CN114726375A - 模数转换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

模数转换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及模数转换器，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。

背景技术

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。

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。

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，本发明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。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。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。

本发明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。

本发明提供了一种模数转换器，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。

本发明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：

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；

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；

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；

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。

本发明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：

在量化阶段提供斜坡电压；

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；

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；

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。

本发明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。本发明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

为了进一步阐述本发明的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本发明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，这些附图仅描述本发明的典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定，其中：

图1是本发明的模数转换器总体原理图；

图2a和图2b分别是本发明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；

图3a和图3b分别是本发明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；

图4a和图4b分别是本发明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；

图5a和图5b分别是本发明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；

图6是本发明的模数转换器控制方法流程图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

发明概述

如在前面背景技术部分所述，本发明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TDC的单斜率模数转换器，实现了数字输出，降低了用户使用难度、输出噪声和成本，同时还实现了机芯模拟转换器的国产化。

示例性装置

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

图1是本发明的模数转换器总体原理图。

图1主要包含斜坡发生器100、列内电路200、粗量化计数器300、延迟锁相环400以及数字处理电路500。模数转换器的量化分辨率是K比特，将K比特划分为高位和低位两个部分，高位是M个比特，低位是L个比特，共K＝M+L个比特。

其中斜坡发生器100用于在量化阶段给多个列内电路分别提供了斜坡电压V_ramp；所述斜坡电压为从最低量化电压到最高量化电压之间随时间均速增加的电压。粗量化计数器300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V_ramp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400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200用于比较所述斜坡电压V_ramp和待检测电压V_in[Q-1:0]的大小，当比较结果发生变化时，产生一个跳变信号V_step，进而根据所述跳变信号V_step将粗量化计数器300的粗量化数据结果锁存到列内电路中，实现高位M比特的量化，即粗量化，与此同时，列内电路200根据跳变信号V_step在一个粗量化时钟周期步长内的相位区间锁存此刻的细量化数据结果，实现了低位L比特的量化，即细量化；其中所述粗量化数据结果为格雷码，细量化数据结果为格雷码或温度计码；粗量化数据结果和细量化数据结果分别通过总线X_out和T_out输出到数字处理电路500，所述数字处理电路500用于将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，最后将运算结果输出到片外。粗量化计数器300和延迟锁相环400的输出端连接多个列内电路200。

格雷码是一种循环码，格雷码的特点是任意两组相邻之间只有一位不同，其余各位都相同，而且0和最大数(2^N-1)对应的两组格雷码之间也只有一位不同。

它的特性使它在形成和传输过程中引起的误差较小。如计数电路按格雷码计数时，电路每次状态更新只有一位代码变化，从而减少了计数错误。由于本发明使用格雷码计数器进行计数，因此减少了传输和计数的错误。但是格雷码不能直接参与运算，因此需要将计数结果转换为二进制码进行计算。

温度计码是指根据一个数列中1的位置来表示一个数字的编码方式。就像人们数数时，竖起第几个手指表示一个数一样。例如，一个数列为“0000001000”，“1”的位置在第四位，则这个温度计码数列表示4。

温度计码虽然可以简单地表示一个数，但是由于码位随着分辨率增大呈指数增加，因此需要转换为二进制代码，以压缩码位。

模数转换器实施例1

图2a和图2b分别是本发明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。

图2a中的列内电路200包括比较器210、第一存储器220、细量化区间确定电路230、第二存储器240，其中所述细量化区间确定电路230包括多个触发器231和温度计译码器232，其用于确定所述跳变信号位于由2^L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。

所述比较器210的正输入端连接所述斜坡电压V_ramp的输入端，所述比较器210的负输入端连接所述待检测电压V_in的输入端，所述比较器210输出所述跳变信号V_step。

所述第一存储器220的输入端连接所述粗量化计数器300的输出端，用于输入粗量化数据cnt[M-1:0]；所述第一存储器220的控制输入端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，所述第一存储器220锁存并输出此刻的粗量化数据结果。

