CN102624388B

CN102624388B - 连续斜坡发生器设计及其校准方法和系统

Info

Publication number: CN102624388B
Application number: CN201210021564.4A
Authority: CN
Inventors: 兵·米歇尔·王; 一兵·米歇尔·王
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: CN102624388A; KR20120088603A; US20120194367A1; KR101931349B1; US8441387B2

Abstract

本发明的各个方面提供一种连续斜坡发生器设计及其校准。本发明的一个实施例包括控制模数转换器的粗略增益、整数增益和精细增益。可以通过基于转换成等效的数字值的基准电压来调节整数增益而对模数转换器的增益进行校准。

Description

连续斜坡发生器设计及其校准方法和系统

技术领域

本发明的一些实施例涉及模数转换器(ADC)，更具体而言，涉及连续斜坡发生器设计及其校准。

背景技术

随着计算机和处理器变得越来越强大，在数字领域将进行越来越多的信号处理。数字信号处理可以执行复杂的操作以将输入数据控制得与现实中的模拟信号近似，并且可以实时地执行操作，或者可以储存数字数据以用于将来处理。由于现实中的信号以模拟信号存在，这些模拟信号需要被转换成等效的数字信号。

模数转换器(ADC)被用在许多应用中，例如，转换工业应用中的模拟控制信号、音乐中的音频信号、数码相机中的摄影图像、以及数码摄像机中的视频图像。与大多数的电路一样，ADC具有针对不同的限制而做出折中的许多不同的类型。诸如“快闪”ADC的一些ADC由于每个额外的比特要求比较器的数量加倍，因此在电路和布局空间方面相对昂贵且因而在分辨率上有限制，但其转换速度很快。诸如斜坡ADC的其他ADC可能相对简单，但转换时间长。并且，随着分辨率的量的增加，转换时间也将增加。

因此，具体应用需要考虑各种限制，并确定何种设计能最佳地实现其目的。然而，选择特定的设计并且可能地对其进行修改以改进其设计，仍可能存在某些需要克服的挑战。

对于高分辨率和高速度成像而言，列并行ADC结构已在CMOS图像处理器中广泛使用。所述结构可以包括单斜率ADC，单斜率ADC需要斜坡信号来与输入信号相比较。通常，斜坡信号被产生成阶梯式的，这对高速操作具有不期望的限制。

此问题可以利用非阶梯式、线性斜坡信号来克服。然而，设定ADC的增益和输入范围的斜坡信号的斜率不依赖于ADC的操作频率。此外，斜坡信号的斜率受到由于温度变化、电源信号变化和其他过程变化所导致的改变的影响。ADC的增益误差会导致ADC输入范围的误差，这可能因此导致输出图像曝光不足或饱和。不同的色彩通道之间的增益误差可能导致最终图像的色彩失真。

通过结合附图将根据现有方法和传统方法的系统与本申请余下所列举的本发明的一些方面进行比较，本领域技术人员将清楚现有方法和传统方法的进一步限制和不足。

发明内容

本发明的各个实施例提供一种使用单斜坡ADC的CMOS图像传感器的连续斜坡发生器设计及其校准。各个实施例可以包括控制模数转换器的粗略增益(coarse gain)，控制模数转换器的整数增益(integer gain)，以及控制模数转换器的精细增益(fine gain)。

可以通过使用可以是电流数模转换器(IDAC)的第一电流发生器来实现粗略增益，其中第一控制信号可以控制所述粗略增益。可以通过使用也是IDAC的第二电流发生器来实现整数增益，其中第二控制信号可以控制所述整数增益。可以通过积分器来实现精细增益，其中第三控制信号可以控制所述精细增益。第三控制信号可以控制积分器的反馈电容器的电容。

第一电流发生器的输出信号可以被传送给第二电流发生器的输入，第二电流发生器的输出信号可以被传送给积分器的输入。积分器可以输出斜坡信号，所述斜坡信号可以被模数转换器用来将模拟信号转换成数字信号。

可以校准斜坡信号的增益，且因而校准模数转换器的增益，其中增益可以包括粗略增益、整数增益和精细增益。因此，可以通过控制斜坡信号的增益来控制模数转换器的增益。模数转换器的校准可以包括针对默认增益而使用第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号的默认值。

校准可以包括用模数转换器将第一模拟基准信号转换成第一数字值，将第二模拟信号转换成第二数字值。可以从第二数字值减去第一数字值得到差值。然后可以基于将差值与预期值进行的比较来调节第二控制信号。

