一种斜坡式模数转换电路制造技术

技术编号:17788667 阅读:47 留言:0更新日期:2018-04-25 01:38
本实用新型专利技术公开了一种斜坡式模数转换电路。所述斜坡式模数转换电路包括模数转换装置、切换矩阵、第一积分电容至第M积分电容,第一开关至第2M开关,M为大于等于2的任意整数;所述切换矩阵的第i输出端连接第i开关的控制端,第i+M输出端连接第i+M开关的控制端,所述第i开关的第一端共同作为所述模数转换电路的输入端,第i开关的第二端连接第i积分电容的第一端以及第i+M开关的第一端,第i积分电容的第二端共地。本实用新型专利技术由于通过多个积分电容轮流对电流积分并转换为电压信号,在不改变元件型号的情况下,减少了转换周期,能够提高斜坡比较模数转换电路的极限分辨率,或者提高转换速率。

A slope type analog to digital conversion circuit

The utility model discloses a ramp analog to digital converter circuit. The sloped analog to digital conversion circuit includes an analog digital conversion device, a switching matrix, a first integral capacitor to a M integral capacitor, the first switch to the 2M switch, and the M as an arbitrary integer greater than or equal to 2; the I output end of the switching matrix connects the control end of the I switch and the i+M transmission end connected to the control end of the i+M switch. The first end of the I switch serves as the input end of the analog digital conversion circuit, the second end of the I switch connects the first end of the I integral capacitor and the first end of the i+M switch, and the second end of the I integral capacitance. The utility model can reduce the conversion cycle without changing the element model, and can increase the limit resolution of the slope comparison analog conversion circuit, or increase the conversion rate, because the current integral is integrated and converted to the voltage signal through a plurality of integral capacitance.

