CN110213510B - 信号转换装置及相应的方法、感测设备 - Google Patents

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CN110213510B CN201910436421.1A CN201910436421A CN110213510B CN 110213510 B CN110213510 B CN 110213510B CN 201910436421 A CN201910436421 A CN 201910436421A CN 110213510 B CN110213510 B CN 110213510B
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Abstract

本申请公开了一种信号转换装置，包括第一积分模块，配置为基于外部感测元件的感测信号生成第一积分信号；第二积分模块，配置为生成第二积分信号；控制模块，配置为：在第一量化阶段，基于所述第一积分信号和参考信号的第一比较结果获得具有第一量化精度的第一量化信号和残余量，在第二量化阶段，基于所述残余量和所述第二积分信号的第二比较结果获得与所述残余量相对应的、具有第二量化精度的第二量化信号，其中所述第二量化信号与所述第二量化精度之积小于等于所述第一量化精度。本申请还提供了包括这种信号转换装置的感测设备和相应的信号转换方法。

Description

信号转换装置及相应的方法、感测设备
技术领域
本申请涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种分步量化型像素级模数转换电路。
背景技术
目前图像传感器广泛应用于多个领域。像素电路是图像传感器的关键电路组成，像素电路由两部分组成：一是探测器部分，用来将入射的光信号转换成电子空穴对；二是读出电路部分，用来将电子空穴对转换成一个可读信号。在传统的APS(Active PixelSensor)中，因为传感器会泄放积分电容上的电荷，该可读信号一般是一个模拟电压降，并在片外进行模数转换。由于对可靠性以及性能的要求，像素电路结构也产生了革新，模数转换电路被集成在了像素电路内。
像素级模数转换相对于芯片级模数转换和列级模数转换具有显著的优势。第一，由于转换速率的降低，功耗相应降低；第二，由于模拟通道的多路复用被抑制，所以噪声性能也得到了优化。当然，像素级模数转换的缺点就是受像素面积约束大。为了提高动态范围，现在的像素模数转换通常会采用粗量化加细量化的两步结构，但是粗量化和细量化之间的匹配会由于工艺涨落产生较大偏差。
因此，亟需一种具有较高匹配精度的信号转换装置及方法。
发明内容
本申请针对上述问题，本申请提供了一种信号转换装置，包括第一积分模块，配置为基于外部感测元件的感测信号生成第一积分信号；第二积分模块，配置为生成第二积分信号；控制模块，配置为在第一量化阶段，基于所述第一积分信号和参考信号的第一比较结果获得具有第一量化精度的第一量化信号和残余量；在第二量化阶段，基于所述残余量和所述第二积分信号的第二比较结果获得与所述残余量相对应的、具有第二量化精度的第二量化信号，其中所述第二量化信号与所述第二量化精度之积小于等于所述第一量化精度。
特别的，所述控制模块还配置为在所述第一量化阶段，基于所述第一比较结果来生成第一调整信号以使得所述第一积分信号复位，直至所述第一积分信号和参考信号的第一比较结果不再变化；以及在所述第二量化阶段，基于所述第二比较结果来生成第二调整信号，以使得所述第二积分信号均匀的递增或递减调整，直至所述第二积分信号满足所述残余量。
特别的，所述控制模块包括比较单元，其第一输入端在所述第一量化阶段耦合到所述参考信号并且在所述第二量化阶段耦合到所述第二积分模块的输出端，其第二输入端耦合到所述第一积分模块的输出端，所述比较单元配置为比较所述第一积分信号与所述参考信号，或比较所述剩余量与所述第二积分信号；逻辑单元，其耦合到所述比较单元的输出端，配置为在所述第一量化阶段，基于所述第一比较结果产生所述第一调整信号和所述第一量化信号；在所述第二量化阶段，基于所述第二比较结果产生所述第二调整信号和所述第二量化信号。
