本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于cmos圖像傳感器中的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將傳感器中像素信號(hào)的模擬值量化為數(shù)字信號(hào)。

背景技術(shù)：

典型的cmos圖像傳感器的像素會(huì)依次輸出2個(gè)電壓：復(fù)位電壓和信號(hào)電壓。在進(jìn)行像素操作時(shí)首先將像素的感光單元復(fù)位，并將此復(fù)位電壓讀出，然后光電流會(huì)開(kāi)始對(duì)感光單元進(jìn)行放電，一段曝光時(shí)間之后，感光單元被放電到一個(gè)信號(hào)電壓，復(fù)位電壓和信號(hào)電壓之間的差值就代表了光信號(hào)的強(qiáng)度。

傳統(tǒng)的帶斜坡信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的cmos圖像傳感器的架構(gòu)如圖1所示。它主要由像素，模擬信號(hào)處理電路，斜坡信號(hào)，比較器，時(shí)鐘構(gòu)成。斜坡信號(hào)由一個(gè)初始值開(kāi)始隨著時(shí)間慢慢增加或者減少。斜坡信號(hào)輸入到比較器的一個(gè)輸入端，而比較器的另一端為待比較信號(hào)。當(dāng)斜坡信號(hào)達(dá)到待比較信號(hào)時(shí)，比較器開(kāi)始翻轉(zhuǎn)。通過(guò)一些數(shù)字邏輯和用于計(jì)數(shù)的時(shí)鐘，一定數(shù)量的脈沖就會(huì)被產(chǎn)生并被計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

如圖2所示為傳統(tǒng)的帶斜坡信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的計(jì)數(shù)方式。首先像素的復(fù)位信號(hào)被放在比較器的輸入端，比較器的另一端為用于轉(zhuǎn)換復(fù)位信號(hào)的斜坡信號(hào)，當(dāng)斜坡信號(hào)達(dá)到復(fù)位電壓時(shí)，比較器開(kāi)始反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，斜坡信號(hào)結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。然后像素的光信號(hào)電壓置于比較器的輸入端，此時(shí)比較器的另一端為用于轉(zhuǎn)換像素光信號(hào)的斜坡信號(hào)，當(dāng)斜坡信號(hào)電壓達(dá)到信號(hào)電壓時(shí)，比較器開(kāi)始翻轉(zhuǎn)。計(jì)數(shù)器從斜坡信號(hào)開(kāi)始時(shí)繼續(xù)開(kāi)始計(jì)數(shù)，比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)停止計(jì)數(shù)。最終的計(jì)數(shù)數(shù)值就代表了像素的光信號(hào)大小。

傳統(tǒng)斜坡信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的計(jì)數(shù)方式的缺點(diǎn)在于模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間被模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度和數(shù)字時(shí)鐘所限制。比如一個(gè)10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間至少為1024個(gè)數(shù)字時(shí)鐘。在高速且高分辨率的圖像傳感器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間會(huì)成為限制傳感器幀頻的瓶頸。高速的斜坡信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在高速高分辨率圖像傳感器中有著較大的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠有效降低斜坡信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間的應(yīng)用于圖像傳感器中的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的應(yīng)用于圖像傳感器中的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置采用兩種技術(shù)方案。

技術(shù)方案一

本發(fā)明的應(yīng)用于圖像傳感器中的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包括比較器，高速時(shí)鐘，數(shù)據(jù)處理器；其特征在于還包括數(shù)字邏輯電路、高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器；圖像傳感器輸出的像素信號(hào)和斜坡信號(hào)作為比較器的兩個(gè)輸入；數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘的不同時(shí)鐘沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣分別得到高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能，然后將高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，根據(jù)高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，最后輸出控制信號(hào)使高位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；其中高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器對(duì)低位時(shí)鐘脈沖進(jìn)行向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值傳輸給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g＝m×2+n計(jì)算得到像素信號(hào)電壓的最終量化數(shù)值g；其中m為高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值，n為低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)時(shí)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)時(shí)，低位計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)；而低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向上計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向上計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)時(shí)，低位計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)時(shí)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)；而低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向下計(jì)數(shù)。

所述數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣得到高位計(jì)數(shù)使能，利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行得到低位計(jì)數(shù)使能；數(shù)字邏輯電路對(duì)低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能進(jìn)行邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上時(shí)，不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路不產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖；低位計(jì)數(shù)脈沖只可能出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘的高電平之內(nèi)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘的低電平之內(nèi)；只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向下計(jì)數(shù)。

