[发明专利]用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器

说明书

本发明公开了一种用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器；包括纹波计数器、按位取反模块BWI、加法器和13位寄存器，在加法器之前设置反相器和按位取反模块BWI，所述纹波计数器输出数据位宽为7bit，是寄存器输出数据位宽的一半；同时，寄存器只需要13bit即可实现13bit的动态范围。实施中，由于纹波计数器输出数据位宽为7bit，是寄存器输出数据位宽的一半，因此反相器和选择器的数量相对于原来减少了一半。同时，该结构保证了寄存器数据不会有数据溢出的问题，因此寄存器只需要13bit即可实现13bit的动态范围，而无需溢出数据位寄存器。本专利采用一种前置BWI的特殊结构，大大减少了滤波器晶体管数量，降低功耗并节约成本。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，具体来讲是一种应用于CMOS图像传感器中的低功耗紧凑型数字抽取滤波器。

背景技术

在传统的列并行CMOS图像传感器中，采用Sigma-Delta调制器和数字抽取滤波器的组合实现像素的AD转换，由于像素阵列规模很大，因此将大规模重复使用调制器和抽取滤波器。因此对单个抽取滤波器的优化，将对整个系统带来功耗和面积上的巨大提升。本发明在保证速度和功耗的前提下，对晶体管数量进行优化，实现性能的提升。

如图1所示是一个传统的二阶数字抽取滤波器结构，其本质上是两级数字积分器级联而成，第一级数字积分器是一个纹波计数器(Ripple counter)，对调制器输出的高速码流BS计数；第二级是一个累加器，由加法器(Adder)和14位寄存器(14-bits Registers)两部分组成，14位寄存器保存每一次累加的结果，作为下一次累加的初值。此外，按位取反模块BWI是用于相关双采样过程，在一定的时序控制条件下，对寄存器数据取反，并送回加法器中。

由于当前传统数字抽取滤波器并未对晶体管数量和功耗进行最优化，因此需要加以改进。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器；当前传统数字抽取滤波器并未对晶体管数量和功耗进行最优化，本专利采用一种前置BWI的特殊结构，大大减少了滤波器晶体管数量，降低功耗并节约成本。

本发明是这样实现的，构造一种用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器，包括纹波计数器、按位取反模块BWI、加法器和13位寄存器，在加法器之前设置反相器和按位取反模块BWI，实现了晶体管数量的减少和功耗的降低。

另一方面，所述一种用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器，所述纹波计数器输出数据位宽为7bit，是寄存器输出数据位宽的一半；同时，寄存器只需要13bit即可实现13bit的动态范围。实施中，由于纹波计数器输出数据位宽为7bit，是寄存器输出数据位宽的一半，因此反相器和选择器的数量相对于原来减少了一半。同时，该结构保证了寄存器数据不会有数据溢出的问题，因此寄存器只需要13bit即可实现13bit的动态范围，而无需溢出数据位寄存器。

另一方面，所述一种用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器，该数字抽取滤波器按照相关双采样控制时序；实现时，采样时钟工作频率为50MHz，一次完整的相关双采样过程可以分为增加相位和减少相位两部分；在AD转换之前，纹波计数器和寄存器分别在和的控制下清零，同时BWI为高电平，即纹波计数器输出值累加到寄存器中存储，下一个时钟周期重复该过程，直至完成对复位信号的AD转换；然后重新清零纹波计数器，且BWI切换为低电平，纹波计数器输出按位取反后作为加法器的输入，持续相同的时钟周期后，完成对像素信号的AD转换。

另一方面，所述一种用于CMOS图像传感器的低功耗紧凑型数字抽取滤波器，在实现过程中，两次转换完成的是一个像素信号的采样和AD转换，最后得到的结果是两次AD转换结果之差；在完成相关双采样需要在AD转换阵列之后添加一个额外的单元对输出结果进行修正，以达到数学上的结果与传统方法一致。