例如，如果差值大于预期值则增大第二控制信号的值，而如果差值小于预期值则减小第二控制信号的值。第二控制信号的调节可以继续直到完成校准。如果差值等于预期值，则模数转换器的校准可以被视为完成。如果在当前迭代中差值大于预期值、并且在紧邻的前一迭代中差值小于预期值，则模数转换器的校准也可以被视为完成。类似地，如果在当前迭代中差值小于预期值、并且在紧邻的前一迭代中差值大于预期值，则模数转换器的校准可以被视为完成。

本发明的一个实施例还可以包括：模数转换器(ADC)阵列，所述模数转换器ADC阵列包括列ADC和至少一个校准ADC；斜坡发生器模块，所述斜坡发生器模块被配置为将斜坡信号提供给列ADC和校准ADC；基准模块，所述基准模块被配置为将基准信号提供给校准ADC和斜坡发生器模块；以及控制电路，所述控制电路被配置为将控制信号提供给斜坡发生器模块。列ADC可以用于将模拟像素信号转换成数字数据。校准 ADC可以用于对列ADC进行校准。

斜坡发生器可以包括第一电流发生器、第二电流发生器和积分器。可以通过利用第一控制信号控制第一电流发生器、利用第二控制信号控制第二电流发生器、以及利用第三控制信号控制积分器来校准斜坡信号，其中，第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号由控制电路产生。

当斜坡信号的校准开始时，第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号可以使用默认值来产生供列ADC使用的初始斜坡信号。

在校准期间，校准ADC将第一模拟基准信号转换成第一数字值，将第二模拟基准信号转换成第二数字值。控制电路中的减法模块从第二数字值中减去第一数字值以得到差值。控制电路基于差值与预期值的比较来调节第二控制信号。

当差值大于预期值时，控制电路增加第二控制信号的值。当差值小于预期值时，控制电路减小第二控制信号的值。

如果差值等于预期值，则控制电路可以结束斜坡信号的校准。如果在当前迭代中差值大于预期值、并且在紧邻的前一迭代中差值小于预期值，则控制电路也可以结束斜坡信号的校准。类似地，如果在当前迭代中差值小于预期值、并且在紧邻的前一迭代中差值大于预期值，则控制电路可以结束斜坡信号的校准。

从以下的说明书和附图中将完全理解本发明的这些及其他优点、方面和新颖特征，以及本发明所示实施例的细节。

附图说明

参考说明书的其他部分以及附图可以对本发明所提供的实例的本质和优点有进一步的理解，在附图中，相似的附图标记在各个附图中表示相似的部件。在某些情况下，与附图标记关联的子标记表示多个相似的组成部分中的一个。当提及附图标记而没有对存在的子标记进行说明时，该附图标记表示所述所有相似的部件。

图1是可以用于本发明的一个实施例的用于模数转换的示例性系统的框图。

图2是可以用于本发明的一个实施例的用于列并行模数转换器的示例性系统的框图。

图3是可以用于本发明的一个实施例的示例性比较器结构的框图。

图4是根据本发明的一个实施例的用于模数转换的示例性系统的框图。

图5是根据本发明的一个实施例的在单斜率ADC中的示例性连续斜坡发生器的框图。

图6是根据本发明的一个实施例的用于设定ADC的增益的示例性方法的流程图。

图7是说明根据本发明的一个实施例的示例性斜坡校准方案的图。

图8是根据本发明的一个实施例的用于校准斜坡发生器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下的描述仅提供示例性实施例，并不意在限制本发明的范围、应用或配置。相反，以下对实施例的具体描述将为本领域技术人员提供能够实现本发明实施例的说明。在不脱离所附权利要求所限定的主旨和范围的情况下可以在元件的功能和设置上进行各种修改。

因此，各个实施例可以适当地省略、替换或增加各种程序或部件。例如，应当理解的是，在替代的实施例中，可以用不同于所描述的顺序来执行本发明的方法，并且可以增加、省略或结合多个步骤。此外，参考某些实施例所描述的特征可以与其他不同的实施例相结合。可以用相似的方式对实施例的不同方面和元件进行结合。

