[发明专利]一种应用于图像传感器中的高速模数转换装置

说明书

本发明涉及一种应用于图像传感器中的高速模数转换装置，该装置的数字逻辑电路利用高速时钟的不同时钟沿将比较器翻转点到斜坡信号结束点之间的时间进行采样分别得到高位计数使能和低位计数使能，然后将高位计数使能与高速时钟进行“与”操作得到高位计数脉冲，根据高位计数使能和低位计数使能产生低位计数脉冲，最后输出控制信号使高位计数器向上计数，低位计数器向上计数或向下计数；数据处理器根据高位计数器和低位计数器的计数值计算得到像素信号电压的最终量化数值。本发明在不改变时钟频率的条件下，模数转换时间可减小到原来的1/2，可应用于高速且高分辨率的图像传感器中。

技术领域

本发明涉及一种应用于CMOS图像传感器中的高速模数转换装置，用于将传感器中像素信号的模拟值量化为数字信号。

背景技术

典型的CMOS图像传感器的像素会依次输出2个电压：复位电压和信号电压。在进行像素操作时首先将像素的感光单元复位，并将此复位电压读出，然后光电流会开始对感光单元进行放电，一段曝光时间之后，感光单元被放电到一个信号电压，复位电压和信号电压之间的差值就代表了光信号的强度。

传统的带斜坡信号模数转换器的CMOS图像传感器的架构如图1所示。它主要由像素，模拟信号处理电路，斜坡信号，比较器，时钟构成。斜坡信号由一个初始值开始随着时间慢慢增加或者减少。斜坡信号输入到比较器的一个输入端，而比较器的另一端为待比较信号。当斜坡信号达到待比较信号时，比较器开始翻转。通过一些数字逻辑和用于计数的时钟，一定数量的脉冲就会被产生并被计数器计数。

如图2所示为传统的带斜坡信号模数转换器的计数方式。首先像素的复位信号被放在比较器的输入端，比较器的另一端为用于转换复位信号的斜坡信号，当斜坡信号达到复位电压时，比较器开始反转，计数器开始计数，斜坡信号结束时，计数器停止计数。然后像素的光信号电压置于比较器的输入端，此时比较器的另一端为用于转换像素光信号的斜坡信号，当斜坡信号电压达到信号电压时，比较器开始翻转。计数器从斜坡信号开始时继续开始计数，比较器翻转时停止计数。最终的计数数值就代表了像素的光信号大小。

传统斜坡信号模数转换器的计数方式的缺点在于模数转换时间被模数转换器的精度和数字时钟所限制。比如一个10位的模数转换器中，模数转换时间至少为1024个数字时钟。在高速且高分辨率的图像传感器中，模数转换时间会成为限制传感器帧频的瓶颈。高速的斜坡信号模数转换器在高速高分辨率图像传感器中有着较大的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效降低斜坡信号模数转换器模数转换时间的应用于图像传感器中的高速模数转换装置。

为了解决上述技术问题，本发明的应用于图像传感器中的高速模数转换装置采用两种技术方案。

技术方案一

本发明的应用于图像传感器中的高速模数转换装置包括比较器，高速时钟，数据处理器；其特征在于还包括数字逻辑电路、高位计数器和低位计数器；图像传感器输出的像素信号和斜坡信号作为比较器的两个输入；数字逻辑电路利用高速时钟的不同时钟沿将比较器翻转点到斜坡信号结束点之间的时间进行采样分别得到高位计数使能和低位计数使能，然后将高位计数使能与高速时钟进行“与”操作得到高位计数脉冲，根据高位计数使能和低位计数使能产生低位计数脉冲，最后输出控制信号使高位计数器向上计数，低位计数器向上计数或向下计数；其中高位计数器对高位计数脉冲进行计数，低位计数器对低位时钟脉冲进行向上计数或向下计数；高位计数器和低位计数器的计数值传输给数据处理器，数据处理器根据公式G＝M×2+N计算得到像素信号电压的最终量化数值G；其中M为高位计数器输出的计数值，N为低位计数器输出的计数值。