[发明专利]连续斜坡发生器设计及其校准方法和系统

说明书

技术领域

本发明的一些实施例涉及模数转换器(ADC)，更具体而言，涉及连续斜坡发生器设计及其校准。

背景技术

随着计算机和处理器变得越来越强大，在数字领域将进行越来越多的信号处理。数字信号处理可以执行复杂的操作以将输入数据控制得与现实中的模拟信号近似，并且可以实时地执行操作，或者可以储存数字数据以用于将来处理。由于现实中的信号以模拟信号存在，这些模拟信号需要被转换成等效的数字信号。

模数转换器(ADC)被用在许多应用中，例如，转换工业应用中的模拟控制信号、音乐中的音频信号、数码相机中的摄影图像、以及数码摄像机中的视频图像。与大多数的电路一样，ADC具有针对不同的限制而做出折中的许多不同的类型。诸如“快闪”ADC的一些ADC由于每个额外的比特要求比较器的数量加倍，因此在电路和布局空间方面相对昂贵且因而在分辨率上有限制，但其转换速度很快。诸如斜坡ADC的其他ADC可能相对简单，但转换时间长。并且，随着分辨率的量的增加，转换时间也将增加。

因此，具体应用需要考虑各种限制，并确定何种设计能最佳地实现其目的。然而，选择特定的设计并且可能地对其进行修改以改进其设计，仍可能存在某些需要克服的挑战。

对于高分辨率和高速度成像而言，列并行ADC结构已在CMOS图像处理器中广泛使用。所述结构可以包括单斜率ADC，单斜率ADC需要斜坡信号来与输入信号相比较。通常，斜坡信号被产生成阶梯式的，这对高速操作具有不期望的限制。

此问题可以利用非阶梯式、线性斜坡信号来克服。然而，设定ADC的增益和输入范围的斜坡信号的斜率不依赖于ADC的操作频率。此外，斜坡信号的斜率受到由于温度变化、电源信号变化和其他过程变化所导致的改变的影响。ADC的增益误差会导致ADC输入范围的误差，这可能因此导致输出图像曝光不足或饱和。不同的色彩通道之间的增益误差可能导致最终图像的色彩失真。

通过结合附图将根据现有方法和传统方法的系统与本申请余下所列举的本发明的一些方面进行比较，本领域技术人员将清楚现有方法和传统方法的进一步限制和不足。

发明内容

本发明的各个实施例提供一种使用单斜坡ADC的CMOS图像传感器的连续斜坡发生器设计及其校准。各个实施例可以包括控制模数转换器的粗略增益(coarse gain)，控制模数转换器的整数增益(integer gain)，以及控制模数转换器的精细增益(fine gain)。

可以通过使用可以是电流数模转换器(IDAC)的第一电流发生器来实现粗略增益，其中第一控制信号可以控制所述粗略增益。可以通过使用也是IDAC的第二电流发生器来实现整数增益，其中第二控制信号可以控制所述整数增益。可以通过积分器来实现精细增益，其中第三控制信号可以控制所述精细增益。第三控制信号可以控制积分器的反馈电容器的电容。

第一电流发生器的输出信号可以被传送给第二电流发生器的输入，第二电流发生器的输出信号可以被传送给积分器的输入。积分器可以输出斜坡信号，所述斜坡信号可以被模数转换器用来将模拟信号转换成数字信号。

可以校准斜坡信号的增益，且因而校准模数转换器的增益，其中增益可以包括粗略增益、整数增益和精细增益。因此，可以通过控制斜坡信号的增益来控制模数转换器的增益。模数转换器的校准可以包括针对默认增益而使用第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号的默认值。

校准可以包括用模数转换器将第一模拟基准信号转换成第一数字值，将第二模拟信号转换成第二数字值。可以从第二数字值减去第一数字值得到差值。然后可以基于将差值与预期值进行的比较来调节第二控制信号。

例如，如果差值大于预期值则增大第二控制信号的值，而如果差值小于预期值则减小第二控制信号的值。第二控制信号的调节可以继续直到完成校准。如果差值等于预期值，则模数转换器的校准可以被视为完成。如果在当前迭代中差值大于预期值、并且在紧邻的前一迭代中差值小于预期值，则模数转换器的校准也可以被视为完成。类似地，如果在当前迭代中差值小于预期值、并且在紧邻的前一迭代中差值大于预期值，则模数转换器的校准可以被视为完成。