应当理解的是，以下的系统及方法可以是更大的系统中的组成部分，其中其他过程可能会优先或者改变其应用。此外，在以下实施例之前、之后或同时可能需要若干个步骤。

以下将结合附图描述本发明的实施例，以使本领域技术人员能够容易地实施本发明的范围。

本发明的某些实施例可以提供用于使用单斜坡ADC的CMOS图像传感器的连续斜坡发生器设计及其校准。

图1是可以用于本发明的一个实施例的用于模数转换的示例性系统的框图。参见图1，示出了用于处理输入数据的电路的一部分，包括ADC 101、处理器102和控制逻辑103。

ADC 101将输入模拟信号诸如例如来自于视频图像传感器(图1中未示出)的像素信号转换成等效的数字信号。ADC 101所输出的数字信号可以进一步由处理器102来处理。处理器102可以例如使用数字信号处理方法将来自ADC 101的数字信号压缩成标准视频格式，诸如MPEG-1、MPEG-2或MPEG-4。处理器102还可以包括存储块102a，存储块102a可以储存码。所述码可以由处理器102执行以实现各种功能，诸如例如数字信号处理。存储块102a还可以用于储存来自ADC 101的数字信号和/或由对来自ADC101的数字信号进行处理所产生的数字信号。

控制逻辑103可以包括产生时钟信号、控制信号和使能信号、以及用于诸如ADC101的各种模块的命令的电路。例如，控制逻辑103可以产生供ADC 101中的计数用的时钟信号，其中所述时钟信号是不连续运行的。运行的时钟包括脉冲，而非运行的时钟或处于低状态或处于高状态。控制逻辑103还可以输出使能信号以及复位信号，所述使能信号将ADC101中的计数器使能为在特定的时间部分进行计数。

图2是可以用于本发明的一个实施例的示例性列并行模数转换器配置的框图。参见图2，示出了像素阵列200和ADC阵列210。像素阵列200可以包括像素元件201和开关元件202。像素元件201可以包括例如输出与像素元件201所检测到的光的量成比例的电压的合适电路。像素元件201可以对入射光的特定波长敏感。ADC阵列210可以包括例如ADC元件211的阵列，其中每个ADC元件211可以对应于像素元件201的列。ADC元件211的输出可以储存在存储块212中。

在操作中，来自于例如控制逻辑103的适当的控制信号可以适当地将开关元件202使能为断开和闭合，使得来自于特定的像素元件201的输出电压被传送到ADC阵列210。因此，对于每个列Column_1至Column_m，在行扫描时间期间所有的行Row_1至Row_n中仅有一个特定的开关元件202可以被闭合，以使在所述扫描时间期间来自于相应的像素元件201的输出电压被传送到ADC阵列210。因此，当仅为列选中一个像素时，真实的像素电压可以被传送到相应的ADC元件211。

来自于各个列Column_1至Column_m中的像素元件201之一的输出电压可以由相应的ADC元件211转换成等效的数字值。然而，由于存在多个ADC元件211，因此每个ADC元件211可能需要被校准以使每个ADC元件211针对给定的输入而输出相似的数字值。可以例如周期性地进行校准，诸如在行扫描时间期间进行一次校准或在帧期间进行一次校准。用于校准的具体周期可以依设计和/或实施方式而定。

虽然图2可能出于清楚图示的目的而绘出并描述了像素阵列200具有开关元件202，但本发明并不局限于此。例如，开关元件202可以是ADC阵列210的部件。

图3是可以用于本发明的一个实施例的示例性比较器结构的框图。参见图3，示出了可以与比较器元件211类似的比较器元件300，包括比较器310、耦合电容器C1和C2、以及开关元件SW301和SW302。

在操作中，开关元件SW301和SW302可以通过来自于例如控制逻辑103的命令而闭合，以将比较器310的输入复位到已知状态。这可被称作将输入电压自动归零。然后可以断开开关元件SW301和SW302，且可以施加输入信号PXL和RMP。输入信号PXL可以是例如来自于像素的电压，而输入信号RMP可以是向下倾斜电压信号。

通常，输入信号RMP可以处于比输入信号PXL更高的初始电压电平。因此，比较器310的输出信号Cmp_out可以被去断言(deassert)。然而，随着输入信号RMP的电压降低，会出现输入信号RMP的电平与输入信号PXL的电平相交的点。随着输入信号RMP进一步降低且输入信号RMP小于输入信号PXL，比较器可以将输出信号Cmp_out断言(assert)。输出信号Cmp_out可以被传送给例如计数器(未示出)，所述计数器可以用于对从输入信号RMP开始斜坡下降的时刻开始直至输出信号Cmp_out被断言为止的时钟数量进行计数。计数值可以用于给出模拟输入信号的最终等效数字值。