每个所述触发器231的输入端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step；每个所述触发器231的时钟端连接所述延迟锁相环400的输出端，用于输入所述2^L个时钟信号CLK[2^L-1:0]中的一个；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，并经过一个相位区间后，多个所述触发器231此刻输出的结果为细量化数据结果Q[2^L-1:0]。

所述细量化数据结果Q[2^L-1:0]为由2^L个所述触发器231的输出构成的一个温度计码，其对应所述跳变信号V_step位于由所述2^L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。

所述温度计译码器232的输入端连接所述触发器231的输出端，用于输入所述温度计码Q[2^L-1:0]，并输出译码后的细量化数据结果D[L-1:0]。

所述第二存储器240的输入端连接所述温度计译码器232的输出端，用于输入所述译码后的细量化数据结果D[L-1:0]，所述第二存储器240锁存并输出所述译码后的细量化数据结果D[L-1:0]到总线T_out[L-1:0]。

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；

根据如下公式计算V_in值：

V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB

其中V_dC为所述量化阶段每个粗量化时钟周期所述斜坡电压V_ramp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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压V_ramp变化的步长，其中V_LSB＝FSR/2^M+L＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环400输出2^L个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第一存储器220锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第二存储器240锁存的所述译码后的细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L。

图2b为图2a中所述列内电路的工作时序图，在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L逐步上升到所述最高量化电压V_H，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，完成了粗量化；

经过一个相位区间后，2^L个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述细量化数据结果为温度计码，所述温度计译码器232对所述所述细量化数据结果进行译码，得到译码后的细量化数据结果，所述译码后的细量化数据结果为二进制码，所述第二存储器240锁存所述译码后的细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

上文所述的温度计码也可以不转换为二进制码，而是直接存储在第二存储器240中。但是由于温度计码的码位比较长，如果转换为二进制码再存储在第二存储器240中可以大大地压缩数据量。因此，无论是否把温度计码转换为二进制码再存储，都包含在本发明的范围内。

所述粗量化数据结果N通过格雷码的形式表示，并且通过总线X_out[M-1:0]输出到所述数字处理电路500，所述译码后的细量化数据结果x通过总线T_out[L-1:0]输出到所述数字处理电路500。所述数字处理电路500将格雷码转换为二进制码，并将所述二进制码以及所述译码后的细量化数据结果x，带入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB即可计算出V_in的数值，完成模数转换。

以上实施例将模数转换器的分辨率分为高位段和低位段进行比较和计数，这种模数转换器高位M比特和低位L比特都由一个单斜率模数转换器完成，其中低位L比特通过时间-数字变换(时数变换)得到。此实施例可以通过简单的电路以及较低的时钟速率完成高速的格雷码转二进制码以及温度计码转二进制码的译码，同时完成高位的粗量化和低位的细量化。由于电路规模减小和时钟速率降低，可以将该模数转换器内置在非制冷红外探测器芯片内部，用户可以直接使用转换后的数字信号，而不需要再外接模数转换器。因此，功耗和噪声干扰都得到较大的降低。

图3a和图3b分别是本发明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。根据触发器231的输出Q[2^L-1:0]跳变沿的位置，可以得到低位L比特的真值表，如表1所示。由于低位L比特可能是高或者低，所以需要产生相应的置位P[L-1:0]和复位信号Z[L-1:0]。置位信号P和复位信号Z的表达式，即温度计译码器公式，如图3a所示。

