模数转换器及模数转换方法技术

一种模数转换器，包括共用电路和至少一个列电路，其中，所述共用电路包括斜坡产生器，所述斜坡产生器用于为所述列电路提供模数转换所需的斜坡信号；每个所述列电路包括：M位的单斜模数转换器，用于对输入的模拟信号进行高M位量化，以转换为高M位量化码值；和N‑M位的循环结构模数转换器，用于对输入的模拟信号进行低N‑M位量化，以转换为低N‑M位量化码值，并将所述高M位量化码值与低N‑M位量化码值合并为N位数字信号后输出，M、N均为大于等于1的整数且N＞M。本发明专利技术将单斜模数转换器与循环结构模数转换器相结合，可实现高速低功耗的列级ADC。

【技术实现步骤摘要】
模数转换器及模数转换方法
本专利技术涉及集成电路设计领域，具体涉及一种模数转换器及模数转换方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的迅速发展，模数转换器(ADC)已广泛应用于各个领域，以将模拟信号转换为数字信号。目前，应用于CMOS图像传感器中的ADC有三种不同的类型：像素级ADC、列级ADC和芯片级ADC。其中列级ADC相比于芯片级ADC对速度要求不高，因此降低了芯片的功耗和设计难度；同时列级ADC相比于像素级ADC，提高了CMOS图像传感器的光敏感度。因此列级ADC在图像传感器中有着广泛的应用。现有的列级ADC中有两种常见的实现方式：单路斜坡ADC(简称单斜ADC)及循环结构(Cyclic)ADC。单斜ADC结构简单，易于实现，功耗低，但其缺点是转换周期长，N位的单斜ADC需要2N-1个时钟周期才能完成一次转换。相对地，N位CyclicADC只需要N个时钟周期即可完成一次转换，但由于其采用乘2电路及码值校正技术，随着精度位数的增加其功耗非常大，从而阻碍了其作为高速列级ADC的应用。
技术实现思路
针对上述问题，为了克服单斜ADC速度不高而高速CyclicADC的功耗太大的缺点，本专利技术一方面提供了一种模数转换器，包括共用电路和至少一个列电路，其中，所述共用电路包括斜坡产生器，所述斜坡产生器用于为所述列电路提供模数转换所需的斜坡信号；每个所述列电路包括：M位的单斜模数转换器，用于对输入的模拟信号进行高M位量化，以转换为高M位量化码值；和N-M位的循环结构模数转换器，用于对输入的模拟信号进行低N-M位量化，以转换为低N-M位量化码值，并将所述高M位量化码值与低N-M位量化码值合并为N位数字信号后输出，M、N均为大于等于1的整数且N＞M。在一些实施例中，所述共用电路包括第一斜坡产生器和第二斜坡产生器，所述第一斜坡产生器用于产生第一斜坡信号，所述第二斜坡产生器用于产生第二斜坡信号，所述第一斜坡信号的大小比所述第二斜坡信号高一个台阶；所述第一斜坡信号作为所述单斜模数转换器的参考电压信号；所述第一斜坡信号和第二斜坡信号分别作为所述循环结构模数转换器的高参考电压信号和低参考电压信号。在一些实施例中，其特征在于，所述单斜模数转换器包括比较器、M位计数器和M位寄存器，所述第一斜坡信号输入到所述比较器的正输入端，待转换的模拟信号输入到所述比较器的负输入端；所述M位计数器用于高M位量化时的计数；所述比较器和所述M位计数器的输出结果均输入到所述M位寄存器中存储。在一些实施例中，其特征在于，所述第一斜坡信号及第二斜坡信号分别通过第一开关及第二开关为所述循环结构模数转换器提供高参考电压信号和低参考电压信号。在一些实施例中，其特征在于，所述第一开关及第二开关与所述循环结构模数转换器之间分别通过第一电容及第二电容接地。本专利技术另一方面提供了一种模数转换方法，其特征在于，包括：提供M位的单斜模数转换器，对输入的模拟信号进行高M位量化，以将模拟信号转换为高M位量化码值；提供N-M位的循环结构模数转换器，对输入的模拟信号进行低N-M位量化，以将模拟信号转换为低N-M位量化码值；将所述高M位量化码值与低N-M位量化码值合并为N位数字信号后输出，M、N均为大于等于1的整数且N＞M。在一些实施例中，使用一个共用电路为所述单斜模数转换器和循环结构模数转换器提供模数转换所需的斜坡信号。在一些实施例中，所述共用电路包括第一斜坡产生器和第二斜坡产生器，所述第一斜坡产生器用于产生第一斜坡信号，所述第二斜坡产生器用于产生第二斜坡信号，所述第一斜坡信号的大小比所述第二斜坡信号高一个台阶；所述第一斜坡信号作为所述单斜模数转换器的参考电压信号；所述第一斜坡信号和第二斜坡信号分别作为所述循环结构模数转换器的高参考电压信号和低参考电压信号。基于上述技术方案可知，本专利技术至少取得了以下有益效果：本专利技术提供的模数转换器和模数转换方法将单斜ADC与CyclicADC相结合，与单斜ADC相比，由于采用了CyclicADC进行低位数据量化，使得量化速度大大加快；与CyclicADC相比，由于采用了单斜ADC进行高位数据量化，使得CyclicADC需要量化的位数减少，从而大大减少了功耗。因此本专利技术提供的方案可实现高速低功耗的列级ADC。附图说明图1为本专利技术的实施例中的模数转换器的结构示意图；图2为本专利技术的实施例中的模数转换器的原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。图1为本专利技术的一个实施例的模数转换器的结构示意图，如图1所示，包括共用电路和至少一个列电路。其中共用电路包括斜坡产生器，斜坡产生器用于为列电路提供模数转换所需的斜坡信号。每个列电路包括：M位的单斜ADC103和N-M位的CyclicADC104(M、N均为大于等于1的整数且N＞M)。单斜ADC103用于对输入的模拟信号Vin进行高M位量化，以转换为高M位量化码值；CyclicADC104用于对输入的模拟信号Vin进行低N-M位量化，以转换为低N-M位量化码值，并将高M位量化码值与低N-M位量化码值合并为N位数字信号后输出。根据一些实施例，单斜ADC103对模拟信号Vin的量化为粗量化，CyclicADC104对模拟信号Vin的量化为细量化。本专利技术的实施例提供了一种列级ADC，包括至少一个作为ADC主体的列电路和各个列电路共用的共用电路。本专利技术的实施例提供的列级ADC将单斜ADC与CyclicADC结合，采用单斜ADC进行高位数据量化，采用CyclicADC进行低位数据量化。该方案克服了单斜ADC速度不高而高速CyclicADC的功耗太大的缺点，可实现高速低功耗的列级ADC。优选地，共用电路包括第一斜坡产生器101和第二斜坡产生器102。第一斜坡产生器101用于产生第一斜坡信号Vramp1，第二斜坡产生器102用于产生第二斜坡信号Vramp2。第一斜坡信号Vramp1作为单斜ADC103的参考电压信号；同时，第一斜坡信号Vramp1和第二斜坡信号Vramp2分别作为CyclicADC104的高参考电压信号和低参考电压信号。进一步参照图2，第一斜坡信号Vramp1的大小比第二斜坡信号Vramp2高一个台阶。根据一些实施例，单斜ADC103包括比较器、M位计数器和M位寄存器。第一斜坡信号Vramp1输入到比较器的正输入端，待转换的模拟信号Vin输入到比较器的负输入端；M位计数器用于高M位量化时的计数；M位寄存器用于存储高M位量化码值；比较器和M位计数器的输出结果均输入到M位寄存器中存储。根据一些实施例，列电路中还包括第一开关S1和第二开关S2。第一斜坡信号Vramp1及第二斜坡信号Vramp2分别通过第一开关S1及第二开关S2为CyclicADC104提供高参考电压信号和低参考电压信号。根据一些实施例，列电路中还包括第一电容C1和第二电容C2。第一开关S1及第二开关S2与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模数转换器，包括共用电路和至少一个列电路，其中，所述共用电路包括斜坡产生器，所述斜坡产生器用于为所述列电路提供模数转换所需的斜坡信号；每个所述列电路包括：M位的单斜模数转换器，用于对输入的模拟信号进行高M位量化，以转换为高M位量化码值；和N‑M位的循环结构模数转换器，用于对输入的模拟信号进行低N‑M位量化，以转换为低N‑M位量化码值，并将所述高M位量化码值与低N‑M位量化码值合并为N位数字信号后输出，M、N均为大于等于1的整数且N＞M。