虽然结合图3示出了单级比较器用于比较器元件300，但本发明不局限于此。例如，可以使用两级比较器，其中比较器310可以馈给(feed)另一比较器310。类似地，可以使用其他多级比较器。

图4是根据本发明的一个实施例的用于模数转换的示例性系统的框图。参见图4，示出了模数转换器系统400，模数转换器系统400包括像素阵列410、行驱动器420、ADC模块430、斜坡发生器440、线存储器450、数字逻辑块460和基准块470。ADC模块430包括列ADC432和一个或多个校准ADC 434。

像素阵列410可以与例如图2所示的像素阵列200相似。行驱动器420可以包括能够产生可用于选择特定的行——例如图2中的Row_1——以输出信号的字线的合适电路。ADC模块430可以包括能够对信号进行采样并将采样的信号转换成数字的等效数据的合适电路。列ADC 432可以用于将来自于像素阵列410的信号转换成数字数据。校准ADC 434可以用于对列ADC进行校准。斜坡发生器440可以包括产生可用于与采样的像素信号进行比较的基准斜坡信号的合适电路。线存储器450可以包括用于储存来自于ADC模块430的数字数据的合适电路。数字逻辑块460可以包括用于处理来自于线存储器450的数字数据的合适电路。

在操作中，经由行驱动器420输出的水平字线来对像素阵列410中的像素行进行寻址。由像素阵列410的行例如图2中的Row_1输出的电荷或电压信号经由列位线被传送给ADC模块430。像素阵列410中的像素布置成与图2相似的二维结构，其中行驱动器420控制特定的行以将其像素信号输出到列位线上。因此，行中的每个像素将并行地输出其信号。

ADC模块430包括列ADC 432和校准ADC 434。ADC模块430中的多个列ADC 432(未示出)对列位线上的像素信号进行采样，采样的像素信号然后被ADC转换成等效的数字信号。ADC模块430可以使用例如相关双采样(CDS)，所述相关双采样是允许去除不期望的偏移的、用于测量诸如电压或电流的电学值的技术。其在测量传感器输出时经常使用。像素的输出被测量两次，第一次是像素的复位电平，第二次是像素的信号电平。二者的差值代表入射光强度。这两个电平都包括由热噪声和器件失配导致的偏移。利用二者的差值，可以抵消此偏移。然后从未知条件减去从已知条件测得的值，以消除ADC模块430中可能存在的偏移。CDS通常用在开关电容器运算放大器(op amp)中，以有效地将电荷共享op amp的增益加倍。

像素阵列410中的像素的二维阵列成行和成列组织。给定的行中的像素共用复位线，使得行中的所有像素同时被复位。行中的像素还与字线相连。尽管像素阵列410中的多个像素例如图2中的Column_1共用同一列位线，但由于在任何的给定时间仅选中一行，因此列位线上的像素信号不会由于与来自列中的其他像素的信号混合而被劣化。

斜坡发生器440向ADC模块430中所有的列ADC 432提供斜坡信号RampOut，所述列ADC 432中的每个接收来自于激活的像素阵列410的复位信号和像素信号。ADC模块430中的每个列ADC 432首先对复位信号进行采样，然后接收来自于像素阵列410的像素信号。然后ADC获取复位信号与像素信号之间的差值。此差值信号与斜坡发生器440输出的斜坡信号RampOut进行比较。当斜坡信号首先开始斜坡变化时，在ADC模块430中的每个列ADC 432中计数器(未示出)可以被使能。当差值信号的电平与斜坡信号电平RampOut的电平大致相同时，相应的计数器将被停止，并且计数将被储存在线存储器450的相应部分中。此计数是与输入像素信号等效的数字信号。

数字逻辑块460可以读取储存在线存储器450中的数字信号，并且可以处理所述数字信号。例如，在本发明的一个实施例中，数字逻辑块460可以执行数字信号处理来将数字信号转换成诸如MPEG-4或H.263的各种视频格式中的一种。在本发明的各个实施例中，数字逻辑块460还可以产生诸如例如N_i1、N_i2和N_c的各种信号。因此，数字逻辑块460可以输出数字信号ImageOut。

ADC模块430中的校准ADC 434可以用于对列ADC 432进行校准。校准ADC 434可以接收复位信号和来自于例如基准时钟470的基准信号。复位信号与基准信号的差值可以被传送给校准ADC 434的输入。还可以将斜坡信号传送给校准ADC 434的输入，并且可以产生与基准信号等效的数字信号。可以使用此等效的数字信号对列ADC 432进行校准。

