[发明专利]积分器电路及其工作时序控制方法和电子装置

说明书

本发明提供了一种积分器电路及其工作时序控制方法和电子装置，所述积分器电路包括：第一电流源、第一开关、积分电容、运算放大器、第二电流源和第二开关；其中，第一电流源的一端连接第一电源，第一电流源的另一端连接运算放大器的一输入端、积分电容的一端和第一开关的一端，运算放大器的输出端连接积分电容的另一端、第一开关的另一端和第二开关的一端并作为积分器电路的输出端，第二开关的另一端连接第二电流源的一端。本发明的技术方案使得运算放大器在复位阶段和积分阶段的工作状态一致，加快了积分器电路的输出建立速度，提升了积分器电路输出电压信号的线性度和有效信号幅度，也大幅度节省面积和功耗，利于芯片的低功耗和小型化设计。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种积分器电路及其工作时序控制方法和电子装置。

背景技术

积分器电路的功能是在积分阶段通过积分电流对电容充放电来实现输出一个随时间变化的电压信号。积分器电路广泛应用于模拟电路芯片中，用于为例如积分型模数转换器电路或Sigma_Delta型模数转换器电路等ADC电路提供参考电压。而积分型ADC电路由于其结构简单，精度高，易于实现多列ADC并行处理等优点，被广泛应用于现在的CMOS图像传感器芯片中，进而使得积分器电路也被广泛应用于CMOS图像传感器芯片中。

图像传感器中通常需要在感光单元(pixel)将光信号转换成电压信号后接PGA(Programmable Gain Amplifier，可编程增益放大器)将电压信号放大，然后再接ADC(Analog Digital Converter，模拟数字转换器)电路将模拟电压信号转换为数字信号，最终将转换得到的数字信号传输到芯片外。由于感光单元通常为阵列形式，为提高帧率，通常每一列感光单元均接一列由PGA和ADC组成的读出电路。单积分型ADC(single slope ADC)由于具有结构简单，精度高，易于实现多列ADC并行处理等优点，常用作图像传感器中多列ADC的实现方案。而积分器电路作为为积分型ADC电路提供参考电压的电路，其输出建立时间和线性度等指标直接影响了积分型ADC电路的性能指标。因此，一个输出建立快、线性度好、功耗和面积小的积分器电路对于积分型ADC电路，乃至整个CIS芯片有着非常重要的实用价值。

参阅图1，图1是现有的积分器电路的示意图，积分器电路包括运算放大器OTA、积分电容Ct、复位开关RST_INT、积分电流源It和负载CL。参阅图1和图2，图2是图1所示的积分器电路的工作时序示意图，其中，从t0到t3时刻为一个完整的时序周期，在图像传感器中通常称为一个行周期Trow，包括复位阶段T1和积分阶段T2。t0时刻，时序周期开始，复位信号RST_INT变为高电平，控制复位开关RST_INT导通，积分器电路处于复位状态，运算放大器OTA处于单位增益负反馈状态；设运算放大器OTA的跨导为gm，则由于复位状态下积分器的输出电压保持为恒定值，所以，此时积分电流It经复位开关RST_INT后输入到运算放大器OTA中，从而导致运算放大器OTA的反向输入端(-)的节点VN的电压VN1的值需满足公式①：gm*(VN1-VCM)＝It，其中，VCM为共模电压，公式①换算后可以得到VN1＝VCM+It/gm；由于积分电流It通常很小，所以电压VN1通常接近共模电压VCM。t1时刻，复位状态结束，复位信号RST_INT由高电平变为低电平，控制复位开关RST_INT断开；此时，由于积分电流It给积分电容Ct充电，积分器输出端VOUT的电压下降，运算放大器OTA要使输出电压下降，需要流入驱动电流IL；由于积分器输出端VOUT通常接多列积分型ADC电路，负载CL很大，所以驱动电流IL大小通常较大，远大于积分电流It；当积分器的输出电压随时间稳定下降时，其运算放大器OTA的反向输入端(-)的节点VN的电压VN2需满足公式②：gm*(VN2-VCM)＝IL+It，公式②换算后可以得到VN2＝VCM+(IL+It)/gm，其中，通常积分电流It较小而驱动电流IL较大，忽略It，则可以得到VN2＝VCM+IL/gm。