC的输出接入冗余位(Redundant Signed Digit，RSD)数字纠正模块，通过判断输入在哪个量化区间，进行对应的数字补偿，最终得到校正后的数字输出D_out。本发明主要应用于图像传感器集成电路设计制造场合。

技术领域

本发明涉及图像传感器集成电路设计领域,尤其列级ADC架构及其校准算法设计。具体讲,涉及用于图像传感器列级循环ADC的数字校准方法。

技术背景

近年来，对高性能互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor,CMOS)图像传感器的需求增加，刺激了相关的研究。其中关键模块为列并行模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC),该模块有多种实现方式，比如单斜ADC、逐次逼近型ADC以及循环(Cyclic)ADC等。综合考虑精度、速度和面积以及功耗的要求，循环ADC是一种比较常用的实现方式。

循环ADC的精度受限于许多非理想因素，比如比较器失调、电荷注入、运放有限增益以及电容失配等。为了纠正ADC的非线性误差，有很多校准算法被提出。其中模拟校准算法包括电容比例无关技巧以及随机反馈电容交换技术等，该类算法通过增加电路复杂度和额外时钟来换取精度上的提高。数字校准算法包括前台校准和后台校准，后台校准算法的硅片实现面积较大，不能集成进列级ADC里。同时数字模块受环境的影响要弱于模拟模块，因此综合考虑选择前台数字校准算法进行校准。

2008年，数字校准模块首次集成进图像传感器里，该模块需要存储640列ADC的误差，面积非常大，因此只能整个芯片共用一个校准模块。芯片级校准模块的缺点是校正需要逐列进行，完成640列误差参数的提取，需要消耗很长的时间。2014年，针对两级循环ADC的校准方法被提出。该方法的缺点是仅仅在系统上电的时候提取误差参数，当电路参数发生变化时，无法进行实时校正。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在克服电容失配和运放有限增益造成的非线性问题，同时大大减小数字部分的面积。为此，本发明采取的技术方案是，用于图像传感器列级循环ADC的数字校准方法，包括以下步骤：Cyclic ADC每个循环的乘法数模转换器(Multiply Digital to Analog Converter，MDAC)传输函数受电容失配、有限运放增益以及运放输入失调的影响，其表达式用符号表示为：

V_out,i＝(1-p)[(2-g)V_out,i-1-b_i-1×(1-g)×V_ref-εV_os]

其中p代表有限运放增益引入的误差，g代表采样电容和反馈电容失配引入的误差，ε代表了运放输入失调的误差系数，Vref表示ADC的参考电压，Vos表示运放的输入失调电压，Vout,i表示第i次循环MDAC输出电压，bi表示第i次循环子ADC数字输出；