根据图3a中的温度计译码器公式可得到温度计译码器的工作原理图，如图3b所示。先由温度计译码器逻辑电路产生置位信号P和复位信号Z，其中置位信号P₂和复位信号Z₂接入第一锁存器2321，所述第一锁存器2321输出就得到了低位L比特数据D₂；置位信号P₁和复位信号Z₁接入第二锁存器2322，所述第二锁存器2322输出就得到了低位L比特数据D₁；置位信号P₀和复位信号Z₀接入第三锁存器2323，所述第三锁存器2323输出就得到了低位L比特数据D₀。比如，在图2b中，触发器231输出Q₆上升沿在最前面，即，温度计码的第六位Q₆＝1，其他位Q₀～Q₅以及Q₇为0。因此触发器输出的温度计码为“01000000”，根据表1，对应的低位L比特应为“110”。于是，把上述温度计码Q₀～Q₇“01000000”的数值代入公式(1)，即通过逻辑电路产生了P₂、P₁和Z₀三个脉冲信号，将锁存器2321～2323的结果确定为“110”。

图2a和图2b所示的实施例1中存在一些不足，其中延迟锁相环400需要提供2^L个时钟到触发器231的时钟端，这样会增加一些功耗，并且温度计译码器232也在列内电路200中，导致列内电路200面积偏大。

模数转换器实施例2

图4a和图4b分别是本发明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。

与图2a相比，图4a中电路结构有所不同。图4a中的列内电路200包括比较器210、逻辑电路250、第一存储器220、细量化区间确定电路230、第二存储器240，其中所述细量化区间确定电路230包括多个触发器231，但不包括图2a中的温度计译码器232，所述细量化区间确定电路230用于确定所述跳变信号位于由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。图4a的电路连接与图2a的也有所不同，具体连接情况如下：

所述比较器210的正输入端连接所述斜坡电压V_ramp的输入端，所述比较器210的负输入端连接所述待检测电压V_in的输入端，所述比较器210输出所述跳变信号V_step。

所述逻辑电路250的输入端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step，所述逻辑电路250输出使能信号en。

所述第一存储器220的输入端连接所述粗量化计数器300的输出端，用于输入粗量化数据cnt[M-1:0]；所述第一存储器220的控制输入端连接所述逻辑电路250的输出端，用于输入所述使能信号en；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，所述使能信号en控制第一存储器220锁存并输出此刻的粗量化数据结果。

每个所述触发器231的输入端连接所述延迟锁相环400的输出端，用于输入所述2^{L -1}个时钟信号CLK[2^L-1-1:0]中的一个；每个所述触发器231的时钟端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，2^L-1个所述触发器此刻输出的结果为细量化数据结果Q[2^L-1-1:0]。所述细量化数据结果为由2^L-1个所述触发器的输出构成的一个格雷码，其对应所述跳变信号V_step位于由所述2^L-1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。

所述第二存储器240的输入端连接所述触发器231的输出端，用于输入所述细量化数据结果Q[2^L-1-1:0]；所述第二存储器240的控制输入端连接所述逻辑电路250的输出端，用于输入所述使能信号en；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，所述使能信号en控制所述第二存储器240锁存并输出所述细量化数据结果Q[2^L-1-1:0]到总线T_out[2^L-1-1:0]。

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；

根据如下公式计算V_in值：

V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB

其中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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环400输出2^L-1个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L-1个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器220锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第二存储器240锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L。

图4b为图4a中所述列内电路的工作时序图，在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L逐步上升到所述最高量化电压V_H，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，完成了粗量化；

2^L-1个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，该细量化数据结果为格雷码，所述第二存储器240直接锁存所述细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果N通过格雷码的形式表示，并且通过总线X_out[M-1:0]输出到所述数字处理电路500，所述细量化数据结果x通过总线T_out[2^L-1-1:0]输出到所述数字处理电路500。所述数字处理电路500将格雷码转换为二进制码，并将所述二进制码以及所述译码后的细量化数据结果x，带入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB即可计算出V_in的数值，完成模数转换。比如，在图4b中，低位为L＝3比特，但只需要延迟锁相环400输出2^L-1＝4个时钟信号到列内电路200。列内电路200只需要做4个触发器231。触发器231的输出Q[3:0]在跳变信号V_step上升沿变化。使能信号en将Q[3:0]锁存到第二存储器240中。