特别的，所述第一积分模块包括第一电容器和第一复位单元，其中所述第一电容器的第一极板配置为接收外部感测元件的感测信号并耦合到所述第一复位单元的输出端，其第二极板耦合到地电位；所述第一电容器的第一极板还耦合至所述比较单元的第二输入端以提供所述第一积分信号。
特别的，所述第二积分模块包括第二电容器、第一调整单元和缓冲器，其中所述第二电容器的第一极板耦合至所述第一调整单元的输出端，以及所述缓冲器的第一输入端，其第二极板耦合到地电位；所述缓冲器的第二输入端与其输出端耦合，并且在所述第二量化阶段耦合到所述比较单元的第一输入端。
特别的，在所述第一量化阶段，所述第一复位单元配置为基于所述第一调整信号对所述第一电容器进行第一指定量的电荷传输；在所述第二量化阶段，所述第一调整单元配置为基于所述第二调整信号对所述第二电容器进行所述第一指定量的电荷传输，其中，所述第二电容器的电容是所述第一电容器的电容的2N倍，其中N是大于等于1的整数。
特别的，所述第一积分模块包括第一运放、第三电容器和第二复位单元，其中所述第一运放的第一输入端接预设电位，第二输入端配置为接收所述感测信号，其第二输入端还耦合到所述第二复位单元的输出端，其输出端耦合到所述比较单元的第一输入端；所述第三电容器耦合在所述第一运放的第二输入端和输出端之间。
特别的，所述第二积分模块包括第二运放、第四电容器和第二调整单元，其中所述第二运放的第一输入端接预设电位，第二输入端耦合到所述第二调整单元的输出端，其输出端在所述第二量化阶段耦合到所述比较单元的第二输入端；所述第四电容器耦合在所述第二运放的第二输入端和输出端之间。
特别的，所述第二复位单元配置为基于所述第一调整信号对所述第三电容器进行第二指定量的电荷传输；所述第二调整单元配置为基于所述第二调整信号对所述第四电容器进行所述第二指定量的电荷传输，其中，所述第四电容器的电容是所述第三电容器的电容的2N倍，其中N为大于等于 1的整数。
特别的，所述控制模块基于所述第一量化信号以及所述第二量化信号来确定总量化信号。
本申请还提供了一种感测设备，包括一个或多个感测元件，以及与所述感测元件耦合的如前述任一所记载的相应的信号转换装置。
特别的，所述感测元件包括光电探测器。
本申请还提供了一种信号转换方法，包括基于第一积分信号和参考信号的第一比较结果获得具有第一量化精度的第一量化信号和残余量，其中，基于所述第一比较结果来对所述第一积分信号进行复位；基于所述残余量和第二积分信号的第二比较结果获得与所述残余量相对应的、具有第二量化精度的第二量化信号，其中，基于所述第二比较结果使得所述第二积分信号均匀的递增或递减调整，直至所述第二积分信号满足所述残余量，其中所述积分信号与所述第二量化精度之积小于等于所述第一量化精度。
通过采用本申请的技术方案，这种结构可以实现不同量化精度之间的良好匹配，并且在工艺涨落和温度变化的影响下仍然能匹配良好。
附图说明
参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。
图1为依据本申请实施例的信号转换装置的架构图；
图2a示出了依据本申请另一实施例的信号转换装置的架构图；
图2b为图2a中信号转换装置的时序图；
图3示出了依据本申请另一实施例的信号转换装置的架构图。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本申请一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本申请的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本申请的所有实施例。可以理解，在不偏离本申请的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本申请的范围由所附的权利要求所限定。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。对于附图中的各单元之间的连线，仅仅是为了便于说明，其表示至少连线两端的单元是相互通信的，并非旨在限制未连线的单元之间无法通信。
在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
