模数转换器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种模数转换器及其控制方法。其中模数转换器包括斜坡发生器，其用于给多个列内电路分别提供了斜坡电压；粗量化计数器，其用于根据每个粗量化时钟周期步长与所述斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；延迟锁相环，其用于产生多个时钟信号，以把一个粗量化时钟周期步长分为多个相位区间；列内电路，其用于比较所述斜坡电压和待检测电压的大小，当比较结果发生变化时，产生一个跳变信号并根据所述跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果和细量化数据结果。本发明专利技术的模数转换器实现了数字输出，降低了噪声、功耗、使用难度和成本，同时还实现了机芯模数转换器的国产化。转换器的国产化。转换器的国产化。

【技术实现步骤摘要】
模数转换器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及模数转换器，特别是涉及红外成像技术中的非制冷红外焦平面阵列读出电路。

技术介绍

[0002]目前，非制冷红外成像技术在军事、工农业、医学、天文等领域有着重要的应用。作为非制冷红外成像技术核心的红外焦平面阵列，包括红外探测器阵列和读出电路两部分。其中，微测辐射热计焦平面阵列(FPA)具有较高的灵敏度，是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列，其工作原理是热敏材料吸收入射的红外辐射后温度改变，从而引起自身电阻值的变化，通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。
[0003]微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构。桥面沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料，桥面由两条具有良好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑，桥腿与衬底的接触点为桥墩，桥墩电学上连接到微测辐射热计下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和桥墩，热敏材料连接到读出电路的电学通道中，形成一个对温度敏感并连接到读出电路上的像素单元，简称像元。敏感像元又称为敏感微测辐射热计，与之对应的有两种盲像元，其中一种桥面与衬底热学短路，温度恒等于衬底温度，称为热短路像元；另一种是结构与敏感微测辐射热计完全相同，但是被遮挡了，所以不能感应目标辐射，称为被遮挡像元。利用这两种盲像元可以有效抵消敏感像元阻值随衬底温度变化带来的输出电压波动，实现无TEC(热电制冷器)功能。
[0004]读出电路的作用则是对敏感像元的响应信号进行处理(比如滤波、放大)和读出，并对像元电阻的非均匀性进行校正。传统的读出电路输出的是模拟电压，需要机芯用户在片外使用高速高精度模数转换器(ADC)。这不仅增加了系统的噪声、功耗、使用难度和成本，还不利于机芯产品的国产化。为此，本专利技术提供了一种用于非制冷红外探测器的高精度、高输入范围、低时钟速率的带时数变换的单斜率ADC，实现了数字输出，降低了噪声、功耗、使用难度和成本，同时还实现了机芯模拟转换器的国产化。这种ADC高位M比特由单斜率ADC完成，而低位L比特通过时间
‑
数字变换(时数变换，TDC)得到。时数变换需要外部通过延迟锁相环(DLL)产生2
L
或2
L
‑1个等相位间距的时钟。列内电路判断比较器翻转的时刻属于哪一个相位区间，从而完成了低位L比特的量化。以14比特ADC为例，高位M可以取10，低位L可以取4。