【技术实现步骤摘要】
一种斜坡式模数转换电路
本技术属于导体和集成电路
,更具体地,涉及一种斜坡式模数转换电路。
技术介绍
模数转换电路是模拟和数字电路接口的关键部分,用于将模拟信号转换为数字信号。在应用了数字化输出的成像系统中,模数转换电路分为:面阵级、列级以及像素级。其中,列级是指整个图像传感器每列共用一个模数转换电路,面阵图像逐行积分,通过行选择器切换到模数转换电路输入端。其中,流水型模数转换电路他逐次逼近型(SAR型)模数转换电路由于面积和功耗限制,不适用以列级AD方式应用于面阵图像系统中,只能以面阵级AD方式使用,而该方式会随着面阵中像素、帧频增加而线性增加,列级面阵图像系统采用斜坡式模数转换电路。斜坡式模数转换电路采用卷帘式快门逐行积分,其结构示意图如图1所示。第一开关S1的第一端作为模数转换电路的输入端,第一开关S1的第二端连接积分电容C1的第一端、第二开关S2的第一端以及第三开关S3的第一端,积分电容C1的第二端与第三开关S3的第二端共地,第二开关S2的第二端连接比较器103的第一输入端,斜坡发生器101的输出端连接比较器103的第二输入端,比较器103的输出端连接锁存器104的第一输入端,计数器102的第一输出端连接锁存器的第二输入端,锁存器的输出端作为所述模数转换电路的输出端;同时,该模数转换电路还包括用于控制开关的切换矩阵,切换矩阵的输入端连接计数器的第二输出端,计数器每过一个计时周期2n(n为计数器的位数),都向切换矩阵发出一个切换信号,切换矩阵根据该切换信号进行开关的控制。该模数转换电路一个完整的工作周期包括积分阶段以及比较阶段。积分阶段的初始,第一开关S1和第三开关S3闭合,第二开关S2断开,积分电容C1放电;然后第三开关S3迅速断开,待测电流从第一开关S1流入积分电容C1转换为积分电容C1两端的积分电压,且该积分电压与积分电流的大小成正比;在比较阶段,第二开关S2闭合,第三开关S3和第一开关S1断开,积分电容两端的积分电压输入比较器的第一端;在此同时,斜坡发生器产生一个根据比较时间t线性增长的斜坡电压Vc·t,且计数器的计数N以时钟周期t0为间隔从1计数至2n(n为计数器的位数,t=t0·N);当斜坡电压Vc·t大于积分电压的瞬间,比较器输出一控制信号,触发锁存器记录下计数器的当前计数N,在比较阶段的结尾输出作为模数转换电路输出的数字信号,完成模数转换过程;然后返回放电阶段如此循环往复。该模数转换电路在卷帘式面阵图像传感器类应用中广泛使用,然而其最大的缺点是,每一次模数转换的时间=2×2n个时钟周期。在列级面阵图像系统中,随着面阵逐渐增大,帧频逐渐加快,最大行周期也逐渐缩短。由于模数转换的时间必须要小于行周期,则必须降低计数器的位数n或者减小时间周期才能满足要求。而降低计数器的位数n必然影响模数转换电路的分辨率;因此,在分辨率不受到影响的情况下必须减小时间周期,这就造成了计数器需要高速时钟用于计数,从而给计数器和后续的数字电路设计带来极大的挑战。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本技术提供了一种斜坡式模数转换电路,其目的在于通过设置多个积分电容,从而缩短模数转换电路的工作周期,从而使得模数转换电路能应用于高帧频大面阵列级的图像传感器。为实现上述目的,按照本技术的一个方面,提供了一种斜坡式模数转换电路,包括模数转换装置、切换矩阵、第一积分电容至第M积分电容,第一开关至第2M开关,M为大于等于2的任意整数;所述切换矩阵的第i输出端连接第i开关的控制端,第i+M输出端连接第i+M开关的控制端,所述第i开关的第一端共同作为所述模数转换电路的输入端,第i开关的第二端连接第i积分电容的第一端以及第i+M开关的第一端,第i积分电容的第二端共地,所述第i+M开关的第二端连接模数转换装置的第i输入端,所述模数转换装置的输出端作为所述模数转换电路的输出端,i为1~M的任意整数;所述切换矩阵用于控制第一开关至第2M开关的开合,使第一积分电容至第M积分电容依次获得待测电流信号,且在第i积分电容获得待测电流信号时,除第i积分电容外的积分电容与模数转换装置相连;所述第i积分电容用于将待测电流信号转换为电压信号;所述模数转换装置用于依次通过第一积分电容至第N积分电容的电压信号,获得与待测电流信号对应的数字信号。优选地,所述模数转换装置包括一个至多个转换单元,所述转换单元包括比较器、斜坡发生器、计数器以及锁存器;所述比较器的第一输入端作为所述转换单元的输入端,所述斜坡发生器的输出端连接比较器的第二输入端,所述比较器的输出端连接锁存器的第一输入端,所述计数器的输出端连接锁存器的第二输入端,所述锁存器的输出端作为所述转换单元的输出端。作为进一步优选地,所述转换单元包括第一转换单元、第二转换单元…、以及第M转换单元,所述第i转换单元的输入端作为所述模数转换装置的第i输入端,输出端共同作为所述模数转换装置的输出端。作为进一步优选地,M为偶数,所述转换单元包括第一转换单元、第二转换单元…、以及第M/2转换单元,所述第j转换单元的第一输入端作为所述模数转换装置的第j输入端,第二输入端作为所述模数转换装置的第j+M/2输入端,输出端共同作为所述模数转换装置的输出端,j为1~M/2的任意整数。作为进一步优选地,所述斜坡发生器包括串联的电流源、斜坡放电开关以及斜坡电容,所述斜坡电容的第一端作为所述斜坡发生器的输出端;所述电流源用于获得恒定电流I0,所述斜坡放电开关用于在所述斜坡发生器处于非工作状态时闭合放电,使斜坡电容两端电压归零,所述斜坡电容用于根据恒定电流I0,获得斜坡电压U0=I0t/C,t为斜坡电容积分的时间,C为斜坡电容的电容值。优选地,所述斜坡式模数转换电路还包括放电开关,所述放电开关的第一端连接第i开关的第一端,第二端与第i积分电容的第二端共地,所述切换矩阵的第2M+1输出端连接放电开关的控制端;所述放电开关用于在第i积分电容获得输入信号时迅速闭合后断开,使得第i积分电容的电压归零。按照本技术的另一个方面,还提供了一种斜坡式模数转换电路,包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元、切换矩阵、第一积分电容、第二积分电容、第三积分电容,第一开关至第七开关;所述切换矩阵的第一输出端至第七输出端分别连接第一开关至第七开关的控制端,所述第一开关、第二开关、第三开关以及第七开关的第一端共同作为所述模数转换电路的输入端,第一开关的第二端连接第一积分电容的第一端以及第四开关的第一端,第二开关的第二端连接第二积分电容的第一端以及第五开关的第一端,第三开关的第二端连接第三积分电容的第一端以及第六开关的第一端,第七开关、第一积分电容、第二积分电容以及第三积分电容的第二端共地,第四开关的第二端连接第一转换单元的输入端,第五开关的第二端连接第二转换单元的输入端,第六开关的第二端连接第三转换单元的输入端,第一转换单元、第二转换单元以及第三转换单元的输出端共同作为所述模数转换电路的输出端;所述切换矩阵用于控制第一开关至第六开关的开合,使第一积分电容至第三积分电容依次获得待测电流信号,且在某一积分电容获得输入信号时,其它两个积分电容都与对应的转换单元相连;所述切换矩阵还用于控制第七开关的开合,使第一积分电容本文档来自技高网
...
一种斜坡式模数转换电路