技術(shù)方案二

本發(fā)明的應(yīng)用于圖像傳感器中的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包括比較器，高速時(shí)鐘，數(shù)據(jù)處理器；其特征在于還包括數(shù)字邏輯電路、高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器；在每幀的第一次量化過(guò)程中，比較器將圖像傳感器輸出的像素復(fù)位信號(hào)和斜坡信號(hào)作為輸入；數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘的不同時(shí)鐘沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣分別得到高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能，然后將高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，再根據(jù)高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，最后輸出控制信號(hào)使高位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；其中高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器對(duì)低位時(shí)鐘脈沖進(jìn)行向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值傳輸給數(shù)據(jù)處理器，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m1，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n1，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g1＝m1×2+n1計(jì)算得到像素復(fù)位電壓的最終量化數(shù)值g1；在每幀的第二次量化過(guò)程中，比較器將圖像傳感器輸出的像素信號(hào)和斜坡信號(hào)作為輸入；數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘的不同時(shí)鐘沿將斜坡信號(hào)起始點(diǎn)和比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣分別得到高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能，然后將高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，再根據(jù)高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，最后輸出控制信號(hào)使高位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；其中高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器對(duì)低位時(shí)鐘脈沖進(jìn)行向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值通過(guò)多路選擇器傳輸給數(shù)據(jù)處理器，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m2，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n2，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g2＝m2×2+n2計(jì)算得到像素電壓的最終量化數(shù)值g2。

本發(fā)明高位數(shù)據(jù)由高位時(shí)鐘脈沖來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位數(shù)據(jù)由低位時(shí)鐘脈沖來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)處理器將高位數(shù)據(jù)乘以2后在與低位數(shù)據(jù)相加減得到最終量化數(shù)值，在不改變時(shí)鐘頻率的條件下，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間可減小到原來(lái)的1/2。本發(fā)明可應(yīng)用于高速且高分辨率的圖像傳感器中。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是傳統(tǒng)的帶斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換方式的圖像傳感器結(jié)架構(gòu)圖。

圖2是傳統(tǒng)的斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換及計(jì)數(shù)方式原理圖。

圖3是帶有本發(fā)明的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的圖像傳感器架構(gòu)圖。

圖4a、圖4b、圖4c和圖4d是采用本發(fā)明實(shí)施例1的四種計(jì)數(shù)情況。

圖5a、圖5b、圖5c和圖5d是采用本發(fā)明實(shí)施例2的四種計(jì)數(shù)情況。

圖6a、圖6b、圖6c和圖6d是本發(fā)明實(shí)施例3的四種計(jì)數(shù)情況。

圖7a、圖7b、圖7c和圖7d是本發(fā)明實(shí)施例4的四種計(jì)數(shù)情況。

圖8a、圖8b、圖8c和圖8d是本發(fā)明實(shí)施例5的四種計(jì)數(shù)情況。

圖9a、圖9b、圖9c和圖9d是本發(fā)明實(shí)施例6的四種計(jì)數(shù)情況。

圖10a、圖10b、圖10c和圖10d是本發(fā)明實(shí)施例7的四種計(jì)數(shù)情況.

圖11a、圖11b、圖11c和圖11d是本發(fā)明實(shí)施例8的四種計(jì)數(shù)情況。

圖12是采用本發(fā)明中實(shí)施例1的方案量化像素復(fù)位電壓和信號(hào)電壓的差值一種計(jì)數(shù)情況。

圖13是采用本發(fā)明中實(shí)施例3的方案量化像素復(fù)位電壓和信號(hào)電壓的差值一種計(jì)數(shù)情況。

圖14是采用本發(fā)明中實(shí)施例5的方案量化像素復(fù)位電壓和信號(hào)電壓的差值一種計(jì)數(shù)情況。

圖15是采用本發(fā)明中實(shí)施例7的方案量化像素復(fù)位電壓和信號(hào)電壓的差值一種計(jì)數(shù)情況。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，本發(fā)明的圖像傳感器中的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包括比較器，高速時(shí)鐘，數(shù)據(jù)處理器，數(shù)字邏輯電路、高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器。像素的列總線(xiàn)信號(hào)(包括像素復(fù)位信號(hào)和像素信號(hào))經(jīng)過(guò)一些模擬信號(hào)處理后，被送入到比較器中，斜坡信號(hào)被送入到比較器的另一端。高速時(shí)鐘和比較器的輸出送入數(shù)字邏輯電路；比較器的輸出被送入高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器，同時(shí)數(shù)字邏輯電路輸出的高位計(jì)數(shù)脈沖和低位計(jì)數(shù)脈沖分別送入高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器。

