一种模数转换电路、模数转换方法及图像处理系统技术方案

本发明专利技术适用于图像信号处理领域，提供了一种模数转换电路、模数转换方法及图像处理系统，模数转换电路包括：比较器，其具有信号电压输入端口、重置电压输入端口、参考差分电压输入端口，将从多个ＣＩＳ像素之一输出的信号电压与重置电压组成信号差分电压，并将参考差分电压与所述信号差分电压进行比较，当所述信号差分电压低于所述参考差分电压时输出溢出传感信号；以及数字转换器，将所述比较器的输出转换为数字数据并储存。本发明专利技术提供的模数转换电路采用全差分比较器，将信号电压与重置电压组成的信号差分电压与参考差分电压进行比较后输出溢出传感信号，降低了随机噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像信号处理领域，尤其涉及一种模数转换电路、模数转换方 法及图像处理系统。
技术介绍
随着CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor, CIS )像素阵列的M^莫越来 越大，信号处理速度的要求也越来越高；同时由于像素点尺寸的不断缩小，传 感器灵敏度和信噪比都在不断下降；逐个像素读出和转换的电路设计越来越难， 难以满足大像素阵列和低噪声的要求；因此，基于列模数转换(Column Level, ADC)的信号采集与转换电路产生了。现有的列模数转换电路是逐行分别对像素点的重置电压(Reset Level)和 信号电压(SignalLevel)进行采样和转换，转换完成后再将重置电压和信号电 压的数字值相减实现数字双采样(Digital CDS),得到一个亮度值，这样，不 利于降低噪声和提高动态范围。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种模数转换电路，旨在解决采用现有的模数转换电路导致随机噪声大的问题。本专利技术实施例是这样实现的， 一种模数转换电路，所述模数转换电路包括 比较器，其具有信号电压输入端口、重置电压输入端口、参考差分电压输入端口 ，将从多个CIS像素之一输出的信号电压与重置电压组成信号差分电压，并将参考差分电压与所述信号差分电压进行比较，当所述信号差分电压低于所述参考差分电压时输出溢出传感信号；以及5数字转换器，将所述比较器的输出转换为数字数据并储存。本专利技术实施例的另 一 目的在于提供一种采用上述模数转换电路实现的模数转换方法，包括比较器将从CIS像素输出的重置电压和信号电压组成一组信号差分电压； 比较参考差分电压与所述信号差分电压，当所述信号差分电压低于所述参考差分电压时，由比较器输出溢出传感信号；数字转换器输出并存储所述溢出传感信号产生时刻与光电荷相对应的数字数据。本专利技术实施例的另一目的还在于提供一种采用上述模数转换电路实现的图 像处理系统。本专利技术实施例提供的模数转换电路采用全差分比较器，将信号电压与重置 电压组成的信号差分电压与参考差分电压进行比较后输出溢出传感信号，降低 了随机噪声。附图说明图l是本专利技术实施例提供的模数转换电路的电路图； 图2是本专利技术实施例提供的模数转换电路的波形图； 图3是本专利技术实施例提供的采用模数转换电路实现的模数转换方法的流程图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供的模数转换电路采用全差分比较器，将信号电压与重置 电压组成的信号差分电压与参考差分电压进行比较后输出溢出传感信号，降低了随机噪声。本专利技术实施例提供的模数转换电路主要应用于图像处理系统中，其电路如 图l所示，为了便于说明，仅示出了与本专利技术相关的部分，详述如下。模数转换电路包括比较器l以及数字转换器3，其中比较器1具有信号 电压输入端口 INi、重置电压输入端口 IN2、参考差分电压输入端口 IN3、 IN4， 其中，信号电压输入端口 IN1和参考差分电压输入端口 IN3为比较器1的反相 输入端，重置电压输入端口 IN2和参考差分电压输入端口 IN4为比较器1的同 相输入端；比较器1将从多个CIS像素之一输出的信号电压与重置电压组成信 号差分电压，并将参考差分电压与上述信号差分电压进行比较，当信号差分电 压低于参考差分电压时输出溢出传感信号；数字转换器3将比较器1的输出转 换为数字数据并储存。作为本专利技术的一个实施例，上述多个CIS像素包括在CIS 的主动式像素传感器(Active Pixel Sensor, APS)中。