图5是根据本发明的一个实施例的单斜率ADC中的示例性连续斜坡发生器的框图。参见图5，示出了图4的连续斜坡发生器440，连续斜坡发生器440包括电流DAC(IDAC)510和520以及积分器530。积分器530包括op amp 532、可变电容器534和开关536。

在操作中，IDAC 510接收输入信号I₀并输出偏置信号I_b，所述输入信号I₀可以是在用于模数转换的系统中产生的基准信号。输出信号I_b的幅度由控制信号N_i1来控制。IDAC520接收信号I_b并输出电流信号l_in。输出信号l_in的幅度由控制信号N_i2来控制。积分器530接收电流信号l_in和基准信号V_ref以产生斜坡信号RampOut。斜坡信号RampOut的斜率可以由控制信号N_c来控制。控制信号N_i1、N_i2和N_c可以是例如包括多个比特的数字信号。可以通过闭合开关536将斜坡信号RampOut复位。

可以通过经由两个IDAC 510和520改变输入到积分器530的电流信号l_in、以及改变可变电阻器534的电容来调节斜坡信号RampOut的斜率或ADC模块430中的ADC的增益。IDAC510可以用于粗略的增益调节。IDAC 520可以用于设定整数增益步进。可变电容器534可以用于设定精细的增益步进，例如0.5x、0.25x或0.125x，其中x是由输入模拟信号的等效数字数据的最低有效位所指示的电压量。

单斜率ADC的增益可以取决于模数转换时间期间的斜坡信号RampOut电压摆幅范围。斜坡信号RampOut电压摆幅是积分器530在其开始削波之前可以产生的最大峰值电压。此最大峰值电压通常取决于施加给op amp 532的电压。也就是，电源电压越大，输出电压摆幅越大。

ADC的增益可以表达为增益＝V_1x/V_gain。若给出在ADC增益为1时的默认信号摆幅V_1x，则所述增益可以重新写成1＝V_1x/V_gain或V_1x＝V_gain。这里，V_gain可以表达为V_gain＝(I_in/C_fb)*(2ⁿ*1/f_adc)，其中I_in是积分器430的输入电流，C_fb是可变电阻器534的电容，n是ADC分辨率，f_adc是ADC的操作频率。如果积分器的输入电流为I_in＝I_b*N_i2＝I₀*N_i1*N_i2，且积分器的可变电容器534为C_fb＝C₀*(N_c+1)，其中C₀是某单位电容，N_c是大于或等于零的整数，于是默认信号摆幅可以重新写成：

V_1x＝[(I₀*N_{i1_1x}*N_{i2_1x})/(C_o*(N_{c_1x}+1)]*(2ⁿ)*(1/f_adc) (公式1)

现在可以基于公式1来调节ADC以正确地设置其增益。这可以包括调节IDAC 510的控制信号N_i1、IDAC 520的控制信号N_i2和积分器530的控制信号N_c。可以通过改变IDAC 510的输出电流来调节粗略的增益。对于标称增益为1(或1x增益)的n比特ADC转换，ADC的操作频率和IDAC 510的控制信号的默认值可以分别被称为f_{adc_def}和N_{i1_def}。然而，当ADC操作频率和/或分辨率变化时，为了将斜坡信号RampOut电压摆幅范围保持恒定，可以利用例如以下的公式：N_{i1_gain}＝(N_{i1_def}/f_{adc_def})*2^n-m*f_adc来调节 IDAC 510输出I_b，其中“m”是新的分辨率，f_adc是新的操作频率。由于比值(N_{i1_def}/f_{adc_def})是预定的默认值，可以计算IDAC 510的控制信号N_i1。

还可以通过改变IDAC 520的输出信号I_in来进一步调节ADC的增益。因此，可以通过控制信号N_i2来调节IDAC 520的输出，其中，对于特定的增益可以使用如下的公式：

N_{i2_1x}＝增益*N_{i2_gain} (公式2)

此外，虽然可以容许任何增益，但为了简化对IDAC 520的控制，本发明的各个实施例可以将增益限制为2的幂，诸如为1、2、4、8等增益。

可以在这些整数增益之间对可变电容器534进行精细的增益调节。对于为1、2、4和8的增益，电容器设定始终是N_c+1x，这通常是最大设定。对于小于2^z但大于2^z-1的增益设定，N_i2被设定为N_{i2_2z}，其中N_{i2_2z}是针对指数z的默认值，可以利用例如公式N_{c_gain}＝(增益/2^z)*(N_{c_1x}+1)-1来计算N_{c_gain}。

