[发明专利]用于数字图像传感器的像素级增益调整的数字转换

权利要求书

1.一种用于CMOS图像传感器CIS的可编程增益模数转换器系统，所述系统包括：

可编程增益放大器PGA，用于从CMOS图像传感器CIS的像素输出接收像素信号，所述像素输出是所述CIS的多个像素输出之一，每个像素输出与多个PGA相关联的PGA之一相耦合，每个PGA具有N个增益设置，N为大于1的整数；以及

处理器，与所述PGA耦合，用于：

针对所述N个增益设置中的每个增益设置Gn执行各自的重置阶段转换，以获得与所述Gn相关联的各自的基线偏移BOn,

将预判值确定为像素信号的函数，所述预判值对应于所述增益设置Gs中所选的一个增益设置,

通过使用所述预判值将所述PGA的增益设置为所述Gs并获得信号偏移SO来转换所述像素信号,以及

针对作为所述SO和BOs的函数的像素信号计算数字像素输出，其中所述BOs是对应于Gs的BOn。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器用于通过执行数字相关双采样来计算所述数字像素输出，使得所述数字像素输出与所述SO和所述BOs之间的差值相关。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，N等于2，使得每个PGA具有高增益设置和低增益设置。

4.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述PGA包括运算放大器，所述运算放大器具有经由输入电容器网络接收所述像素信号的输入节点，以及经由具有多个反馈电容器的反馈电容器网络通过反馈路径与所述输入节点耦合的输出节点；

所述PGA的增益根据所述输入电容器网络与所述反馈电容器网络的电容比来确定；以及

所述处理器用于通过选择性地将一些或所有所述反馈电容器切换到所述反馈路径中，以调整所述反馈电容器网络的总电容来设置所述PGA的增益。

5.根据权利要求4所述的系统，其中：

所述反馈电容器网络包括通过第一开关与所述输入节点耦合，且通过第二开关与所述输出节点耦合的第一反馈电容器，所述第一开关和所述第二开关始终闭合，使得所述第一反馈电容器始终处于所述反馈路径；以及

所述反馈电容器网络包括通过第三开关与所述输入节点耦合，且通过第四开关与所述输出节点耦合的第二反馈电容器，所述第三开关和所述第四开关根据所述增益设置进行操作，使得所述第三开关和所述第四开关均根据所述PGA处于所述N个增益设置的第一个而关闭，并且所述第三开关和所述第四开关均根据所述PGA处于所述N个增益设置的第二个而打开。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：

比较器，所述比较器具有与由所述PGA产生的PGA输出信号耦合的第一输入比较器节点，与参考电压耦合的第二输入比较器节点，以及输出比较器节点，当所述PGA输出信号高于所述参考电压时，所述输出比较器节点输出第一比较器值，当所述参考电压高于所述PGA输出信号时，所述输出比较器节点输出第二比较器值；以及

计数器，与所述比较器耦合，并且用于对应于当检测到从所述第一比较器值到所述第二比较器值的变化时而停止计数，并且输出计数值。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器用于通过以下方式为每个Gn反复地执行各自的重置阶段转换：

根据所述Gn设定所述PGA的增益，所述PGA对应于处于自动归零AZ模式的像素信号而产生所述PGA输出信号；

将所述参考电压从低参考电平斜升到AZ阈值电平，所述低参考电平低于所述PGA输出信号的预判最低电平，而所述AZ阈值电平高于所述PGA输出信号；以及

随着斜升的开始触发所述计数器开始计数，使得停止所述计数时的计数值指示对应于Gn的BOn。