針對(duì)沒(méi)有相關(guān)雙采樣(cds)的圖像傳感器。數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘的不同時(shí)鐘沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣分別得到高位計(jì)數(shù)使能和高位計(jì)數(shù)使能、低位計(jì)數(shù)使能(即當(dāng)利用高速時(shí)鐘的下降沿得到高位計(jì)數(shù)使能時(shí)，則利用高速時(shí)鐘的上升沿得到低位計(jì)數(shù)使能，反之亦然)。其中斜坡信號(hào)的開(kāi)始及結(jié)束可以數(shù)字邏輯電路來(lái)控制，也可以通過(guò)其他外部電路來(lái)控制。然后數(shù)字邏輯電路將高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，再根據(jù)高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，最后輸出控制信號(hào)使高位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；其中高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器對(duì)低位時(shí)鐘脈沖進(jìn)行向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值傳輸給數(shù)據(jù)處理器，設(shè)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g＝m×2+n計(jì)算得到像素的最終量化數(shù)值g。

針對(duì)具有相關(guān)雙采樣(cds)的圖像傳感器。在每幀的第一次量化過(guò)程中，比較器將圖像傳感器輸出的像素復(fù)位信號(hào)和斜坡信號(hào)作為輸入；數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘的不同時(shí)鐘沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣分別得到高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能，然后將高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，再根據(jù)高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，最后輸出控制信號(hào)使高位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；其中高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器對(duì)低位時(shí)鐘脈沖進(jìn)行向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值通過(guò)多路選擇器傳輸給數(shù)據(jù)處理器，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m1，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n1，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g1＝m1×2+n1計(jì)算得到像素復(fù)位電壓的最終量化數(shù)值g1；在每幀的第二次量化過(guò)程中，比較器將圖像傳感器輸出的像素信號(hào)和斜坡信號(hào)作為輸入；數(shù)字邏輯電路利用高速時(shí)鐘的不同時(shí)鐘沿將斜坡信號(hào)起始點(diǎn)和比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的時(shí)間進(jìn)行采樣分別得到高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能，然后將高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，再根據(jù)高位計(jì)數(shù)使能和低位計(jì)數(shù)使能產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，最后輸出控制信號(hào)使高位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；其中高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，低位計(jì)數(shù)器對(duì)低位時(shí)鐘脈沖進(jìn)行向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)；高位計(jì)數(shù)器和低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值通過(guò)多路選擇器傳輸給數(shù)據(jù)處理器，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m2，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n2，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g2＝m2×2+n2計(jì)算得到像素信號(hào)電壓的最終量化數(shù)值g2。

實(shí)施例1

如圖4a、圖4b、圖4c和圖4d所示，采用本發(fā)明對(duì)沒(méi)有相關(guān)雙采樣(cds)的像素信號(hào)電壓進(jìn)行量化(不量化復(fù)位信號(hào)，cds為對(duì)像素復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓的差值進(jìn)行量化)。像素信號(hào)被置于比較器的輸入端，斜坡信號(hào)被置于比較器的另一端，斜坡信號(hào)由t0開(kāi)始到t4結(jié)束。比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖，高位計(jì)數(shù)器對(duì)高位計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能經(jīng)過(guò)一些邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖4a和圖4c所示)，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖4b和圖4d所示)；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖4a和圖4b所示)，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖4c和圖4d所示)。低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器需向上計(jì)數(shù)；而低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器需向下計(jì)數(shù)；除此之外不會(huì)有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，即數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到的像素的最終量化數(shù)值為：m×2+n，m為高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，n為低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

實(shí)施例2

如圖5a、圖5b、圖5c和圖5d所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果。低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器需向下計(jì)數(shù)；而低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器需向上計(jì)數(shù)。

實(shí)施例3

如圖6a、圖6b、圖6c和圖6d所示，采用本發(fā)明對(duì)沒(méi)有相關(guān)雙采樣(cds)的像素信號(hào)電壓進(jìn)行量化(不量化復(fù)位信號(hào)，cds為對(duì)像素復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓的差值進(jìn)行量化)。像素信號(hào)被置于比較器的輸入端，斜坡信號(hào)被置于比較器的另一端，斜坡信號(hào)由t0開(kāi)始到t4結(jié)束。比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖；低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果。低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能經(jīng)過(guò)一些邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖6a和圖6d所示)，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖6b和圖6c所示)；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖6c和6d所示)，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖6a和圖6b所示)。低位計(jì)數(shù)脈沖只可能出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)。只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向上計(jì)數(shù)。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，即數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到的像素的最終量化數(shù)值為：m×2+n，m為高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，n為低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

實(shí)施例4

如圖7a、圖7b、圖7c和圖7d所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處在于，高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果。當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖。低位計(jì)數(shù)脈沖只可能出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)。只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向上計(jì)數(shù)。