以上实施例将模数转换器的分辨率分为高位段和低位段进行比较和计数，这种模数转换器高位M比特和低位L比特都由一个单斜率模数转换器完成，其中低位L比特通过时间-数字变换(时数变换)得到。此实施例可以通过简单的电路以及较低的时钟速率完成高速的格雷码转二进制码的译码，同时完成高位的粗量化和低位的细量化。由于电路规模减小和时钟速率降低，可以将该模数转换器内置在非制冷红外探测器芯片内部，用户可以直接使用转换后的数字信号，而不需要再外接模数转换器。因此，功耗和噪声干扰都得到较大的降低。

并且相比于本发明的模数转换器实施例1，实施例2的好处是由于同一数值用格雷码和温度计码表示的话，格雷码的码长是温度计码的码长的一半，因此列内电路中触发器231的数量减半了，并且时钟信号在触发器231的输入端，功耗也会下降。而且由于格雷码的码长比温度计码的码长短一半，因此不需要在列内电路200中进行译码为二进制码就可以直接存储到存储器中，不会导致数据量太大。同时，从而节省了列内电路200的面积。

图5a和图5b分别是本发明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。这比第一种模数转换器中温度计译码器的工作原理图简单，因为不再需要包含锁存器，只是单纯地译码。而且减少了规模较大的温度计译码器的电路。

以下以640×512阵列非制冷红外读出电路为例对本发明进行具体说明，但不用来限制本发明的范围。

假设所述模数转换器的分辨率为7比特，其量化范围是V_L＝5V至V_H＝9.069V，其中把7比特分为高位和低位两部分，高位段为M＝4比特，所述模数转换器低位段为L＝3比特。

根据公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB计算V_in值，其中V_dC为所述量化阶段每个粗量化时钟周期所述斜坡电压V_ramp变化的步长，即所述粗量化时钟周期步长，其中V_dC＝FSR/2^M，其中FSR＝V_H-V_L＝9.069-5＝4.096V，则V_dC＝4.096/2⁴＝0.256V，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝V_dC/2^L＝0.256/2³＝0.032V。

在图2a和2b的实施例中，所述延迟锁相环400输出2^L＝2³＝8个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L＝45度的相位间距，所述8个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成8个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第一存储器220锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤15，而x是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第二存储器240锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<8，将以上数据代入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB。

在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L＝5V逐步上升到所述最高量化电压V_H＝9.069V，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，假设N＝6，完成了粗量化；

经过一个相位区间后，8个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述细量化数据结果为温度计码，如图2b所示，触发器231的8个输出呈现出温度计编码的特性，每个输出之间的延迟就是延迟锁相环400时钟信号的相位间隔。所述温度计译码器232对所述细量化数据结果进行译码，得到译码后的细量化数据结果，所述译码后的细量化数据结果为二进制码，比如x＝6，如图3b所示，温度计译码器232产生了L比特(图中L＝3)数据的置位信号P[L-1:1]和复位信号Z[L-1:1]，相应的公式由图3a给出。在图2b的波形图中，Q₆的跳变沿在最前面，所以低位3比特的输出是“110”,因此译码器产生的P₂、P₁和Z₀为高的脉冲，其余置位信号和复位信号均为低，所述第二存储器240锁存所述译码后的细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化。

所述粗量化数据结果N通过格雷码的形式表示，并且通过总线X_out[M-1:0]输出到所述数字处理电路500，所述译码后的细量化数据结果x通过总线T_out[L-1:0]输出到所述数字处理电路500。所述数字处理电路500将格雷码转换为二进制码，并将所述二进制码以及所述译码后的细量化数据结果x，带入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB即可计算出V_in的数值，完成模数转换。

所述粗量化数据结果N＝6和所述译码后的细量化数据结果x＝6通过总线X_out和T_out输出到所述数字处理电路对公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB进行计算可以得出V_in＝6.728V。

