[发明专利]应用于图像传感器领域的高速单斜坡模数转换器

权利要求书

1.一种应用于图像传感器领域的高速单斜坡模数转换器，其特征是，结构如下：差分斜坡发生器输出两个全差分斜坡信号V_ramp+和V_ramp-，其中待量化输入信号V_sig+通过开关S1连接至电容C1的左极板上，V_sig-通过开关S2连接至电容C2的左极板上；电容C1的右极板连接至比较器的输入端V_in+，电容C2的右极板连接至比较器的输入端Vin-；差分斜坡信号V_ramp+连接至电容C3的左极板上，V_ramp-连接至电容C4的左极板上；电容C3连接至比较器的输入端V_in+，电容C4的右极板连接至比较器的输入端V_in-；比较器的输出端V_out输出信号V_{comp_out}；计数器包括参考时钟输入V_in__clk，计数使能输入端V_in__en，高n位二进制数字输出端datam:n+m-1；其中，计数器始能输入端V_in__en连接比较器输出信号V_{comp_out}，参考时钟输入端连接参考时钟信号CLK_ref；边沿检测电路包括两个输入端：V_in__comp和V_in__clk；以及两个输出端V_out__start和V_out__stop；其中V_in__comp连接比较器输出信号V_{comp_out}，V_in_clk连接参考时钟信号CLK_ref；V_out__start输出延时开始信号start，V_out__stop输出延时停止信号stop；TDC部分包括两个输入端：V_in__start和V_in__stop；一组输出端：低m位数字输出data0:m-1；其中，V_in__start连接start信号，V_in__stop连接stop信号；低m位数字输出端输出的二进制数data0:m-1与计数器的高n位二进制数字输出datam:n+m-1组合成的二进制数即为量化结果；其中：

在每个量化周期，斜坡发生器输出的全差分斜坡信号V_ramp+与V_ramp-与待量化的输入信号V_sig+和V_sig-同时接入到比较器的输入端，此时V_ramp+为V_{ref+_1}，V_ramp-为V_{ref-_1}，随后开关S1和S2闭合，将待量化输入信号V_sig+通过电容C1耦合至比较器V_in+，将待量化输入信号V_sig-通过电容C2耦合至比较器V_in-处，之后开关断开，V_ramp+由V_{ref+_1}跳变至V_{ref+_2}，V_ramp-由V_{ref-_1}跳变至V_{ref-_2}；随后V_ramp+由V_{ref+_2}随时间线性变化至V_{ref+_3}，V_ramp-由V_{ref-_2}随时间线性变化至V_{ref-_3}；同时计数器开始以参考时钟CLK_ref的频率计数，当比较器输入端V_in+和V_in-相等时，比较器翻转，计数器计数停止，计数器的datam:n+m-1将记下此时的计数结果；在比较器翻转的同时，V_{comp_out}将输出一个边沿信号，这个信号输入边沿检测电路，产生信号start，输入到TDC中的V_in__start，并在CLK_ref的下一个时钟上升沿到来时产生信号stop，送入TDC中的V_in__stop，于是细量化TDC可采样到比较器下降沿和下一个时钟上升沿之间的时间间隔，将其转换为二进制数，将低m位量化结果，即data0:m-1写入计数器的低位中；最终，datam:n+m-1和data0:m-1组合成的二进制数datan+m-1:0即为量化结果。

2.如权利要求1所述的应用于图像传感器领域的高速单斜坡模数转换器，其特征是，具体流程如下：输入信号V_sig+和V_sig-与斜坡信号V_ramp+和V_ramp-同时耦合至比较器的输入端Vin+和Vin-，随后斜坡信号V_ramp+和V_ramp-开始变化，斜坡电压将线性遍历所有可能出现的输出电压，计数器开始在参考时钟CLK_ref的激励下计数，此时参考时钟的入口为计数器的第五位，当斜坡信号和像素输出值相等时，比较器翻转，控制计数器停止计数，同时，通过时钟沿检测电路，分别在比较器刚刚翻转和比较器翻转之后的下一个时钟上升沿处产生细量化延时开始信号start和细量化延时停止信号stop，其中，start信号将送给细量化延时链的第一个延时单元的输入端，stop信号将送给与每一个延迟单元相连的D触发器的时钟输入端，这样，当stop信号到来时，延迟链上的D触发器将存入start信号在stop信号上升沿到来时的传播状态，随后，参考时钟CLK_ref和比较器输出的反相V_{comp_outb}通过一个多路复用器MUX连接至所有延迟单元的D触发器的时钟输入端clk，前一个延迟单元的D触发器的正向输出端Q和下一个延迟单元的输出通过一个MUX连接到下一个延迟单元的D触发器的数据输入端D，当需要把延迟链的延时状态读出时，选通比较器输出的反相以及下一个延迟单元的输出，选通参考时钟和前一个延迟单元的正向输出端Q时，延迟链的D触发器在时钟的作用下当作一个移位寄存器，将细量化停止时刻的延迟转播状态从高位至低位按位读出，并和参考时钟做与，驱动低位的计数器，此时参考时钟的入口为计数器的第一位，当移位寄存完成后，此时计数器当中的结果即为最终的量化结果。