[发明专利]一种用于斜波发生器的斜波非线性失真校正方法

说明书

本发明公开了属于模数转换及图像传感技术领域，特别涉及一种用于斜波发生器的斜波非线性失真校正方法。该斜波的非线性失真来源于数模转换器输出点的RC延迟，此非线性失真可以通过给数模转换器输出叠加一个阶跃信号来补偿，该阶跃信号的叠加可以在数模转换器的输入数字信号处实现；这个补偿的阶跃信号的大小与RC常数及输入斜率相关，可以通过校正来确定；本发明能够消除斜波初始阶段与控制斜率时拐点附近的非线性，使校正后斜波的误差面积将明显减小。

技术领域

本发明属于模数转换及图像传感技术领域，特别涉及一种用于斜波发生器的斜波非线性失真校正方法。

背景技术

在图像传感器系统中需要用到大量的阵列模数转换器。如横向像素数为4K的传感器，一般需要用到位于像素阵列上、下方各2000个模数转化器。单个模数转换器要求极小的面积，一般其中心距小于十微米。多个单斜波模数转换器有着可以共用一个斜波发生器的特点，每个模数转换器只需要包含一个比较器与计数器。因此，斜波发生器非常适合于该应用。近年来，图像传感器的分辨率及帧频越来越高，使得对其中的模数转换器要求越来越高的速度。单斜波模数转化器的性能主要由产生的斜波质量决定，斜波的斜率越大、线性度越高，则该模数转换器的速度越快、精度越高。然而在图像传感器中，由于斜波发生器需要负载数千个模数转化器，导致其在斜波的初始阶段会有较大的RC延迟失真形成一段曲线。图像传感器的另一个特点是在低光照时要求模数转化器有着高精度，在高光照时对其精度的要求会降低。低光照对应到斜波的初始阶段，斜波的失真会极大限制模数转换器的精度。高光照对应斜波的后半段，因为精度要求降低所以在有的图像传感器中会增大斜波斜率以提高速度。如精度要求每降低1比特则增大1倍斜率。然而在转变斜率时由于RC延迟失真会在转变点后形成一段曲线，该问题极大限制的斜率增大技术的应用。

基于上述问题，本发明提出一种斜波非线性失真校正技术，用于解决在斜波的初始阶段以及斜率转变后的非线性失真。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于斜波发生器的斜波非线性失真校正方法，其特征在于，斜波的非线性失真来源于数模转换器输出点的RC延迟，该非线性失真通过叠加一个阶跃信号来补偿，该阶跃信号可以在数模转换器的数字输入处叠加；具体操作包括；

1)，给数模转换器输入数字台阶信号时，设数模转换器采样周期为T_S，增益为1；输入信号斜率为k，输出点时间常数为τ；数模转换器的输出在时间点nT_S处的电压可以看做是n个斜率为k的阶跃信号kT_S在经过不同周期延迟后的叠加；阶跃信号的建立和叠加可以用下面公式表示，

当T_S趋近于0时，可积分得到最终的输出，由此看到数模转换器输出由kt和kτ(1-e^-t/τ)组成；第一部分kt是由输入数据决定的线性项，第二部分kτ(1-e^-t/τ)是一个典型的阶跃响应项；因此给数模转换器输出叠加一个适当大小的阶跃信号则可以补偿掉这个非线性的失真；这个补偿的阶跃信号的大小与时间常数及输入斜率相关；

2)所述补偿斜波的阶跃信号在数模转换器的输入即数字域进行补偿，在数字域输入的阶跃信号会反映到模拟输出，从而补偿斜波的非线性失真；该阶跃信号的大小可以通过下面的校准得到：由于数模转换器输出的斜波斜率只由数字输入频率以及数模转换器自身的电压范围决定，由此事先得知某两个数字输入代码D1、D2间对应的模拟电压差，类似于图像传感器中常见的从高到低扫描，代码D1、D2分别对应理想模拟输出V1_ideal与V2_ideal，设置初始阶跃信号大小ΔD＝0，当数模转换器的实际输出跨过V1_ideal、V2_ideal时，记录当时的数字输入分别为D1_real、D2_real，若(D1_real-D2_real)(D1-D2)则ΔD＝ΔD+1，若(D1_real-D2_real)(D1-D2)则ΔD＝ΔD-1，则可以得到需要加在数字输入处的ΔD的值；在实际扫描时，输入代码从最大Dmax开始跳至Dmax-ΔD，之后逐次减1；