[发明专利]低噪声列并行单斜式微光图像传感器模数转换器

权利要求书

1.一种低噪声列并行单斜式微光图像传感器模数转换器，其特征是，包括比较器、计数器、斜坡发生器及输入电压判断模块，斜坡发生器产生正负两相输出V_ramp+、V_ramp-，通过信号Choose_ramp及其反相信号控制开关，分别使正/负向斜坡输入到比较器中，比较器对斜坡信号和像素输出信号V_pixel进行对比，产生信号Comp_out，通过输入电压判断模块对信号Comp_out的判断确定输入电压V_pixel是否较低电平，产生信号Mode，通过Mode控制信号Choose_ramp的形状，从而选择输入到比较器的为正/负斜坡，同时信号Mode也控制计数器，改变计数器的计数方式。

2.如权利要求1所述的低噪声列并行单斜式微光图像传感器模数转换器，其特征是，量化过程分为复位信号阶段、斜坡选择阶段和采样信号阶段，其中复位信号阶段用来量化来自像素的复位信号；斜坡选择阶段用来判断输入光强的大小，从而确定斜坡输入方式和采样次数；采样信号阶段用来量化像素的曝光信号。

3.如权利要求1所述的低噪声列并行单斜式微光图像传感器模数转换器，其特征是，在斜坡选择阶段将斜坡电压设置在V_top/2附近,V_top为斜坡的最高电压，大小为V_ref，当V_pixelV_ref时，能够判定ADC输入电压较小，传感器处于较低照度；当V_pixelV_ref时，能够判定ADC输入电压较大，传感器处于较高照度,其中，信号Mode用来反映输入电压是否处于较高水平以及SS ADC采样次数；信号Choose_ramp用来选择正/负斜坡，高电平时选择正向斜坡，低电平时选择反向斜坡；

V_pixelV_ref时，采样次数为2，在斜坡选择阶段比较器不翻转，信号Mode始终为低电平，信号Choose_ramp始终为高电平，意味着输入比较器的斜坡信号始终是正向的斜坡V_ramp+，通过斜坡选择阶段的预判断，在采样信号阶段将进行M＝2的CMS操作，但是在复位信号阶段计数器已经采样了四次复位信号，其中只有前两次采样结果是需要的，对这种情况的处理方式如下：在复位信号阶段第二次量化完成时，通过信号Latch将此时计数器的结果锁存，在斜坡选择阶段确定采样次数为2后通过信号Return把锁存的计数结果返回到每一位计数器，使计数器回到复位信号阶段第二次采样结束后的状态，因此计数器的计数结果将变为对复位信号阶段信号两次采样的结果；

V_pixelV_ref时，采样次数为4，在斜坡选择阶段比较器向上翻转，此上升沿触发信号Mode变为高电平，由信号Mode控制产生信号Choose_ramp，采样信号阶段的斜坡是由斜坡发生器产生的差分斜坡V_ramp+和V_ramp-构成的，正负斜坡通过信号Choose_ramp来选择：当Choose_ramp为高电平时，输入正向斜坡V_ramp+，当Choose_ramp为低电平时，选择反向斜坡V_ramp-，将最终得到信号V_ramp输入到比较器，此时采样次数为4，所以在复位信号阶段的计数结果全部有效，信号Return的高电平不产生，信号Latch第一次锁存的信号不起作用；

对于电压V_ref，将其设置在稍低于V_top/2的电平，V_top为斜坡的最高电压，在量化周期的最后将多次采样的结果取平均值，当信号Mode为高电平时，计数码值为4次采样的结果；当信号Mode为低电平时，计数码值为2次采样的结果，分别用计数码值与采样次数相除，得到最终的量化结果。

4.如权利要求1所述的低噪声列并行单斜式微光图像传感器模数转换器，其特征是，计数器具体结构是，每一位计数器由位宽反相器BWI(Bit Width Inverter)模块、D触发器和锁存器组成，其中BWI模块用于在复位信号阶段结束后对计数结果取相反数的操作，在ADC转换周期的开始，控制BWI模块的输出从“0”变到“1”，在每一位计数器的D触发器输入端产生一个上升沿，使计数器从-1开始计数，在计数器计数工作时，BWI模块的作用相当于反相器，在复位信号阶段后，BWI模块再次分别输出信号“0”和“1”，产生的上升沿传入对应位的D触发器，将每一位计数器的计数结果取反，起到将计数结果取相反数的效果；

每一位计数器后面都需要连接一个锁存器，在转换周期的最后，通过信号Latch控制锁存器，将11位计数器的结果锁存以方便后续计数结果的读出；除此之外，锁存器也起到临时存储的作用，在复位信号阶段第二次采样完成后信号Latch产生一段时间的高电平控制锁存器，将每一位计数器的计数结果锁存，当信号Return为高电平时，锁存结果Q和Q'分别送到计数器的置位和复位端口，当锁存的结果为“1”时，对该位的计数器置位，计数器输出结果为“1”；当锁存结果为“0”时，对该位的计数器复位，计数器输出结果为“0”，通过这个操作起到将预先锁存的结果送到计数器的作用，对于采样次数为2的情况起作用。