晶体管可指任何结构的晶体管，例如场效应晶体管(FET)。当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。
图1为依据本申请实施例的信号转换装置的架构图。
如图所示，信号转换装置100包括第一积分模块110、第二积分模块 120以及控制模块130。
具体地，第一积分模块110配置为生成第一积分信号VINT1，第二积分模块120配置为生成第二积分信号VINT2，其中，第二积分模块120的输出端可控地耦合到控制模块130。控制模块130通过第一输入端接收第一积分信号VINT1，通过第二输入端接收第二积分VIN2或参考电位VREF。具体地，当进行第一量化精度的量化时，控制模块130通过第二输入端接收参考电位 VREF，并且基于第一积分信号VINT1和参考电位VREF的比较结果获得具有第一量化精度的第一量化信号D1和残余量；当进行第二量化精度的量化时，控制模块130通过第二输入端接收第二积分信号VINT2，基于残余量和第二积分信号VINT2的比较结果获得与残余量相对应的、具有第二量化精度的第二量化信号D2。在获得D1与D2后，即可确定与待转换信号相对应的量化信号。
图2a示出了依据本申请一实施例的信号转换装置的架构图，图2b为图2a中信号转换装置的时序图
如图所示，信号转换装置200包括第一积分模块210、第二积分模块 220以及控制模块230，其中，第一积分模块210包括电容器C1以及复位单元，第二积分模块220包括调整单元221、运放222以及电容器C2，控制模块230包括比较单元231、逻辑单元232。
具体而言，电容器C1的第一极板耦合至比较单元231的第二输入端(负输入端)。复位单元包括开关S1、电荷传输器211，其中，开关S1耦合在电位VR和电容器C1的第一极板之间，电荷传输器211的输出端也耦合到电容器C1的第一极板，配置为基于第一电位调整信号CL1对电容器C1的电位进行调整。电容器C1的第二极板耦合到地电位。积分模块210通过积分电流在电容器C1上积分，以提供积分电压VINT1至比较单元231的第二输入端(负输入端)，其中，积分电流由探测元件D在外部信号的影响下来提供。比较单元231的第一输入端(正输入端)通过开关S2接收参考电压VREF。
第二积分模块220包括缓冲器、电容器C2以及调整单元221。在本实施例中，缓冲器通过具有单位增益连接方式的运放222来实现。可以理解的，还可以用其他元件来实现缓冲的功能。运放222的第二输入端(负输入端)与其输出端相连，并通过开关S3与比较单元231的正输入端相连，电容器C2的第一极板耦合到运放222的第一输入端(正输入端)，调整单元221的输出耦合到电容器C2的第一极板，配置为基于第二电位调整信号 CL2对电容器C2的电位进行电位调整，进而产生积分电压VINT2。电容器C2 的第二极板耦合到地电平。在本实施例中，调整单元221是被配置为与电荷传输器211传输相同电荷量的电荷传输器，并且电容器C2的电容值是电容器C1的电容的2N倍(N为大于等于1的整数)。可以理解的，还可以用其他元件来实现电位调整的功能。
在第一积分模式下，开关S2闭合，S3断开，比较单元231比较积分电压VINT1和参考电位VREF；在第二积分模式下，开关S2断开，S3闭合，比较单元231比较积分电压VINT2和残余量。比较单元231将比较结果提供至逻辑单元232，进而使得逻辑单元232根据该比较结果生成电压生成量化结果 SL、SH以及量化过程中的电位调整信号CL1和/或CL2。
下面分阶段地对图2a中的信号转换装置的工作进行阐述。
(1)初始阶段
在该阶段，开关S1闭合，电容器C1上的电位被复位到电位VR，探测元件D没有产生积分电流，因此电容器C1不进行放电。
(2)第一量化阶段(开关S2闭合，S3断开)
当探测元件D例如光电探测器或其他探测元件产生探测信号后，能够以积分电流IINT对电容器C1进行放电，从而使得电容器C1上的电位VINT1从VR开始以指定的斜率降低，即VINT1是斜坡电压。
当电容器C1上的电位降低到小于等于参考电位VREF时，比较单元231 的输出翻转，例如从低电平翻转为高电平。逻辑单元232获取到该电平的翻转后，逻辑单元232将产生第一电位调整信号CL1，以使得电荷传输单元 211向电容器C1传输指定量Q的电荷，进而将电容器C1的电位复位至VR。