图2a和图2b所示的实施例中的列内电路200存在两个小缺点，一是每列存在2^L个高速时钟控制的触发器231，消耗了一些功耗和面积。其次是温度计译码器232在列内，会损失一些面积。比如，低位是4比特，那么每列内就有16个高速时钟控制的触发器。

图4a和图4b所示的实施例，可以减少列内电路200中触发器231的个数，还将温度计译码器232放到了列内电路200之外。

在图4a和4b的实施例中，所述延迟锁相环400输出2^L-1＝2^3-1＝4个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2³＝45度的相位间距，所述4个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成8个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第一存储器220锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤15，而x是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第二存储器240锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<8，将以上数据代入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB。

在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L逐步上升到所述最高量化电压V_H，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，完成了粗量化；

2^L-1个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述第二存储器240锁存所述细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；第二种列内电路的TDC只使用了2^L-1个触发器。

根据公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB计算V_in值，其中V_dC为所述量化阶段每个粗量化时钟周期所述斜坡电压V_ramp变化的步长，即所述粗量化时钟周期步长，其中V_dC＝FSR/2^M，其中FSR＝V_H-V_L＝9.069-5＝4.096V，则V_dC＝4.096/2⁴＝0.256V，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝V_dC/2^L＝0.256/2³＝0.032V。

在图4a和4b的实施例中，所述延迟锁相环400输出2^L-1＝2²＝4个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2³＝45度的相位间距，所述4个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成8个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第一存储器220锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤15，而x是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第二存储器240锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<8，将以上数据代入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB。

在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L＝5V逐步上升到所述最高量化电压V_H＝9.069V，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，假设N＝6，完成了粗量化；

输出此时触发器231输出的信号给第二存储器240，4个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述细量化数据结果为格雷码，如图4b所示，触发器231的4个输出呈现出格雷码的特性，输出结果为1100，根据表2的真值表，其对应于二进制码为101，即x＝5。如图5b所示，格雷码译码器产生了L比特D₀～D₂(图中L＝3)，相应的公式由图5a给出。在图4b的波形图中，读出数值T[3:0]为1100，所以基于公式(2)，低位3比特D₀～D₂的输出是“101”,所述第二存储器240锁存所述细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化。

所述粗量化数据结果N通过格雷码的形式表示，并且通过总线X_out[M-1:0]输出到所述数字处理电路500，所述细量化数据结果x通过总线T_out[2^L-1-1:0]输出到所述数字处理电路500。所述数字处理电路500将格雷码转换为二进制码，并将所述二进制码以及所述译码后的细量化数据结果x，带入公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB即可计算出V_in的数值，完成模数转换。

所述粗量化数据结果N＝6和所述译码后的细量化数据结果x＝5通过总线X_out和T_out输出到所述数字处理电路对公式V_in＝V_L+N*V_dC+x*V_LSB进行计算可以得出V_in＝6.696V。

示例性方法

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

图6是本发明的模数转换器控制方法流程图。

图6示出一种用于所述的非制冷红外探测器的模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S601：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；

步骤S602：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；

步骤S603：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；

步骤S604：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。

其中所述粗量化数据结果为格雷码，细量化数据结果为格雷码或温度计码；

所述方法还包括将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，最后将运算结果输出到片外。

模数转换器控制方法实施例3

其中列内电路200包括比较器210、第一存储器220、细量化区间确定电路230、第二存储器240，其中所述细量化区间确定电路230包括多个触发器231和温度计译码器232，其用于确定所述跳变信号位于由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；其中所述方法还包括如下步骤：

所述比较器210的正输入端连接所述斜坡电压V_ramp的输入端，所述比较器210的负输入端连接所述待检测电压V_in的输入端，所述比较器210输出所述跳变信号V_step。

所述第一存储器220的输入端连接所述粗量化计数器300的输出端，用于输入粗量化数据cnt[M-1:0]；所述第一存储器220的控制输入端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，所述第一存储器220锁存并输出此刻的粗量化数据结果。

