[发明专利]一种多步单斜模拟数字信号转换装置

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种多步单斜模拟数字信号转换装置。

背景技术

高速CMOS图像传感器一般都采用列并行读出电路，每列读出电路都包含一个模拟数字信号转换装置(ADC)，整个高速CMOS图像传感器芯片的面积随着ADC面积的增加而线性增加。目前，用于高速CMOS图像传感器列并行读出电路的ADC主要有：单斜ADC、逐次逼近ADC等。单斜ADC结构简单、面积小，但其量化周期长，完成一次量化需要2^N个时钟周期，其中N为ADC的位数。逐次逼近ADC速度快，完成一次量化需要N个时钟周期，但每个逐次逼近ADC都包含一个DAC，面积大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决单斜ADC速度慢、逐次逼近ADC面积大的问题，本发明提供了一种多步单斜模拟数字信号转换装置，该装置与传统单斜ADC相比，具有速度快、对比较器指标要求低等优点，同时也具有传统单斜ADC面积小、功耗低的优点；与逐次逼近ADC相比具有面积小的优点。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种多步单斜模拟数字信号转换装置，包括采样保持求余放大模块1、斜坡和参考电压产生模块2、比较器3、计数器4、控制信号发生器5、数字校正单元6和输出模块7，其特征在于：需要量化的输入电压V_in被采样保持求余放大模块1采样后作为比较器3的一个输入信号V_SH1，与斜坡和参考电压模块2产生的斜坡电压V_ramp进行比较，V_ramp随计数器4输出值的增加而线性增加，当V_ramp大于V_SH1时，比较器3输出发生跳变，触发数字校正单元6内的寄存器锁存此时计数器4的值，即该多步单斜模拟数字信号转换装置ADC的第1步量化值；ADC的第1步的量化值经控制信号发生器5译码后产生选通信号，该选通信号从斜坡和参考电压产生模块2产生的参考电压中选择与ADC的第1步的量化值相应的参考电压V_R1，采样保持求余放大模块1对V_SH1与V_R1求余且放大A倍并采样后，输出采样电压V_SH2，V_SH2与斜坡电压V_ramp进行比较，进行第2步量化，其中若每步1.5bit，则A＝2¹＝2；若每步2.5bit，则A＝2²＝4；若每步3.5bit，则A＝2³＝8；……；第2步量化过程与第1步量化过程一样，第2步量化完成后进行第3，...，N_S步的求余、放大、采样及量化，第3，...，N_S步的求余、放大、采样及量化过程与第2步量化过程一样；以上N_S步量化得到的值，经数字校正单元6内的校正电路校正后得到ADC的量化值；ADC的量化值寄存在输出模块7内，在控制信号发生器5的控制下移位串行或并行输出。

上述方案中，若每步量化得到的数字信号位数为n位，则满足：N_S×(n-1)+1＝N，其中N_S为量化步数，N为ADC输出数字信号的位数。

上述方案中，输入电压V_in和地作为采样保持求余放大模块1的第1步量化的输入信号；采样保持求余放大模块1在第i步量化时的输出电压V_SHi以及斜坡和参考电压产生模块2产生的与ADC第i步量化值相应的参考电压V_Ri，二者共同作为采样保持求余放大模块1在第i+1步量化的输入电压，采样保持求余放大模块1对V_SHi和V_Ri求余、放大、采样后输出电压V_SH(i+1)，V_SH(i+1)与斜坡电压V_ramp进行比较，进行第i+1步量化，其中i＝1，2，...，N_S-1。

上述方案中，对于第i步量化，采样保持求余放大模块1输出电压V_SHi与斜坡电压产生模块产生的斜坡电压V_ramp作为比较器的输入，当V_ramp大于V_SHi时，比较器输出发生翻转，其中i＝1，2，...，N_S。