根据一个实施例，逻辑单元232还配置为对比较单元231输出信号的翻转次数进行计数，并且将开关S2闭合的时段内所获得的翻转次数作为第一量化结果SH。当电容器C1无法通过积分电流继续放电从而使比较单元 231的输出翻转时，电容器C1上仍保留有残余量VRES，即比较单元231的第二输入端(负输入端)的电位为VRES。
(3)第二量化阶段(开关S3闭合，S2断开)
在此阶段，开关S2断开，S3闭合。此时电容器C2上的电位VINT2为初始电位(譬如是低电位)。根据一个实施例，这个初始电位可以是零，也可以通过一个输入端来为其提供一个非零的初始电位。此时，比较单元231 的正输入端电位为第二积分模块220的输出端电位，比较单元231的负输入端电位大于正输入端的电位，其输出端输出低电平。逻辑单元232获得该低电平后，向调整单元221发送第二电位调整信号CL2。当调整单元221 为电荷传输器时，其被配置为向电容器C2传输指定量Q的电荷。因此，相较于初始电位，电容器C2上的电位变化幅值是Q/2NC1。2N个台阶所对应的电压幅值相当于第一量化阶段电荷传输单元211每次给电容器C1充电后达到的电位VR与参考信号VREF之间的电位差(LSB)，并且在工艺涨落和温度变化的影响下仍然能匹配良好。
通过为电容器C2多次(例如X次)注入每次注入数量为Q的电荷，积分模块220输出台阶型斜坡信号，通过统计给电容器C2充电的次数，就可以获知残余量VRES的大小，即VRES＝X/2N*(VR-VREF)。
可以理解的，在具体实现过程中，VINT2的起始和结束电位可能存在一定的偏差(例如并不是零和VRES)，这可以通过片外的校正和补偿获得并校正，但是无论如何，二者的差异是同步的，因此不会影响精度的匹配。
可以理解的，在积分模块210、220可选择性地连接到控制模块230时，第一电位调整信号CL1和第二电位调整信号CL2能够以同一个控制端发送的信号来实现。
图3示出了依据本申请另一实施例的信号转换装置的架构图。
如图所示，信号转换装置300包括第一积分模块310、第二积分模块 320以及控制模块330。具体而言，第一积分模块310包括复位单元311、运放312、以及跨接在运放312负输入端和输出端之间的电容器C1’和开关 S1’。第二积分模块320包括调整单元321、运放322、以及跨接在运放322 负输入端和输出端之间的电容器C2’和开关S2’。控制模块330包括比较单元331和逻辑单元332。
根据一个实施例，第一积分模块310通过积分电流在电容器C1’上积分，以提供积分电压VINT1’，其中，积分电流由探测元件D’在外部信号的影响下来提供。电容器C1’的第一极板经由晶体管MC’耦合到探测元件D’以及复位单元311的输出端，其第二极板耦合到运放312的输出端。具体来说，运放312的第一输入端(正输入端)耦合到预设电位，第二输入端(负输入端)耦合到晶体管电容器C1’的第一极板以输入积分电压VINT1’，从而使得运放312形成缓冲器连接方式。
比较单元331的第二输入端(负输入端)配置为通过开关S3’接收参考电位VREF’，比较单元331的第一输入端(正输入端)耦合到第一积分模块 310的输出端以及电容器C1’的第二极板，以获取积分电压VINT1’。比较单元 331的输出端耦合到逻辑单元332以向逻辑单元332提供比较结果。
在一种实施方式中，复位单元311包括耦合到电位VR’的开关和/或电荷传输器。通过电荷传输器，复位单元311可以将电容器C1’的第一极板的电位达到VR’，从而运放312的输出端电位与其负输入端电为都是VR’。在一种实施方式中，当复位单元311复位时，耦合在电容器C1’两极板之间的开关 S1’闭合，从而可以使得电容器C1’两极板之间电压差为零。
第二积分模块320具有与第一积分模块310类似的结构。运放322的第二输入端(负输入端)耦合到调整单元321的输出端，电容器C2’、开关 S2’均耦合在运放322的第二输入端(负输入端)和输出端之间，运放322 的第一输入端(正输入端)耦合到预设电位，从而使得运放322形成缓冲器连接方式。在本实施例中，调整单元321是配置为与电荷传输器311传输相同电荷量的电荷传输器。根据一个实施例，电容器C2’的电容值可以是电容器C1’的电容的2N倍(N≥1)。可以理解的，还可以用其他元件来实现电位调整的功能。类似地，当调整单元321调整电容器C2’第一极板的电位时，开关S2’闭合，从而可以使得电容器C2’两端压差为零。