每个所述触发器231的输入端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step；每个所述触发器231的时钟端连接所述延迟锁相环400的输出端，用于输入所述2^L个时钟信号CLK[2^L-1:0]中的一个；当所述比较器231输出所述跳变信号V_step时，并经过一个相位区间后，多个所述触发器231此刻输出的结果为细量化数据结果Q[2^L-1:0]；

所述细量化数据结果Q[2^L-1:0]为由2^L个所述触发器231的输出构成的一个温度计码，其对应所述跳变信号V_step位于由所述2^L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。

所述温度计译码器232的输入端连接所述触发器231的输出端，用于输入所述温度计码Q[2^L-1:0]，并输出译码后的细量化数据结果。

所述第二存储器240的输入端连接所述温度计译码器232的输出端，用于输入所述译码后的细量化数据结果D[L-1:0]，所述第二存储器240锁存并输出所述译码后的细量化数据结果D[L-1:0]到总线T_out[L-1:0]。

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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝FSR/2^M+L＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环400输出2^L个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第一存储器220锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器210输出跳变信号V_step时所述第二存储器240锁存的所述译码后的细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

其中所述方法还包括如下步骤：

在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L逐步上升到所述最高量化电压V_H，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，完成了粗量化；

经过一个相位区间后，2^L个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述细量化数据结果为温度计码，所述温度计译码器232对所述所述细量化数据结果进行译码，得到译码后的细量化数据结果，所述译码后的细量化数据结果为二进制码，所述第二存储器240锁存所述译码后的细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述译码后的细量化数据结果输出到所述数字处理电路500。

模数转换器控制方法实施例4

其中所述列内电路200包括比较器210、逻辑电路250、第一存储器220、细量化区间确定电路230、第二存储器240，其中所述细量化区间确定电路230包括多个触发器231，但不包括图2a中的温度计译码器232，所述细量化区间确定电路230用于确定所述跳变信号位于由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；其中所述方法还包括如下步骤：

所述比较器210的正输入端连接所述斜坡电压V_ramp的输入端，所述比较器210的负输入端连接所述待检测电压V_in的输入端，所述比较器210输出所述跳变信号V_step。

所述逻辑电路250的输入端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step，所述逻辑电路250输出使能信号en。

所述第一存储器220的输入端连接所述粗量化计数器300的输出端，用于输入粗量化数据cnt[M-1:0]；所述第一存储器220的控制输入端连接所述逻辑电路250的输出端，用于输入所述使能信号en；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，所述使能信号en控制第一存储器220锁存并输出此刻的粗量化数据结果。

每个所述触发器231的输入端连接所述延迟锁相环400的输出端，用于输入所述2^{L -1}个时钟信号CLK[2^L-1-1:0]中的一个；每个所述触发器231的时钟端连接所述比较器210的输出端，用于输入所述跳变信号V_step；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，2^L-1个所述触发器此刻输出的结果为细量化数据结果Q[2^L-1-1:0]。所述细量化数据结果为由2^L-1个所述触发器的输出构成的一个格雷码，其对应所述跳变信号V_step位于由所述2^L-1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。

所述第二存储器240的输入端连接所述触发器231的输出端，用于输入所述细量化数据结果Q[2^L-1-1:0]；所述第二存储器240的控制输入端连接所述逻辑电路250的输出端，用于输入所述使能信号en；当所述比较器210输出所述跳变信号V_step时，所述使能信号en控制所述第二存储器240锁存并输出所述细量化数据结果Q[2^L-1-1:0]到总线T_out[2^L-1-1:0]。

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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环输出2^L-1个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L-1个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第二存储器锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

其中所述方法还包括如下步骤：

在所述量化阶段，所述斜坡电压V_ramp从所述最低量化电压V_L逐步上升到所述最高量化电压V_H，并且所述粗量化计数器300从0开始加法计数，当所述斜坡电压V_ramp大于所述待检测电压V_in时，所述比较器210输出所述跳变信号V_step，所述第一存储器220锁存所述粗量化计数器300此时的计数值N，完成了粗量化；