因此，通过调节控制信号N_i1、N_i2和N_c，可以控制连续斜坡发生器440的相对增益。然而，可能难于控制斜坡信号RampOut的绝对摆幅，因为输入到连续斜坡发生器440的输入信号I₀可能对温度、工艺和电源变化敏感。可以利用具有已知输入的数个列ADC来执行考虑输入信号I₀的校准。

在ADC模块430中，可以有一个或多个校准ADC 434，所述一个或多个校准ADC434将两个已知的基准电压的差值转换为数字码。然后将此数字码与数字逻辑块460中的标称预期码进行比较，以对斜坡输出信号RampOut的斜率进行校准。以下结合图7更加详细地说明。

图6是根据本发明的一个实施例的用于设定ADC的增益的示例性方法的流程图。参见图6，在流程图中示出了方框600、602和604。方框600示出可以通过为IDAC 510的控制信号N_i1选择适当的值来对给定的操作频率和/或分辨率进行粗略调节。

方框602示出可以通过为IDAC 520的控制信号N_i2选择适当的值来进行整数步进增益调节。方框604示出通过为用于积分器530的控制信号N_c选择适当的值来进行精细的增益调节。可以如以上结合图5所述来选择控制信号N_i1、N_i2和N_c的值。

图7是说明根据本发明的一个实施例的示例性斜坡校准方案的图。参见图7，示出了曲线700，其中纵轴表示电压，横轴表示时间。沿着横轴示出了时间实例T₀、T₁、T₂、T₃和T₄。沿着纵轴示出了电压电平V_Start、V_A、V_B和V_End。

可以通过基于操作频率设定N_i1来开始校准过程。对于期望增益可以使用默认值用于控制信号N_i2和N_c。

在时间T₀斜坡信号RampOut可以处于V_Start的电压电平。在读取像素阵列410中的第一行期间，基准块470可以将基准电压Vr和V0发送给校准ADC 434。其中Vr可以是与发送给列ADC 432的复位信号相似的复位电压。校准ADC 434可以包括可将基准信号Vr和V0相减并将信号(Vr-V0)提供给比较器的输入的电路(未示出)，其可以与例如比较器元件300相似。斜坡信号RampOut可以是比较器元件300的输入。因此，比较器元件300可以将输入信号(Vr-V0)与RampOut进行比较。

斜坡信号RampOut的电压可以保持在V_Start直到电压电平开始斜坡下降的时间T₁，在时间T₂，斜坡信号RampOut的电压电平可以处于V_A，V_A可以是输入信号(Vr-V0)的电压电平。因此，比较器元件300可以断言输出信号Cmp_out，所述输出信号Cmp_out可用于锁存已从时间T₁到时间T₂流逝过的时钟周期的计数。此时钟计数可以被称为数字码code_0。斜坡信号RampOut可以继续斜坡下降直到斜坡信号RampOut被复位到电压V_Start的时间T₄为止。

可以对第二行读取执行相似的过程。在时间T₀斜坡信号RampOut可以处于电压电平V_Start。在读取像素阵列410中的第二行期间，基准块470可以将基准电压Vr和V1发送给校准ADC 434。校准ADC 434可以包括可将基准信号Vr和V1相减并将信号(Vr-V1)提供给比较器的输入的电路(未示出)，其可以与例如比较器元件300相似。斜坡信号RampOut可以是比较器元件300的输入。因此，比较器元件300可以将输入信号(Vr-V1)与RampOut进行比较。

斜坡信号RampOut的电压可以保持在V_Start直到电压电平开始斜坡下降的时间T₁。在时间T₃斜坡信号RampOut的电压电平可以处于V_B，V_B可以是输入信号(Vr-V1)的电压电平。因此，比较器元件300可以将输出信号Cmp_out断言，所述输出信号可用于锁存已从时间T₁到时间T₃流逝过的时钟周期的计数。此时钟计数可以被称作数字码code_1。

然后从数字码code_1减去数字码code_0，可以将差值Code_diff与预期的ADC输出进行比较，所述预期的ADC输出可以是等效于(V0-V1)的数字码。如果Code_diff大于预期的值，则可以增大N_i2，并且可以在ADC模块430中利用ADC的新增益再次求出V_A和V_B。如果Code_diff小于预期的值，则可以减小N_i2，并且可以在ADC模块430中利用ADC的新增益再次求出V_A和V_B。

