[发明专利]具有多种ADC模式的混合模/数转换器

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及混合模/数转换器，且特定来说(而非排他地)涉及在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的读出电路中所使用的那些混合模/数转换器。

背景技术

图像传感器是普遍存在的。其广泛用于数码静态相机、数码摄像机、蜂窝式电话、安全相机、医疗装置、汽车及其它应用中。

许多图像传感器应用受益于经增加的高动态范围(HDR)。一种增加斜坡模/数转换器(ADC)电路的分辨率的方式是通过增加计数器分辨率。此将增加计数器时间或将来自像素阵列的模拟输出电压转换成用于构造数字图像的数字值所需的时间，此又将降低帧速率。举例来说，为了将斜坡ADC分辨率从10个位增加到13个位将使得计数器时间增加8倍且可将帧速率减少几乎八分之一。

在斜坡ADC中实现经增加高动态范围的另一方式是通过减少斜坡产生器上的噪声。然而，此将增加电力消耗且需要硅面积来增加图像传感器的高动态范围。

发明内容

在一个方面中，本申请案涉及一种混合模/数转换器(ADC)，其具有用于产生数字信号的至少一个位的逐次逼近寄存器(SAR)ADC模式及用于产生所述数字信号的至少一个额外位的斜坡ADC模式。所述混合ADC包括：取样级，其经耦合以接收模拟输入并对所述模拟输入进行取样；比较器，其具有输入，所述比较器经耦合以将所述取样级的输出与第一参考电压进行比较；斜坡信号产生器，其经耦合以选择性地将斜坡信号提供到所述比较器的所述输入；偏移级，其经耦合以选择性地将可变偏移电压提供到所述比较器的所述输入；寄存器，其经耦合以控制所述偏移级以响应于所述比较器的输出而设定所述偏移电压的量值；计数器，其耦合到所述比较器的所述输出以当所述ADC在所述斜坡ADC模式中时提供数字计数；及控制电路，其经耦合以控制所述斜坡信号产生器及所述寄存器，其中当在所述SAR ADC模式中时，所述控制电路经配置以启用所述寄存器来控制所述偏移级以响应于所述比较器的所述输出而设定所述偏移电压的所述量值；且当在所述斜坡ADC模式中时，所述控制电路经配置以启用所述斜坡信号产生器以将所述斜坡信号提供到所述比较器的所述输入；及启用所述计数器以响应于所述比较器的所述输出而开始提供所述数字计数。

在另一方面中，本申请案涉及一种用于产生数字图像数据的图像传感器。所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的像素中的至少一者；及读出电路，其耦合到所述位线以从所述至少一个像素读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含混合模/数转换器(ADC)，所述混合ADC具有用于产生所述数字图像数据的至少一个位的逐次逼近寄存器(SAR)ADC模式及用于产生所述数字图像数据的至少一个额外位的斜坡ADC模式。所述混合ADC包含：取样级，其经耦合以接收所述模拟图像数据并对所述模拟图像数据进行取样；比较器，其具有输入，所述比较器经耦合以将所述取样级的输出与第一参考电压进行比较；斜坡信号产生器，其经耦合以选择性地将斜坡信号提供到所述比较器的所述输入；偏移级，其经耦合以选择性地将可变偏移电压提供到所述比较器的所述输入；寄存器，其经耦合以控制所述偏移级以响应于所述比较器的输出而设定所述偏移电压的量值；计数器，其耦合到所述比较器的所述输出以当所述ADC在所述斜坡ADC模式中时提供数字计数；及控制电路，其经耦合以控制所述斜坡信号产生器及所述寄存器，其中当在所述SAR ADC模式中时，所述控制电路经配置以启用所述寄存器来控制所述偏移级以响应于所述比较器的所述输出而设定所述偏移电压的所述量值；且当在所述斜坡ADC模式中时，所述控制电路经配置以启用所述斜坡信号产生器以将所述斜坡信号提供到所述比较器的所述输入；启用所述计数器以响应于所述比较器的所述输出而开始提供所述数字计数。

在另一方面中，本申请案涉及一种借助混合模/数转换器(ADC)将模拟图像数据转换成数字图像数据的方法。所述方法包括：对从图像传感器的列位线接收的所述模拟图像数据进行取样；在所述混合ADC的比较器的输入处接收所述经取样模拟图像数据，其中所述比较器经耦合以将所述模拟图像数据与第一参考电压进行比较；当所述混合ADC在逐次逼近寄存器(SAR)模/数(ADC)模式中时，借助所述混合ADC产生所述数字图像数据的一个或一个以上最高有效位(MSB)；及当所述混合ADC在斜坡ADC模式中时，借助所述混合ADC产生所述数字图像数据的一个或一个以上最低有效位。

附图说明