2^L-1个所述触发器231此刻输出的结果为所述细量化数据结果，该细量化数据结果为格雷码，所述第二存储器240直接锁存所述细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。并且，在本发明的结构中，各部件是可以分解和/或重新组合的，这些分解和/或重新组合应该视为本发明的等效方案。

本发明提供：

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、根据第1项所述的模数转换器，其中所述粗量化数据结果为格雷码，细量化数据结果为格雷码或温度计码；

所述模数转换器还包括数字处理电路，其用于将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，最后将运算结果输出到片外。

3、根据第1项或第2项所述的模数转换器，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。

4、根据第3项所述的模数转换器，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。

5、根据第4项所述的模数转换器，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。

6、根据第5项所述的模数转换器，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。

7、根据第6项所述的模数转换器，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。

8、根据第7项所述的模数转换器，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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝FSR/2^M+L＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环输出2^L个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第二存储器锁存的所述译码后的细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

在所述量化阶段，所述斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到所述最高量化电压，并且所述粗量化计数器从0开始加法计数，当所述斜坡电压大于所述待检测电压时，所述比较器输出所述跳变信号，所述第一存储器锁存所述粗量化计数器此时的计数值N，完成了粗量化；

经过一个相位区间后，2^L个所述触发器此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述温度计译码器对所述所述细量化数据结果进行译码，得到译码后的细量化数据结果，所述第二存储器锁存所述译码后的细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述译码后的细量化数据结果输出到所述数字处理电路。

9、根据第3项所述的模数转换器，其中所述列内电路包括逻辑电路；

所述逻辑电路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，所述逻辑电路输出使能信号。

10、根据第9项所述的模数转换器，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逻辑电路的输出端，用于输入所述使能信号；

当所述比较器输出所述跳变信号时，所述使能信号控制第一存储器锁存并输出此刻的粗量化数据结果。

11、根据第10项所述的模数转换器，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；

每个所述触发器的时钟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，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格雷码，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。

12、根据第11项所述的模数转换器，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触发器的输出端，用于输入所述细量化数据结果；

所述第二存储器的控制输入端连接所述逻辑电路的输出端，用于输入所述使能信号；

当所述比较器输出所述跳变信号时，所述使能信号控制所述第二存储器锁存并输出所述细量化数据结果。

13、根据第12项所述的模数转换器，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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环输出2^L-1个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L-1个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第二存储器锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

在所述量化阶段，所述斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到所述最高量化电压，并且所述粗量化计数器从0开始加法计数，当所述斜坡电压大于所述待检测电压时，所述比较器输出所述跳变信号，所述第一存储器锁存所述粗量化计数器此时的计数值N，完成了粗量化；

2^L-1个所述触发器此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述第二存储器锁存所述细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。

14、一种用于第1项中所述的模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：

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；

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；

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；

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。

15、根据第14项所述的控制方法，其中所述粗量化数据结果为格雷码，细量化数据结果为格雷码或温度计码；

所述方法还包括将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，最后将运算结果输出到片外。

16、根据第14项或第15项所述的控制方法，其中所述列内电路包括比较器；其中所述方法还包括如下步骤：

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。

17、根据第16项所述的控制方法，其中所述列内电路包括第一存储器；其中所述方法还包括如下步骤：

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。

18、根据第17项所述的控制方法，其中所述细量化区间确定电路包括多个触发器；其中所述方法还包括如下步骤：

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。

19、根据第18项所述的控制方法，其中所述细量化区间确定电路包括温度计译码器；其中所述方法还包括如下步骤：

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。

20、根据第19项所述的控制方法，其中所述列内电路包括第二存储器；其中所述方法还包括如下步骤：

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。

21、根据第20项所述的控制方法，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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝FSR/2^M+L＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环输出2^L个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第二存储器锁存的所述译码后的细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