如果Code_diff与预期的值相同，则完成校准过程。另外，如果比较结果与之前的结果相反，则也完成校准过程。也就是，如果前一迭代显示Code_diff大于预期的ADC输出而当前迭代显示Code_diff小于预期的ADC输出，或者与前述情形相反，则完成校准过程。

图8是根据本发明的一个实施例的用于校准斜坡发生器的示例性方法的流程图。参见图8，在流程图中示出了方框800至822。

方框800示出校准过程的开始，其中变量PrevState可以被设定为0以指示校准过程的开始。方框802示出针对期望的增益可以将控制信号N_i1、N_i2和N_c设定为默认值。方框804示出可以产生数字码code_0，方框806示出可以产生数字码code_1。方框808示出可以通过从code_1减去code_0产生差值Code_diff。

方框810示出可以将Code_diff与预期的ADC输出ExpVal进行比较。如果Code_diff等于ExpVal，则方框818示出可以使用当前的N_i2并且校准过程完成。否则，方框812示出将Code_diff与ExpVal进行比较。如果Code_diff大于ExpVal，则方框814示出进行检查以查看PrevState是否等于-1。PrevState在Code_diff小于ExpVal时为-1。

如果PrevState等于-1，即表示在之前的状态下Code_diff小于ExpVal，则由于当前的迭代中Code_diff大于ExpVal，流程图的流程进行到下一个方框818，方框818示出可以使用当前的N_i2并完成校准过程。

回到方框812，如果Code_diff小于ExpVal，则方框820示出进行检查以查看PrevState是否等于1。PrevState在Code_diff大于ExpVal时为1。

如果PrevState等于1，即表示在之前的状态下Code_diff大于ExpVal，则由于在当前的迭代中Code_diff小于ExpVal，流程图的流程进行到下一个方框818，方框818示出可以使用当前的N_i2并完成校准过程。否则，方框822示出减小控制信号N_i2并将PrevState设置为-1。通过将流程图的流程进行到方框802来继续校准过程。

回到方框814，如果PrevState不等于-1，则方框816示出增大控制信号N_i2且将PrevState设置为1。通过将流程图的流程进行到方框802来继续校准过程。

因此，本发明的各个实施例的连续斜坡发生器可以比现有的电流操控DAC和开关电容器积分器法消耗更少的电流，并且操作速度可以大于其他的这两种方法。本发明的各个实施例可以使用如上所述的过程来准确地设置增益，并使用简单的方法来按照需要校准信号摆幅。

虽然已经结合某些实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化和各种等同物替换。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行多种修改以将特定的情况或材料适用于本发明的构思。因此，本发明并不限制于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims

1.一种用于处理信号的方法，所述方法包括以下步骤：

控制模数转换器的粗略增益；

控制所述模数转换器的整数增益；以及

控制所述模数转换器的精细增益，

其中，通过输入至第一电流发生器的第一控制信号来控制所述粗略增益，通过输入至第二电流发生器的第二控制信号来控制所述整数增益，通过输入至积分器的第三控制信号来控制所述精细增益。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第三控制信号控制所述积分器的反馈电容器的电容。

3.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

由被控制用于所述粗略增益的第一电流发生器将第一信号传送给被控制用于所述整数增益的第二电流发生器的输入；

由所述第二电流发生器将第二信号传送给被控制用于所述精细增益的积分器的输入；以及

由积分器传送具有增益的斜坡信号以供所述模数转换器使用，所述增益包括所述粗略增益、所述整数增益和所述精细增益。

4.如权利要求3所述的方法，包括以下步骤：对所述斜坡信号进行校准。

5.如权利要求4所述的方法，其中，对所述斜坡信号进行校准的步骤包括以下步骤：

利用第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号的默认值来控制所述模数转换器的增益；

用所述模数转换器将第一模拟基准信号转换成第一数字值；

用所述模数转换器将第二模拟基准信号转换成第二数字值；

从所述第二数字值减去所述第一数字值得到差值；以及

基于所述差值与预期值的比较来调节所述第二控制信号。

6.一种校准模数转换器的方法，所述方法包括以下步骤：

用所述模数转换器将第一模拟基准信号转换成第一数字值；

用所述模数转换器将第二模拟基准信号转换成第二数字值；

从所述第二数字值减去所述第一数字值得到差值；以及

基于所述差值与预期值的比较来调节所述第二控制信号。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一控制信号控制所述模数转换器的粗略增益，所述第二控制信号控制所述模数转换器的整数增益，所述第三控制信号控制所述模数转换器的精细增益。

