[发明专利]一种两步式双斜率模数转换器及其模数转换方法

说明书

本发明公开一种两步式双斜率模数转换器及其模数转换方法，转换器包括粗斜坡产生电路、细斜坡产生电路、比较器、粗斜坡计数器、细斜坡计数器以及时序控制电路。对于该ADC而言，通过输入信号与粗斜坡的电压值比较来确定输入信号的粗略范围，同时确定模数转换的几位高位比特数据；根据粗斜坡计数器的结果确定细斜坡发生器的积分起始电平；通过比较输入信号和细斜坡积分信号来确定模数转换的剩余低位比特数据。本发明能够使ADC在只使用一个粗斜坡产生电路和一个细斜坡产生电路情况下保证ADC的转换精度，并可在很大程度上改善传统单斜率ADC转换时间过长的问题。

技术领域

本发明涉及模数转换器，特别是涉及一种两步式双斜率模数转换器及其模数转换方法。

背景技术

CMOS阵列式读出电路具有集成度高、体积小、功耗低、价格便宜等显著优势，得到越来越多的重视。读出电路中，核心处理单元模数转换器(ADC)一直是设计的难点和研究的热点。传统的ADC以单斜率ADC为主，其通过斜坡发生器产生斜坡信号，并与像素的模拟信号进行比较，完成从全0到全1的比较，而比较器输出的翻转点(输出电平由高电平变为低电平或由低电平到高电平)就成为像素的模拟信号转换成的数字码。但是，这种传统的单斜率ADC无法实现高精度和高速度的共赢，因为在该结构中，高精度意味着增加斜坡信号的斜坡时间或增加时钟信号的频率，这样就会降低系统的处理速度及增加电路难度。

传统的单斜率ADC的系统架构主要包括比较器、计数器、锁存器以及斜坡发生器。对于K位精度的转换精度，单斜率ADC需要2^K个转换周期才能完成一次模数转换。

而后来出现的采用了两种斜率的ADC，包含了一个粗斜坡产生电路和多个细斜坡产生电路，这样大大增加了ADC电路的功耗。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种在保证转换精度和不增加功耗的同时，可以加快转换速度的两步式双斜率模数转换器及其模数转换方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种两步式双斜率模数转换器，包括粗斜坡产生电路、细斜坡产生电路、比较器、粗斜坡计数器、细斜坡计数器以及时序控制电路，比较器的正输入端接模拟输入信号，时序控制电路控制选择粗斜坡产生电路或细斜坡产生电路的输出端与比较器负端输入连接，同时，时序控制电路控制选择比较器输出与粗斜坡计数器或细斜坡计数器连接，比较器输出还连接时序控制电路的一个输入端；时序控制电路控制粗斜坡产生电路和细斜坡产生电路之间的通断，另外，时序控制电路通过控制粗斜坡产生电路中开关使其产生阶梯状电压值；并将粗斜坡计数器输出的高位比特数据和细斜坡计数器输出的低位比特数据串联作为数字输出信号输出。

可选的，时序控制电路通过控制单刀双掷开关S1选择粗斜坡产生电路或细斜坡产生电路的输出端与比较器负端输入连接，同时，时序控制电路通过控制单刀双掷开关S2选择比较器输出与粗斜坡计数器或细斜坡计数器连接。

可选的，粗斜坡产生电路包括2^M个电阻2^M个开关B1～B2^M和一个由运算放大器构成的输出缓冲器，其中，2^M个电阻依次串联连接，电阻R₁的第一端接地，电阻R₁的第二端接电阻R₂的第一端，电阻R₂的第二端接电阻R₃的第一端，以此类推，电阻的第一端接电阻的第二端，电阻的第二端接参考电压V_ref；开关B1～B2^M的一端分别接电阻的第二端，开关B1～B2^M的另一端均与运算放大器的正输入端连接，运算放大器的负输入端与运算放大器的输出端连接。