[发明专利]大规模并行三维逐像素单斜率模数转换器

说明书

一种图像检测器包括检测器单位单元的阵列，该检测器单位单元包括多个单位单元和多个单斜率模数转换器(SSADC)。多个SSADC中的每一个都耦合到不同单位单元的输出。多个SSADC中的每一个包括：比较器，该比较器具有正输入和负输入以及比较器输出并包含在第一层中；以及计数器，该计数器耦合到比较器输出并包含在第二层中。该计数器通过硅通孔电耦合到比较器。

政府许可权利

本发明是在国防部授予的HR0011-17-C-0064的政府支持下进行的。政府享有本发明的某些权利。

背景技术

本发明涉及一种模数转换器(ADC)，尤其涉及一种大规模并行单斜率ADC(SS-ADC)。

在过去的几年中，已经开发出包含越来越高的分辨率的光电传感器。这样的检测器可能具有需要被存储或更改的不同操作模式或设置。

特别地，这样的传感器可以包括ADC，其由读出集成电路(ROIC)、计数器和锁存器组成，该锁存器存储与传感器的输入相关的计数器值。更详细地，常规SS-ADC设计使用具有连接到计数器存储元件(例如，锁存器)的比较器输出的ROIC，以使计数器值被存储到存储元件中。在积分同时读出的ROIC中，将存储电容器周期性地充电预定时间。此后，将斜坡电压与存储电容器上的电压合并。比较器将电容器两端增加的电压与参考电压进行比较，并且当电容器两端的电压增加到参考电压阈值以上时，比较器的输出会改变状态或可以根据配置输出脉冲。

格雷码计数器开始计数，并随着斜坡电压的增加而递增。至比较器的另一个输入是需要转换为数字值的模拟值。锁存器或其他存储设备从比较器接收脉冲，这导致格雷码计数器值存储在锁存器中。这样的电路通常出于其预期目的而工作，但是如下面更全面地讨论的那样，当在低功率环境中使用时，这样的电路可能具有缺点。

在ROIC的成像应用中，模数转换通常在列级进行，这限制了可达到的最大帧速率。一(或两)行像素同时转换。全帧转换需要许多取决于阵列大小的行时间，因此会限制最大全帧(对于较大的阵列大小，将进一步减少)。这就是说，随着阵列大小的增加，进行全帧转换所需的时间也增加。

发明内容

根据一种实施例，公开了一种单斜率模数转换器(ADC)。SSADC包括一个具有正输入和负输入以及一个比较器输出的比较器，该比较器包含在第一层中，以及耦合到该比较器输出并且包含在第二层中的计数器，该第二层通过不符合ITAR的工艺形成并且低于第一层。计数器通过硅通孔电耦合到该比较器。

根据另一实施例，公开了一种形成单斜率模数转换器(ADC)的方法。该方法包括：在第一层中形成具有正输入和负输入以及比较器输出的比较器；形成耦合到该比较器并且包含在第二层中的计数器；以及通过硅通孔将该计数器与该比较器电耦合。

根据另一实施例，公开了一种图像检测器，该图像检测器包括检测器单位单元的阵列，该检测器单位单元的阵列包括多个单位单元。该检测器还包括多个单斜率模数转换器(SSADC)，这些SSADC中的每一个都耦合到这些单位单元中的不同单位单元的输出。在该实施例中，多个SSADC中的每一个包括：具有正输入和负输入以及比较器输出的比较器，该比较器包含在第一层中；以及耦合到该比较器输出并包含在第二层中的计数器。在该实施例中，该计数器通过硅通孔电耦合到该比较器。

通过本发明的技术实现了附加的特征和优点。在本文中详细描述本发明的其他实施例和方面，并且将其视为所要求保护的发明的一部分。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图和详细描述参考以下简要描述，其中相同的附图标记表示相同的部件：

图1是图示了根据实施例的图像检测器的示意图；

图2是图示了根据一个实施例的SS-ADC的示意图；

图3示出了图2的在SS-ADC的操作期间的时序图；以及