8.如权利要求6所述的方法，包括以下步骤：如果所述差值大于所述预期值则增大所述第二控制信号的值，而如果所述差值小于所述预期值则减小所述第二控制信号的值。

9.如权利要求6所述的方法，包括以下步骤：如果所述差值等于所述预期值则结束所述模数转换器的校准。

10.如权利要求6所述的方法，包括以下步骤：如果在当前迭代中所述差值大于所述预期值、且在紧邻的前一迭代中所述差值小于所述预期值，则结束所述模数转换器的校准。

11.如权利要求6所述的方法，包括以下步骤：如果在当前迭代中所述差值小于所述预期值、且在紧邻的前一迭代中所述差值大于所述预期值，则结束所述模数转换器的校准。

12.一种用于在模数转换器中处理信号的系统，所述系统包括：

第一电流发生器，所述第一电流发生器由第一控制信号控制；

第二电流发生器，所述第二电流发生器由第二控制信号控制；以及

积分器，所述积分器由第三控制信号控制，

其中，所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号确定所述模数转换器的总增益；

其中，所述第一控制信号控制粗略增益，所述第二控制信号控制整数增益，所述第三控制信号控制精细增益。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述第一电流数模转换器将第一信号传送给所述第二电流数模转换器的输入，所述第二电流数模转换器将第二信号传送给所述积分器的输入，所述积分器输出具有增益的斜坡信号以供所述模数转换器使用，所述增益包括粗略增益、整数增益和精细增益。

14.如权利要求12所述的系统，其中，所述模数转换器的总增益取决于所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号的值，并且其中，

所述模数转换器将第一模拟基准信号转换成第一数字码，

所述模数转换器将第二模拟基准信号转换成第二数字码，

从所述第二数字码减去所述第一数字码得到差值，并且

基于所述差值与预期值的比较来调节所述第二控制信号。

15.一种用于图像处理的系统，所述系统包括：

模数转换器ADC阵列，所述模数转换器ADC阵列包括列ADC和至少一个校准ADC；

斜坡发生器模块，所述斜坡发生器模块被配置为将斜坡信号提供给所述列ADC和所述校准ADC；

基准模块，所述基准模块被配置为将基准信号提供给所述校准ADC和所述斜坡发生器模块；以及

控制电路，所述控制电路被配置为将控制信号提供给所述斜坡发生器模块，

其中，所述斜坡发生器模块包括第一电流发生器、第二电流发生器和积分器；

其中，所述第一电流发生器由第一控制信号控制；

其中，所述第二电流发生器由第二控制信号控制；

其中，所述积分器由第三控制信号控制；

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述列ADC被配置为将模拟像素信号转换成数字数据。

17.如权利要求15所述的系统，其中，利用第一控制信号控制所述第一电流发生器、利用第二控制信号控制所述第二电流发生器、以及利用第三控制信号控制所述积分器来校准所述斜坡信号，并且，其中，所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号由所述控制电路产生。

18.如权利要求17所述的系统，其中，将默认值用于所述第一控制信号、所述第二控制信号和所述第三控制信号来产生斜坡信号以供所述列ADC使用。

19.如权利要求17所述的系统，其中，所述校准ADC将第一模拟基准信号转换成第一数字值，并且所述校准ADC将第二模拟基准信号转换成第二数字值。

20.如权利要求19所述的系统，其中，所述控制电路包括减法模块，所述减法模块被配置为从所述第二数字值减去所述第一数字值以获得差值，且所述控制电路基于所述差值与预期值的比较来调节所述第二控制信号。

21.如权利要求20所述的系统，其中，如果所述差值大于所述预期值则所述控制电路增大所述第二控制信号的值，而如果所述差值小于所述预期值则减小所述第二控制信号的值。

22.如权利要求20所述的系统，其中，如果所述差值等于所述预期值，则所述控制电路结束所述斜坡信号的校准。

23.如权利要求20所述的系统，其中，如果在当前迭代中所述差值大于所述预期值、且在紧邻的前一迭代中所述差值小于所述预期值，则所述控制电路结束所述斜坡信号的校准。

24.如权利要求20所述的系统，其中，如果在当前迭代中所述差值小于所述预期值、且在紧邻的前一迭代中所述差值大于所述预期值，则所述控制电路结束所述斜坡信号的校准。