[发明专利]基于鱼群算法的低失调宽范围比较器电路

说明书

一种基于鱼群算法的低失调宽范围比较器电路，包括前级电压存储结构、前置放大器及开环比较器。其中前级电压存储结构由电阻、电容、开关组成，可拓宽比较器输入范围，进而拓宽RAMP ADC量化范围；前置放大器负载对管栅漏两极之间分别接入两个开关，栅源两极之间分别接入两个用于存储失调电压的容值相同的电容，用于校准失调电压，进而增加RAMP ADC精度；开环比较器采用两级放大器结构，利用鱼群优化算法对电路参数进行优化，以达到低功耗、高增益及高速等特点。本发明对电路结构进行设计，具有低失调电压，宽比较范围的特点，同时利用鱼群算法对电路进行参数设计，避免了以往电路设计中手动调节参数带来的不便。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，涉及一种对单端输入信号进行比较的比较器电路设计方法，具体涉及一种用于图像传感器列级模数转换器的具有低失调电压及宽比较范围特点的比较器电路设计方法。

背景技术

近年来，CMOS图像传感器因其集成度高及低成本等特点被广泛地应用到人们的生活中。而模数转换器(Analog/Digital Converter，ADC)是CMOS图像传感器中的重要组成部分，实现像素输出的模拟电压信号与数字信号的转换，它对CMOS图像传感器的性能有着至关重要的影响。

CMOS图像传感器中，依据ADC的应用可以分为像素级ADC、列级ADC以及芯片级ADC。其中，列级斜坡模数转换器(RAMP ADC)因其在图像传感器速度、设计复杂度以及功耗等方面良好的平衡，已经成为目前CMOS图像传感器的主流ADC结构。

比较器电路是RAMP ADC中的一个重要组成部分。比较器的性能直接影响着RAMPADC的精度和功耗。比较器的两个重要性能参数是失调电压及比较器输入电压范围。比较器失调电压过大将直接导致RAMP ADC的精度下降。而在RAMP ADC中输入模拟信号经过采样后直接输入到比较器中，如果输入电压过小，无法达到比较器输入管的阈值电压，比较器将不能正常工作，进一步导致RAMPADC产生错误的数字信号输出。所以比较器的输入电压范围对RAMP ADC的量化范围有着至关重要的影响。已有文献表明，目前RAMPADC中常用的比较器采用的具有失调校准结构比较器电路，尽管其降低了失调电压，提高了比较器精度，然而存在比较范围低的问题。此外，随着集成电路规模的增大，元件显著增多，因此传统先初步计算再手动调节元件参数的方式不利于比较器电路中参数的有效调节，从而导致整体电路的性能不能达到最优。因此针对以上两个问题，提出一种面向大规模图像传感器的高精度高量化范围RAMPADC中的低失调宽范围的比较器电路设计方法，具有重要的工程意义

发明内容

针对现有设计图像传感器RAMPADC过程中存在的问题，本发明提出了一种基于鱼群算法的低失调宽范围比较器电路设计方法。本发明首先对RAMP ADC中的比较器电路进行设计，电路结构包括前级电压存储结构、前置放大器及开环比较器。其中前级电压存储结构由电阻、电容、开关组成，可拓宽比较器输入范围，进而拓宽RAMP ADC量化范围；前置放大器负载对管栅漏两极之间分别接入两个开关，栅源两极之间分别接入两个用于存储失调电压的容值相同的电容，用于校准失调电压，进而增加RAMP ADC精度使比较器电路同时具有低失调电压，高量化范围的特点。进一步，为了避免了手动调节电路参数带来的不便，采用基于人工鱼群算法的群体智能优化算法对开环比较器参数进行优化，该算法对初值与参数选择不敏感，鲁棒性强。本发明的设计方法可有效降低比较器失调电压，提高CMOS图像传感器列级RAMPADC的精度，进而提升CMOS图像传感器性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提出一种基于鱼群算法的低失调宽范围的比较器电路的设计方法。本发明所设计的电路结构包括电压存储结构、带有失调校准的前置放大器以及开环比较器结构。