其中所述方法还包括如下步骤：

在所述量化阶段，所述斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到所述最高量化电压，并且所述粗量化计数器从0开始加法计数，当所述斜坡电压大于所述待检测电压时，所述比较器输出所述跳变信号，所述第一存储器锁存所述粗量化计数器此时的计数值N，完成了粗量化；

经过一个相位区间后，2^L个所述触发器此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述温度计译码器对所述所述细量化数据结果进行译码，得到译码后的细量化数据结果，所述第二存储器锁存所述译码后的细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述译码后的细量化数据结果输出到所述数字处理电路。

22、根据第16项所述的控制方法，其中所述列内电路包括逻辑电路；其中所述方法还包括如下步骤：

所述逻辑电路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，所述逻辑电路输出使能信号。

23、根据第22项所述的控制方法，其中所述列内电路包括第一存储器；其中所述方法还包括如下步骤：

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逻辑电路的输出端，用于输入所述使能信号；

当所述比较器输出所述跳变信号时，所述使能信号控制第一存储器锁存并输出此刻的粗量化数据结果。

24、根据第23项所述的控制方法，其中所述细量化区间确定电路包括多个触发器；其中所述方法还包括如下步骤：

每个所述触发器的输入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；

每个所述触发器的时钟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，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格雷码，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。

25、根据第24项所述的控制方法，其中所述列内电路包括第二存储器；其中所述方法还包括如下步骤：

所述第二存储器的输入端连接所述触发器的输出端，用于输入所述细量化数据结果；

所述第二存储器的控制输入端连接所述逻辑电路的输出端，用于输入所述使能信号；

当所述比较器输出所述跳变信号时，所述使能信号控制所述第二存储器锁存并输出所述细量化数据结果。

26、根据第25项所述的控制方法，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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环输出2^L-1个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L-1个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第二存储器锁存的所述细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

其中所述方法还包括如下步骤：

在所述量化阶段，所述斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到所述最高量化电压，并且所述粗量化计数器从0开始加法计数，当所述斜坡电压大于所述待检测电压时，所述比较器输出所述跳变信号，所述第一存储器锁存所述粗量化计数器此时的计数值N，完成了粗量化；

2^L-1个所述触发器此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述第二存储器锁存所述细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。

27、一种模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：

在量化阶段提供斜坡电压；

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；

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；

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。

Claims (10)

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_L，V_LSB为所述模数转换器的最小量化电压，即在一个相位区间内所述斜坡电压变化的步长，其中V_LSB＝FSR/2^M+L＝V_dC/2^L，所述延迟锁相环输出2^L个时钟信号，每个时钟信号之间相差360/2^L度的相位间距，所述2^L个时钟信号把一个所述粗量化时钟周期步长被平均分成2^L个所述相位区间，其中N是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第一存储器锁存的所述粗量化数据结果，N是整数，并且0≤N≤2^M-1，而x是量化阶段比较器输出跳变信号时所述第二存储器锁存的所述译码后的细量化数据结果，x是整数，并且0≤x<2^L；

在所述量化阶段，所述斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到所述最高量化电压，并且所述粗量化计数器从0开始加法计数，当所述斜坡电压大于所述待检测电压时，所述比较器输出所述跳变信号，所述第一存储器锁存所述粗量化计数器此时的计数值N，完成了粗量化；

经过一个相位区间后，2^L个所述触发器此刻输出的结果为所述细量化数据结果，所述温度计译码器对所述所述细量化数据结果进行译码，得到译码后的细量化数据结果，所述第二存储器锁存所述译码后的细量化数据结果，其对应于细量化的数值x，完成了细量化；

所述粗量化数据结果和所述译码后的细量化数据结果输出到所述数字处理电路。

8.一种用于权利要求1中所述的模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：

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；

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；

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；

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。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其中所述粗量化数据结果为格雷码，细量化数据结果为格雷码或温度计码；

所述方法还包括将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，最后将运算结果输出到片外。

10.一种模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：

在量化阶段提供斜坡电压；

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；

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；

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。

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