【技术特征摘要】
1.一种模数转换器，包括共用电路和至少一个列电路，其中，所述共用电路包括斜坡产生器，所述斜坡产生器用于为所述列电路提供模数转换所需的斜坡信号；每个所述列电路包括：M位的单斜模数转换器，用于对输入的模拟信号进行高M位量化，以转换为高M位量化码值；和N-M位的循环结构模数转换器，用于对输入的模拟信号进行低N-M位量化，以转换为低N-M位量化码值，并将所述高M位量化码值与低N-M位量化码值合并为N位数字信号后输出，M、N均为大于等于1的整数且N＞M。2.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述共用电路包括第一斜坡产生器和第二斜坡产生器，所述第一斜坡产生器用于产生第一斜坡信号，所述第二斜坡产生器用于产生第二斜坡信号，所述第一斜坡信号的大小比所述第二斜坡信号高一个台阶；所述第一斜坡信号作为所述单斜模数转换器的参考电压信号；所述第一斜坡信号和第二斜坡信号分别作为所述循环结构模数转换器的高参考电压信号和低参考电压信号。3.如权利要求2所述的模数转换器，其中，所述单斜模数转换器包括比较器、M位计数器和M位寄存器，所述第一斜坡信号输入到所述比较器的正输入端，待转换的模拟信号输入到所述比较器的负输入端；所述M位计数器用于高M位量化时的计数；所述比较器和所述M位计数器的输出结果均输入到所述M位寄存器中存储。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文静，陈杰，高岑，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11