實(shí)施例5

如圖8a、圖8b、圖8c和圖8d所示，采用本發(fā)明對(duì)沒(méi)有相關(guān)雙采樣(cds)的像素信號(hào)電壓進(jìn)行量化(不量化復(fù)位信號(hào)，cds為對(duì)像素復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓的差值進(jìn)行量化)。像素信號(hào)被置于比較器的輸入端，斜坡信號(hào)被置于比較器的另一端，斜坡信號(hào)由t0開(kāi)始到t4結(jié)束。比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖；低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能經(jīng)過(guò)一些邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖8b和圖8d所示)，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖8a和圖8c所示)；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖8c和圖8d所示)，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖8a和圖8b所示)。低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)需向下計(jì)數(shù)；而低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)需向上計(jì)數(shù)；除此之外不會(huì)有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，即數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到的像素的最終量化數(shù)值為：m×2+n，m為高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，n為低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

實(shí)施例6

如圖9a、圖9b、圖9c和圖9d所示本實(shí)施例與實(shí)施例5不同之處在于，高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果。低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器需向上計(jì)數(shù)；而低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)低位計(jì)數(shù)器需向下計(jì)數(shù)。

實(shí)施例7

如圖10a、圖10b、圖10c和圖10d所示，采用本發(fā)明對(duì)沒(méi)有相關(guān)雙采樣(cds)的像素信號(hào)電壓進(jìn)行量化(不量化復(fù)位信號(hào)，cds為對(duì)像素復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓的差值進(jìn)行量化)。像素信號(hào)被置于比較器的輸入端，斜坡信號(hào)被置于比較器的另一端，斜坡信號(hào)由t0開(kāi)始到t4結(jié)束。比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，高位計(jì)數(shù)使能與高速時(shí)鐘進(jìn)行“與”操作得到高位計(jì)數(shù)脈沖；低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能與高位計(jì)數(shù)使能經(jīng)過(guò)一些邏輯處理得到低位計(jì)數(shù)脈沖：當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖10b、圖10d所示)，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖10a、圖10c所示)；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖10a、圖10b所示)，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖(如圖10c、圖10d所示)。低位計(jì)數(shù)脈沖只可能出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘低電平之內(nèi)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘高電平之內(nèi)。只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向下計(jì)數(shù)。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，即數(shù)據(jù)處理器計(jì)算得到的像素的最終量化數(shù)值為：m×2+n，m為高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，n為低位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

實(shí)施例8

如圖9a、圖9b、圖9c和圖9d所示，本實(shí)施例與實(shí)施例7不同之處在于，高位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘上升沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果，低位計(jì)數(shù)使能是利用高速時(shí)鐘下降沿將比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)t1到斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)t4之間的時(shí)間進(jìn)行采樣后的結(jié)果。當(dāng)比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上時(shí)，數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖；當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平時(shí)，數(shù)字邏輯電路不會(huì)產(chǎn)生低位計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖。低位計(jì)數(shù)脈沖只可能出現(xiàn)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘的高電平之內(nèi)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘的低電平之內(nèi)。只要有低位計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)，低位計(jì)數(shù)器就向下計(jì)數(shù)。

實(shí)施例9

如圖12所示，采用本發(fā)明對(duì)像素復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓差值進(jìn)行量化。在第一次量化過(guò)程中，復(fù)位電壓被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t0開(kāi)始到t4結(jié)束，比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t3開(kāi)始向上計(jì)數(shù)，在t6停止計(jì)數(shù)；低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖12所示為比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)均落在高速時(shí)鐘的低電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向上計(jì)數(shù)一次，在斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向下計(jì)數(shù)一次；設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m1，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n1，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g1＝m1×2+n1計(jì)算得到像素復(fù)位電壓的最終量化數(shù)值g1。在第二次量化過(guò)程中，像素信號(hào)被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t7開(kāi)始到t13結(jié)束，比較器在t10時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t9開(kāi)始繼續(xù)向上計(jì)數(shù)，到t12停止計(jì)數(shù)。低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否繼續(xù)計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖12所示為斜坡信號(hào)起始點(diǎn)和比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)均落在高速時(shí)鐘的低電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在斜坡信號(hào)起始點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向上計(jì)數(shù)一次，在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向下計(jì)數(shù)一次。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m2，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n2，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g2＝m2×2+n2計(jì)算得到像素信號(hào)電壓的最終量化數(shù)值g2。