技术实现思路

[0005]在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]本专利技术解决的技术问题是提供一种模数转换器，实现了数字输出，方便用户使用。
[0007]本专利技术提供了一种模数转换器，其特征在于包括：
[0008]斜坡发生器，其用于在量化阶段给多个列内电路分别提供了斜坡电压；
[0009]粗量化计数器，其在所述量化阶段用于根据每个粗量化时钟周期步长与所述斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；
[0010]延迟锁相环，其用于产生具有相等相位间距的多个时钟信号，以把一个粗量化时钟周期步长分为多个相位区间；
[0011]列内电路，其用于比较所述斜坡电压和待检测电压的大小，当比较结果发生变化时，产生一个跳变信号，其中所述列内电路包括：
[0012]细量化区间确定电路，其用于确定所述跳变信号位于由所述多个时钟信号划分的一个所述粗量化时钟周期步长中的相位区间；
[0013]所述列内电路根据所述跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果，并根据所述跳变信号所位于的所述相位区间锁存此刻的细量化数据结果。
[0014]本专利技术还提供了一种模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：
[0015]所述斜坡发生器在所述量化阶段给多个所述列内电路分别提供了所述斜坡电压；
[0016]所述粗量化计数器在所述量化阶段根据每个所述粗量化时钟周期步长与所述斜坡电压同步计数所述粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；
[0017]所述延迟锁相环产生具有相等相位间距的所述多个时钟信号，以把一个所述粗量化时钟周期步长分为所述多个相位区间；
[0018]所述列内电路比较所述斜坡电压和所述待检测电压的大小，当比较结果发生变化时，产生一个所述跳变信号，其中所述细量化区间确定电路确定所述跳变信号位于由所述多个时钟信号划分的一个所述粗量化时钟周期步长中的所述相位区间，所述列内电路根据所述跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果，并根据所述跳变信号所位于的所述相位区间锁存此刻的细量化数据结果。
[0019]本专利技术还提供了一种模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：
[0020]在量化阶段提供斜坡电压；
[0021]在所述量化阶段根据每个粗量化时钟周期步长与所述斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；
[0022]产生具有相等相位间距的多个时钟信号，以把一个所述粗量化时钟周期步长分为多个相位区间；
[0023]比较所述斜坡电压和待检测电压的大小，当比较结果发生变化时，产生一个跳变信号，确定所述跳变信号位于由所述多个时钟信号划分的一个所述粗量化时钟周期步长中的相位区间，根据所述跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果，并根据所述跳变信号所位于的所述相位区间锁存此刻的细量化数据结果。
[0024]本专利技术提供的一种具有高精度、高输入范围、低时钟速率的带时数变换的单斜率模数转换器，其实现了数字输出，降低了噪声、功耗、使用难度和成本，同时还实现了机芯模数转换器的国产化。本专利技术所提供的模数转换器可以用于非制冷红外探测器的读出电路，也可以用于其他传感器。
附图说明
[0025]为了进一步阐述本专利技术的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本专利技术的典型示例，而不应看作是对本专利技术的范围的限定，其中：
[0026]图1是本专利技术的模数转换器总体原理图；
[0027]图2a和图2b分别是本专利技术提供的第一种模数转换器列内电路的原理图及其工作时序；
[0028]图3a和图3b分别是本专利技术提供的第一种模数转换器中温度计译码器的译码公式及其工作原理图；
[0029]图4a和图4b分别是本专利技术提供的第二种模数转换器列内电路的原理图及其工作时序；
[0030]图5a和图5b分别是本专利技术提供的第二种模数转换器中格雷码译码器的译码公式及其工作原理图；
[0031]图6是本专利技术的模数转换器控制方法流程图。
具体实施方式
[0032]在下文中将结合附图对本专利技术的示范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模数转换器，其特征在于包括：斜坡发生器，其用于在量化阶段给多个列内电路分别提供了斜坡电压；粗量化计数器，其在所述量化阶段用于根据每个粗量化时钟周期步长与所述斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；延迟锁相环，其用于产生具有相等相位间距的多个时钟信号，以把一个粗量化时钟周期步长分为多个相位区间；列内电路，其用于比较所述斜坡电压和待检测电压的大小，当比较结果发生变化时，产生一个跳变信号，其中所述列内电路包括：细量化区间确定电路，其用于确定所述跳变信号位于由所述多个时钟信号划分的一个所述粗量化时钟周期步长中的相位区间，所述列内电路根据所述跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果，并根据所述跳变信号所位于的所述相位区间锁存此刻的细量化数据结果。2.根据权利要求1所述的模数转换器，其中所述列内电路包括比较器；所述比较器的正输入端连接所述斜坡电压的输入端，所述比较器的负输入端连接所述待检测电压的输入端，所述比较器输出所述跳变信号。3.根据权利要求2所述的模数转换器，其中所述列内电路包括第一存储器；所述第一存储器的输入端连接所述粗量化计数器的输出端，用于输入粗量化数据；所述第一存储器的控制输入端连接所述比较器的输出端，用于输入所述跳变信号；当所述比较器输出所述跳变信号时，所述第一存储器锁存并输出此刻的粗量化数据结果。4.根据权利要求3所述的模数转换器，其中所述细量化区间确定电路包括多个触发器；每个所述触发器的输入端连接所述比较器的输出端，用于输入所述跳变信号；每个所述触发器的时钟端连接所述延迟锁相环的输出端，用于输入所述多个时钟信号中的一个；当所述比较器输出所述跳变信号时，并经过一个相位区间后，多个所述触发器此刻输出的结果为细量化数据结果；所述细量化数据结果为由多个所述触发器的输出构成的一个温度计码，其对应所述跳变信号位于由所述多个时钟信号划分的一个粗量化时钟周期步长中的相位区间。5.根据权利要求4所述的模数转换器，其中所述细量化区间确定电路包括温度计译码器；所述温度计译码器的输入端连接所述触发器的输出端，用于输入所述温度计码，并输出译码后的细量化数据结果。6.根据权利要求5所述的模数转换器，其中所述列内电路包括第二存储器；所述第二存储器的输入端连接所述温度计译码器的输出端，用于输入所述译码后的细量化数据结果，所述第二存储器锁存并输出所述译码后的细量化数据结果。7.根据权利要求6所述的模数转换器，其特征在于：所述模数转换器的分辨率为K比特，其量化范围是V
L
至V
H
，V
L
为最低量化电压，V
H
为最高量化电压，其中把K比特分为高位和低位两部分，高位段为M个比特，低位段为L个比特，K＝M+L；
根据公式V
in
＝V
L
+N*V
dC
+x*V
LSB
计算所述待检测电压，其中V
in
为所述待检测电压，V
dC
为所述量化阶段每个粗量化时钟周期所述斜坡电压变化的步长，即所述粗量化时钟周期步长，其中V
dC
＝FSR/2
M
，FSR为所述模数转换器的量程，其中FSR＝V
H
‑
V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭果，方辉，李海博，郭健海，云朝，李梦，
申请(专利权)人：北方广微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：