与图2a中的转换装置200类似的，积分模块320的输出端经由开关S4 耦合到比较单元331的第二输入端(负输入端)，以在不同的时间段调整比较单元331的比较对象。比较单元331将比较结果提供至逻辑单元332，进而使得逻辑单元332根据该比较结果生成电压生成量化结果SL’、SH’以及量化过程中的电位调整信号CL。
下面分阶段地对图3中的信号转换装置的工作进行阐述。
(1)初始阶段
在该阶段，开关S1’闭合，电容器C1’上的电位被复位到电位VR’，探测元件D’不对电容器C1’进行放电，运放312输出电位VR’。在该阶段开关S2’闭合，电容器C2’上的电位被调整到初始电位，该初始电位可以是地电位或者其他预设的电位，这个可以根据用户的需要决定。或者根据其他的实施例，只要保证开关S2’的第二量化阶段以前曾经闭合即可。
(2)第一量化阶段(开关S1’断开，S3’闭合，S4断开)
当探测元件D’感光后，能够以积分电流IINT’对电容器C1’进行放电，运放312第二输入端(负输入端)电位随之下降，从而使得其输出端的电位和电容器C1’上的电位VINT’以指定的斜率升高，即VINT’是斜坡电压。
当电容器C1’上的电位升高到大于等于参考电位VREF’时，比较单元331 的输出将从低电平翻转为高电平。逻辑单元332获取到该高电平后，将产生电位调整信号CL，使得电荷传输单元311向电容器C1’传输指定量Q’的电荷，进而将电容器C1’的电位复位到VR’。
逻辑单元332还配置为对比较单元331输出信号的翻转次数进行计数，并且将开关S3’闭合的时段内所获得的翻转次数作为第一量化结果SH’。当电容器C1’保持无法通过积分电流继续放电时，C1’上仍保留有残余量VRES’，即比较单元331的第一输入端(正输入端)的电位为VRES’。
(3)第二量化阶段(开关S2’断开，S4闭合，S3’断开)
在此阶段，此时电容器C2’上的电位VINT2’为初始电位(这个初始电位可以是高电平，也可以是通过一个输入端设定的其他电位)。因此，比较单元 331的第二输入端(负输入端)电位大于正输入端的电位，其输出端输出低电平。逻辑单元332获得该低电平后，向调整单元221发送电位调整信号 CL。
当调整单元321为电荷传输器时，其被配置为向电容器C2’传输指定量Q’的电荷。因此，运放322的第二输入端(负输入端)电压VINT2和电容器 C2’第一极板的电压升高，其输出端的电位降低。相较于初始阶段，电容器 C2’上的电位变化幅值是Q’/2NC1’。直到运放322的输出端电位下降到等于VRES’，比较单元331的输出翻转。2N个台阶所对应的电压幅值相当于第一量化阶段电荷传输单元311每次给电容器C1’充电后达到的电位VR’与参考信号VREF’之间的电位差(LSB’)，并且在工艺涨落和温度变化的影响下仍然能匹配良好。
通过为电容器C2’多次(例如Y次)注入每次注入数量为Q’的电荷，积分模块320中运放322输出台阶型下降斜坡信号，通过统计给电容器C2’充电的次数，就可以获知残余量VRES’的大小，即VRES’＝Y/2N*(VR’-VREF’)。
在一种实施方式中，初始电位可以通过开关S6耦合到电容器C2’的第二极板，电容器C2’的第二极板经由开关S5耦合到开关S2’的右端。通过如此配置，可以减少积分模块320自身对信号转换装置的影响。
另外，本实施例中的探测元件所产生的积分电流是给电容放电，可以理解的，在其它实施例中，探测元件所产生的积分也可以是给电容充电。在后者的情况下，积分电压VINT或VINT’则呈现与当前实施例中所介绍的情况相反斜率的斜坡电压。因此，前述的第二积分信号可以是均匀的递增也可以是均匀递减调整的。在此就不再赘述。
另外，根据一个实施例，第二积分模块中的电容也可以与第一积分模块中的电容相同，而在第二积分模块中的每次充电的电荷可以是第一积分模块中每次充电电荷的2N倍。
