[发明专利]用于模拟到数字转换的伪多采样方法、系统和装置

说明书

本申请要求于2007年9月11日提交的第10-2007-0091943号韩国专利申请的优先权以及于2007年12月21日提交的11/962,398号美国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。 

技术领域

本发明涉及电子电路和方法，更具体地，涉及模拟到数字转换系统、方法和装置。 

背景技术

模拟到数字转换器(ADC)是被广泛使用的将连续信号转换为离散的数字值的电子装置。通常，ADC是一种将输入模拟电压或电流转换为数字值的电子装置。ADC的分辨率指示其在模拟电压或电流值的范围内可产生的离散值的数量。离散值通常以二进制的形式被电子存储。由于可用的离散值量(“量化等级”)通常是2指数量化，因此通常用位数表示分辨率。例如，分辨率为8位的ADC可将模拟输入编码为256不同量化等级中的一个。 

产生斜升并快速下降为零的锯齿信号的斜坡比较ADC是一种广泛使用的ADC。当斜坡开始时，计时器开始计时。当斜坡电压与模拟输入信号相匹配时比较器发出信号(fire)，计时器的值被记录。斜坡比较ADC被广泛使用于许多应用，例如，在袖珍数字相机中广泛使用的CMOS图像传感器(CIS)。CIS可被高度集成且可提供列并行像素读出，从而可提供列并行ADC。在这些列并行ADC中，可使用常规斜坡电压产生器和控制器提供多个斜坡比较ADC。 

在ADC中噪声可能是一个问题。在模拟输入信号、数字输出信号和/或ADC本身均可产生噪声。使用多采样技术(其中，模拟信号被多次转换为数字值且使用转换值的平均值作为最终输出)减少噪声是被熟知的。由于噪声通常是不相关的，多采样联合平均可减少噪声，这是以执行多采样的更长的模拟到数字转换时间和/或存储多数字值并对这些值取平均的附加存储器的硬件复杂度的增加作为潜在的代价。 

发明内容

根据本发明的不同实施例，通过以比预定的位数定义的分辨率低的分辨率将模拟信号重复采样，将模拟信号转换成具有定义预定的量化等级的预定位数的数字值。重复采样包括预定的位数的预定的量化等级。从而获得多个较低分辨率采样结果。将多个较低分辨率采样结果求和以获得具有预定的位数的数字值。该重复的低分辨率采样和求和可被称为“伪多采样”，因为多采样在比预定的位数定义的分辨率低的分辨率发生，且重复较低分辨率采样的结果被求和而不是被求平均，从而该较低分辨率采样结果的和提供数字值。 

在一些实施例中，重复采样模拟信号的步骤包括：使用一系列斜升和斜降采样电压将模拟信号重复采样。一系列斜升和斜降采样电压可包括一系列阶梯、常量斜率和/或多重斜率(无阶梯)的斜升和斜降采样电压序列。此外，重复采样可通过使用在互相偏移的重复采样中的量化等级以比预定的位数定义的分辨率低的分辨率对模拟信号进行重复采样而发生。量化等级可以以相等的间隔被分离和/或以不相等的间隔被分离。 

在一些实施例中，使用2^N/M个量化等级(其中，N是预定位数)将模拟信号重复采样M次。此外，在一些实施例中，在重采样中的量化等级可通过相应于数字值的最低有效位(LSB)的至少一个量化等级互相偏移。在其它实施例中，产生具有总数为M的斜升和斜降电压(例如，M/2的斜升和M/2的斜降电压)的一系列斜坡电压，其中，各个斜升和斜降电压包括大小为M的2^N/M个斜坡电压步长。在其它实施例中，相比于前一(即，前一个)斜坡开始的电压，后一(即，下一个)斜坡电压在不同的电压结束。在其它实施例中，一系列斜坡电压的开始电压和结束电压包括所有预定位数的量化等级。 

在其它实施例中，以比预定的位数定义的分辨率低的分辨率将模拟信号重复采样的步骤包括：当斜坡电压相应于模拟信号时，将模拟信号与一系列斜坡电压进行重复比较并重复识别较低的分辨率数字值。然后求和可通过将识别的较低分辨率数字值进行求和而发生。在其它实施例中，可将模拟信号与一系列斜坡电压的和与参考电压进行比较。在其它实施例中，当计算偏移量时执行将模拟信号与一系列斜坡电压进行重复比较。在其它实施例中，产生具有总数为M的斜升和斜降电压的一系列斜坡电压，其中，斜坡电压每单 位时间增加或减少相应于预定量化等级的电压的M倍。