[发明专利]一种用于CMOS图像传感器的列级ADC电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于CMOS图像传感器的ADC电路，特别是涉及一种用于CMOS图像传感器的列级ADC电路。

背景技术

随着CMOS集成工艺技术和图像处理技术的不断提高，CMOS图像传感器技术得到飞速发展。CMOS图像传感器因具有易集成、低功耗、低成本等突出的优点，大量应用于视觉图像设备。ADC是CMOS图像传感器模拟信号和数字信号的转换装置，对图像传感器性能起着至关重要的作用。目前CMOS图像传感器中的ADC主要有三种类型，芯片级ADC、列级ADC、像素级ADC。

相比于芯片级ADC，列级ADC对转换速度的要求相对较低，大大降低了ADC电路的功耗和设计难度；相比像素级ADC，ADC由像素内转移到像素阵列外，大大提高了填充因子，从而提高了图像传感器的灵敏度，同时对ADC电路面积要求相对宽裕。因此，图像传感器中主要采用列级ADC设计。

工业设计中最常用的CMOS图像传感器列级ADC有逐次逼近ADC(SAR ADC)、循环ADC(Cyclic ADC)和单斜ADC(SS ADC)。一般地，N位逐次逼近型ADC和循环ADC需要N个时钟周期，得到一个数字码，相对于单斜ADC，转换速度快，然而逐次逼近型ADC一般会包含一个完整的DAC，面积较大，不利于列级集成；循环ADC硅片面积小，转换速率高，但其每一列都包含一个高速运算放大器，增加了芯片功耗，且信噪比(SNR)较低。单斜ADC的电路面积小、功耗低，但转换时间长，每个N-bit的单斜ADC需要2N个时钟周期(SAR和单斜ADC只需要N个时钟周期)。

发明内容

本发明旨在克服传统技术的不足，提供一种芯片面积小、转换速率高、功耗低的电流型逐次逼近ADC结构，本发明的ADC电路克服了传统列级电压型逐次逼近ADC的缺点，可满足CMOS图像传感器应用要求。

本发明一种用于CMOS图像传感器的列级ADC电路，所述ADC电路包括：电压-电流转换电路I1、电流逼近电路I2、电流-电压转换电路I3、比较器I4和数字逻辑控制模块I5；所述电压-电流转换电路I1、电流逼近电路I2、电流-电压转换电路I3、比较器I4和数字逻辑控制模块I5依次电连接；所述电压-电流转换电路I1将采样的像素电压Vpixel线性转换为对应的像素电流Ipixel，所述电流逼近电路I2在数字逻辑控制下，采用逐次逼近的方式抵消像素电流，所述电流-电压转换电路I3将抵消后所剩的电流Ileft线性转换为电压Vleft，所述比较器I4将Vleft与Vref进行比较，所述数字逻辑控制模块I5根据比较结果控制抵消电流大小，最终在逻辑控制下，受控抵消的电流近似等于像素电流Ipixel，实现模拟信号-数字信号转换；所述CMOS图像传感器列级ADC电路独立包含上述所有电路单元，列级ADC电路之间除了时钟和偏置电路共用之外，再无其他公共电路。

优选地，所述电压-电流转换电路I1用于将采样保持器S/H采样的像素电压Vpixel线性转换成对应的像素电流Ipixel，即Ipixel＝Vpixel/R。

优选地，所述电流逼近电路I2用于用已知的抵消电流逼近未知的像素电流；所述电流逼近电路I2采用数字逻辑电路控制的抵消电流Icancel与像素电流Ipixel相减，即抵消像素电流；当抵消电流Icancel小于像素电流Ipixel，则逻辑控制使Icancel增大，反之则减小Icancel，当抵消电流Icancel和像素Ipixel的差值达到预设值内时，近似认为Icancel＝Ipixel，即实现电流逼近；所述数字逻辑控制抵消电流Icancel即是一个电流DAC过程。

优选地，所述电流-电压转换电路I3用于将被抵消后的剩余像素电流Ileft，转换为电压Vleft，转换关系为Vleft＝Ileft×R。

优选地，所述比较器I4用于将Vleft与预设参考电压Vref比较。

优选地，所述数字逻辑控制模块I5用于根据Vleft和Vref的比较结果，调整抵消电流Icancel的大小，最终完成所述电流逼近，并输出像素电压对应的数字码。