上面提供的实施例中图2a所示的实施例是无源积分型结构，图3所示的实施例是有源积分型结构。前者结构简单，功耗低，但是第二量化阶段的匹配对节点寄生电容比较敏感；后者结构相对复杂，功耗较高，但是第二量化阶段的匹配受寄生电容影响小，匹配性更好。两种具体实现可根据实际需求进行选择。这里的匹配指的是第二积分模块的的量化精度与第一积分模块的精度之间的匹配关系，例如前面所介绍的第二量化阶段2N个台阶所对应的电压幅值相当于第一量化阶段电荷传输单元每次给电容器充电后达到的电位与参考信号之间的电位差。
因此，虽然参照特定的示例来描述了本申请，其中，这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本申请进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本申请的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。

Claims (12)

1.一种信号转换装置，包括：
第一积分模块，配置为基于外部感测元件的感测信号生成第一积分信号；
第二积分模块，配置为生成第二积分信号；
控制模块，配置为：
在第一量化阶段，基于所述第一积分信号和参考信号的第一比较结果获得具有第一量化精度的第一量化信号和残余量，
在第二量化阶段，基于所述残余量和所述第二积分信号的第二比较结果获得与所述残余量相对应的、具有第二量化精度的第二量化信号，其中所述第二量化信号与所述第二量化精度之积小于等于所述第一量化精度；
其中，所述控制模块还配置为：
在所述第一量化阶段，基于所述第一比较结果来生成第一调整信号以使得所述第一积分信号复位，直至所述第一积分信号和参考信号的第一比较结果不再变化；以及
在所述第二量化阶段，基于所述第二比较结果来生成第二调整信号，以使得所述第二积分信号均匀的递增或递减调整，直至所述第二积分信号满足所述残余量。
2.如权利要求1所述的信号转换装置，其中，所述控制模块包括：
比较单元，其第一输入端在所述第一量化阶段耦合到所述参考信号并且在所述第二量化阶段耦合到所述第二积分模块的输出端，其第二输入端耦合到所述第一积分模块的输出端，所述比较单元配置为比较所述第一积分信号与所述参考信号，或比较所述残余量与所述第二积分信号；
逻辑单元，其耦合到所述比较单元的输出端，配置为，
在所述第一量化阶段，基于所述第一比较结果产生所述第一调整信号和所述第一量化信号，
在所述第二量化阶段，基于所述第二比较结果产生所述第二调整信号和所述第二量化信号。
3.如权利要求2所述的信号转换装置，其中，所述第一积分模块包括第一电容器和第一复位单元，其中：
所述第一电容器的第一极板配置为接收外部感测元件的感测信号并耦合到所述第一复位单元的输出端，其第二极板耦合到地电位；
所述第一电容器的第一极板还耦合至所述比较单元的第二输入端以提供所述第一积分信号。
4.如权利要求3所述的信号转换装置，其中，所述第二积分模块包括第二电容器、第一调整单元和缓冲器，其中：
所述第二电容器的第一极板耦合至所述第一调整单元的输出端，以及所述缓冲器的第一输入端，其第二极板耦合到地电位；
所述缓冲器的第二输入端与其输出端耦合，并且在所述第二量化阶段耦合到所述比较单元的第一输入端。
5.如权利要求4所述的信号转换装置，其中，
在所述第一量化阶段，所述第一复位单元配置为基于所述第一调整信号对所述第一电容器进行第一指定量的电荷传输；
在所述第二量化阶段，所述第一调整单元配置为基于所述第二调整信号对所述第二电容器进行所述第一指定量的电荷传输，
其中，所述第二电容器的电容是所述第一电容器的电容的2N倍，其中N是大于等于1的整数。
6.如权利要求2所述的信号转换装置，其中，所述第一积分模块包括第一运放、第三电容器和第二复位单元，其中：
所述第一运放的第一输入端接预设电位，第二输入端配置为接收所述感测信号，其第二输入端还耦合到所述第二复位单元的输出端，其输出端耦合到所述比较单元的第一输入端；
所述第三电容器耦合在所述第一运放的第二输入端和输出端之间。
7.如权利要求6所述的信号转换装置，其中，所述第二积分模块包括第二运放、第四电容器和第二调整单元，其中：
所述第二运放的第一输入端接预设电位，第二输入端耦合到所述第二调整单元的输出端，其输出端在所述第二量化阶段耦合到所述比较单元的第二输入端；
所述第四电容器耦合在所述第二运放的第二输入端和输出端之间。