【技术保护点】
一种斜坡式模数转换电路,其特征在于,包括模数转换装置、切换矩阵、第一积分电容至第M积分电容、第一开关至第2M开关,M为大于等于2的任意整数;所述切换矩阵的第i输出端连接第i开关的控制端,第i+M输出端连接第i+M开关的控制端,所述第i开关的第一端共同作为所述模数转换电路的输入端,第i开关的第二端连接第i积分电容的第一端以及第i+M开关的第一端,第i积分电容的第二端共地,所述第i+M开关的第二端连接模数转换装置的第i输入端,所述模数转换装置的输出端作为所述模数转换电路的输出端,i为1~M的任意整数。

【技术特征摘要】
1.一种斜坡式模数转换电路,其特征在于,包括模数转换装置、切换矩阵、第一积分电容至第M积分电容、第一开关至第2M开关,M为大于等于2的任意整数;所述切换矩阵的第i输出端连接第i开关的控制端,第i+M输出端连接第i+M开关的控制端,所述第i开关的第一端共同作为所述模数转换电路的输入端,第i开关的第二端连接第i积分电容的第一端以及第i+M开关的第一端,第i积分电容的第二端共地,所述第i+M开关的第二端连接模数转换装置的第i输入端,所述模数转换装置的输出端作为所述模数转换电路的输出端,i为1~M的任意整数。2.如权利要求1所述的斜坡式模数转换电路,其特征在于,所述模数转换装置包括一个至多个转换单元,所述转换单元包括比较器、斜坡发生器、计数器以及锁存器;所述比较器的第一输入端作为所述转换单元的输入端,所述斜坡发生器的输出端连接比较器的第二输入端,所述比较器的输出端连接锁存器的第一输入端,所述计数器的输出端连接锁存器的第二输入端,所述锁存器的输出端作为所述转换单元的输出端。3.如权利要求2所述的斜坡式模数转换电路,其特征在于,所述转换单元包括第一转换单元、第二转换单元…、以及第M转换单元,所述第i转换单元的输入端作为所述模数转换装置的第i输入端,输出端共同作为所述模数转换装置的输出端。4.如权利要求2所述的斜坡式模数转换电路,其特征在于,M为偶数,所述转换单元包括第一转换单元、第二转换单元…、以及第M/2转换单元,所述第j转换单元的第一输入端作为所述模数转换装置的第j输入端,第二输入端作为所述模数转换装置的第j+M/2输入端,输出端共同作为所述模数转换装置的输出端,j为1~M/2的任意整数。5.如权利要求2所述的斜坡式模数转换电路,其特征在于,所述斜坡发生器包括串联的电流源、斜坡放电开关以及...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄晟何耀
申请(专利权)人:武汉微智芯科技有限公司
类型:新型
国别省市:湖北,42

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1