實(shí)施例10

如圖13所示，采用本發(fā)明對(duì)像素復(fù)位電壓和像素信號(hào)電壓差值進(jìn)行量化。在第一次量化過(guò)程中，復(fù)位電壓被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t0開(kāi)始到t4結(jié)束，比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t3開(kāi)始向上計(jì)數(shù)，在t5停止計(jì)數(shù)；低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖13所示為比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)各向上計(jì)數(shù)一次；設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m1，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n1，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g1＝m1×2+n1計(jì)算得到像素復(fù)位電壓的最終量化數(shù)值g1。在第二次量化過(guò)程中，像素信號(hào)被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t7開(kāi)始到t13結(jié)束，比較器在t10時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t9開(kāi)始繼續(xù)向上計(jì)數(shù)，到t11停止計(jì)數(shù)。低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否繼續(xù)計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖13所示為斜坡信號(hào)起始點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上，比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在斜坡信號(hào)起始點(diǎn)和比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)各向上計(jì)數(shù)一次。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m2，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n2，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g2＝m2×2+n2計(jì)算得到像素信號(hào)電壓的最終量化數(shù)值g2。

實(shí)施例11

如圖14所示，采用本發(fā)明對(duì)像素復(fù)位電壓和信號(hào)電壓差值進(jìn)行量化。在第一次量化過(guò)程中，復(fù)位電壓被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t0開(kāi)始到t4結(jié)束，比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t2開(kāi)始向上計(jì)數(shù)，在t5停止計(jì)數(shù)；低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖14所示為比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)和斜坡信號(hào)點(diǎn)均落在高速時(shí)鐘的高電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向下計(jì)數(shù)一次，在斜坡信號(hào)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向上計(jì)數(shù)一次；設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m1，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n1，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g1＝m1×2+n1計(jì)算得到像素復(fù)位電壓的最終量化數(shù)值g1。在第二次量化過(guò)程中，像素信號(hào)被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t7開(kāi)始到t13結(jié)束，比較器在t10時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t8開(kāi)始繼續(xù)向上計(jì)數(shù)，到t11停止計(jì)數(shù)。低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否繼續(xù)計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖14所示為斜坡信號(hào)起始點(diǎn)和比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)均落在高速時(shí)鐘的高電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在斜坡信號(hào)起始點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向下計(jì)數(shù)一次，在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)向上計(jì)數(shù)一次。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m2，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n2，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g2＝m2×2+n2計(jì)算得到像素信號(hào)電壓的最終量化數(shù)值g2。

實(shí)施例12

如圖15所示，采用本發(fā)明對(duì)像素復(fù)位電壓和信號(hào)電壓差值進(jìn)行量化。在第一次量化過(guò)程中，復(fù)位電壓被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t0開(kāi)始到t4結(jié)束，比較器在t1時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t2開(kāi)始向上計(jì)數(shù)，在t6停止計(jì)數(shù)；低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖15所示為比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)和斜坡信號(hào)結(jié)束點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)各向下計(jì)數(shù)一次；設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m1，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n1，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g1＝m1×2+n1計(jì)算得到像素復(fù)位電壓的最終量化數(shù)值g1。在第二次量化過(guò)程中，像素信號(hào)被放置在比較器的輸入端。斜坡信號(hào)從t7開(kāi)始到t13結(jié)束，比較器在t10時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。高位計(jì)數(shù)器從t8開(kāi)始繼續(xù)向上計(jì)數(shù)，到t12停止計(jì)數(shù)。低位計(jì)數(shù)器根據(jù)是否有低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生以及低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生的位置決定是否繼續(xù)計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)方向：圖15所示為斜坡信號(hào)起始點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的高電平上，比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)落在高速時(shí)鐘的低電平上(其他三種情況不再贅述)，所以?xún)商幐饔幸粋€(gè)低位計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生，低位計(jì)數(shù)器會(huì)在斜坡信號(hào)起始點(diǎn)和比較器翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之后的一個(gè)高速時(shí)鐘內(nèi)各向下計(jì)數(shù)一次。高位計(jì)數(shù)脈沖與低位計(jì)數(shù)脈沖為2倍關(guān)系，設(shè)此時(shí)高位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為m2，低位計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)值為n2，則數(shù)據(jù)處理器根據(jù)公式g2＝m2×2+n2計(jì)算得到像素信號(hào)電壓的最終量化數(shù)值g2。

本發(fā)明用于一種固態(tài)圖像傳感器中，它主要用于將圖像傳感器像素陣列中的模擬信號(hào)量化為數(shù)字信號(hào)。圖像傳感器中的像素將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，這些信號(hào)能夠通過(guò)一些模擬和數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)各式各樣的功能。本發(fā)明提供了一種新的斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，對(duì)于n位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該計(jì)數(shù)方式可以將模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間都減小為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1/2。