作为本专利技术的一个实施例，模数转换电路还包括第一电容Cl,连接至比 较器1的信号电压输入端口 INI与地之间，用于存储从多个CIS像素之一输出 的信号电压；第二电容C2连接至比较器1的重置电压输入端口 IN2与地之间， 用于存储从CIS像素之一输出的重置电压以及比较器1的失调电压；第一开关 SI连接至第一节点10与光电荷输入端口之间，在重置采样时段和信号采样时 段中被接通，其中光电荷输入端口接收从CIS像素输出的光电荷信号；第二开 关S2连接至第二节点11与比较器1的输出端之间，在重置采样时段被接通。在本专利技术实施例中，模数转换电路还包括反相器2，连接至比较器1与 数字转换器3之间，将比较器1的输出反相放大后输出；第三开关S3，与反相 器2并行连接，在重置釆样时段被接通；连接至第三节点12与第四节点13之 间的第三电容C3，用于存储反相器2的失调电压以及比较器l和反相器2之间 的电平差。作为本专利技术的一个实施例，模数转换电路还包括与反相器2串联连 接的一个或多个反相器以及连接在每个反相器之间的电容器。作为本专利技术的一个实施例，数字转换器3进一步包括计数器32,在时钟控制下输出与参考差分电压同步对应的数字数据；存储器33，其写入端W连接至比较器1的输出端，其数据端Data与计数器32的输出端连接，当比较器1输出溢出传感信号时，存储计数器32输出的与参考差分电压同步对应的数字凄史据；由其读出端R读出转换结果。作为本专利技术的一个实施例，数字转换器进一步包括单脉冲发生器31,连接至比较器1与存储器33之间，将比较器1的输出转换为单脉冲信号。图2示出了本专利技术实施例提供的模数转换电路的波形图，包括第一开关Sl,第二开关S2，第三开关S3，第五节点14,第六节点15,以及参考差分电压、信号差分电压的波形图，现结合图1、图2详述模数转换电路的工作原理在重置采样时段之前，APS中的多个CIS像素之一输出重置电压；在重置采样时段中，第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3均处于高电平状态，即第一开关Sl、第二开关S2以及第三开关S3均导通，APS中的多个CIS像素之一输出的重置电压送到比较器1的信号电压输入端口 IN1,而比较器1的输出端与重置电压输入端口 IN2被短接，反相器2也被短接；当重置电压采样时段结束时，第一电容器C1保存了重置电压，第二电容器C2保存了重置电压与比较器的失调电压之和，第三电容器C3保存了重置电压采样时段比较器1的输出电压与反相器2的平衡电压之差；当重置电压采样时段结束后，第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3均处于低电平状态，即第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3均关断，此时，APS的输出变为光信号电压。接下来进入信号采样时段，此时第一开关S1处于高电平状态，而第二开关S2和第三开关S3均处于低电平状态，即第一开关Sl再次导通，第二开关S2和第三开关S3关断，APS输出的信号电压被送到比较器1的信号电压输入端口 IN1，并存储于第一电容器C1中；当信号采样时段结束后，第一电容器C1保存了信号电压，而第二电容器C2和第三电容器C3中保存的内容不变。信号采样时段结束的同时，参考差分电压开始变化，它将在一定的时间内依顺序扫描到预定动态范围内的所有电压；计数器32也开始计数，在一定的时间内依顺序扫描到预定动态范围内的所有电压所对应的数字数据。比较器1将信号电压输入端口 IN1和重置电压输入端口 IN2的信号差分电压与参考差分电压输入端口 IN3、 IN4的参考差分电压进行比较，并输出比專交的结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模数转换电路，其特征在于，所述模数转换电路包括：　　　　比较器，其具有信号电压输入端口、重置电压输入端口、参考差分电压输入端口，将从多个ＣＩＳ像素之一输出的信号电压与重置电压组成信号差分电压，并将参考差分电压与所述信号差分电压进行比较，当所述信号差分电压低于所述参考差分电压时输出溢出传感信号；以及　　　　数字转换器，将所述比较器的输出转换为数字数据并储存。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文阁，崔社涛，卢国云，肖本懿，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]