8.如权利要求7所述的信号转换装置，其中，
所述第二复位单元配置为基于所述第一调整信号对所述第三电容器进行第二指定量的电荷传输；
所述第二调整单元配置为基于所述第二调整信号对所述第四电容器进行所述第二指定量的电荷传输，
其中，所述第四电容器的电容是所述第三电容器的电容的2N倍，其中N为大于等于1的整数。
9.如权利要求1所述的信号转换装置，其中，所述控制模块基于所述第一量化信号以及所述第二量化信号来确定总量化信号。
10.一种感测设备，包括：
一个或多个感测元件，以及与所述感测元件耦合的如权利要求1-9中任一所记载的相应的信号转换装置。
11.如权利要求10所述的感测设备，其中，所述感测元件包括光电探测器。
12.一种信号转换方法，包括：
在第一量化阶段，基于第一积分信号和参考信号的第一比较结果获得具有第一量化精度的第一量化信号和残余量，其中，基于所述第一比较结果来生成第一调整信号以使得第一积分信号复位，直至所述第一积分信号和参考信号的第一比较结果不再变化；
在第二量化阶段，基于所述残余量和第二积分信号的第二比较结果获得与所述残余量相对应的、具有第二量化精度的第二量化信号，其中，基于所述第二比较结果来生成第二调整信号以使得所述第二积分信号均匀的递增或递减调整，直至所述第二积分信号满足所述残余量，其中所述积分信号与所述第二量化精度之积小于等于所述第一量化精度。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103618860A (zh) * 2013-11-04 2014-03-05 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 一种用于图像传感器的模数转换器
CN103840833A (zh) * 2014-02-24 2014-06-04 电子科技大学 一种红外焦平面阵列读出电路的模数转换电路
CN104506196A (zh) * 2014-12-30 2015-04-08 天津大学 高速高精度两步式模数转换器
US9041843B2 (en) * 2006-12-18 2015-05-26 Sony Corporation Imaging apparatus and camera
WO2018077719A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Ams Ag Oscillator circuit and method for generating a clock signal

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9041843B2 (en) * 2006-12-18 2015-05-26 Sony Corporation Imaging apparatus and camera
CN103618860A (zh) * 2013-11-04 2014-03-05 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 一种用于图像传感器的模数转换器
CN103840833A (zh) * 2014-02-24 2014-06-04 电子科技大学 一种红外焦平面阵列读出电路的模数转换电路
CN104506196A (zh) * 2014-12-30 2015-04-08 天津大学 高速高精度两步式模数转换器
WO2018077719A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Ams Ag Oscillator circuit and method for generating a clock signal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
二次量化技术在像素级数字积分探测系统中的应用研究;封宇航等;《激光与红外》;电子电路;20190331;第49卷(第3期);第361-368页 *

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