CN116567446A - 单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法 - Google Patents

单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法 Download PDF

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CN116567446A CN202210093921.1A CN202210093921A CN116567446A CN 116567446 A CN116567446 A CN 116567446A CN 202210093921 A CN202210093921 A CN 202210093921A CN 116567446 A CN116567446 A CN 116567446A
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王冬臣
任冠京
汤黎明
侯金剑
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SmartSens Technology Shanghai Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法，单斜坡模数转换器包括斜坡发生模块、斜率调节模块及像素信号量化模块；所述斜坡发生模块用于提供初始斜坡信号；所述斜率调节模块的第一连接端连接所述斜坡发生模块的输出端，用于根据所述初始斜坡信号产生若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号；所述像素信号量化模块连接所述斜率调节模块的第二连接端，用于调节各段的计数器分辨率，使其对应各段呈递增变化的所述最终斜坡信号呈递减变化，及对像素信号进行分段式量化并得到对应数字码值。通过本发明提供的单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法，解决了现有SS ADC量化速度慢的问题。

Description

单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器读出电路领域，特别是涉及一种单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法。
背景技术
CMOS图像传感器具有低电压、低功耗、低成本以及高集成度等优势，在机器视觉、消费电子、高清监控和医学成像等领域具有重要应用价值。模拟-数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)是CMOS图像传感器读出电路的重要组成部分，承担着将像素输出的模拟信号转换为数字信号的功能。CMOS图像传感器中常见的ADC主要有三种：像素级ADC、列级ADC和芯片级ADC，其中列级ADC在像素填充因子和芯片面积、速度以及功耗上做了很好的折中，因此在低功耗、高分辨率的CMOS图像传感器中得到广泛应用。
CMOS图像传感器中常用的列级ADC一般有单斜坡ADC(SS ADC)、逐次逼近型ADC(SAR ADC)和循环式ADC(Cyclic ADC)，其中SS ADC的电路简单，每列只需要一个比较器和计数器，并且所有列共用斜坡信号，列一致性比较好。因此，SS ADC是CMOS图像传感器中应用最广泛的列级ADC。
传统的SS ADC具有一个明显的缺点，即量化速度慢，对于一个分辨率为n位的SSADC，完成一次量化至少需要2n个时钟周期，因此其帧频比较低，这限制了CMOS图像传感器向高分辨率或大像素阵列的发展。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法，用于解决现有SS ADC量化速度慢的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单斜坡模数转换器，包括斜坡发生模块、斜率调节模块及像素信号量化模块；
所述斜坡发生模块用于提供初始斜坡信号；
所述斜率调节模块的第一连接端连接所述斜坡发生模块的输出端，用于根据所述初始斜坡信号产生若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号；
所述像素信号量化模块连接所述斜率调节模块的第二连接端，用于调节各段的计数器分辨率，使其对应各段呈递增变化的所述最终斜坡信号呈递减变化，及对像素信号进行分段式量化并得到对应数字码值。
可选地，所述斜率调节模块基于不同容值的等效电容采样所述初始斜坡信号，并产生所述若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号。
可选地，所述斜率调节模块包括M个斜坡采样电容及M个控制开关；
M个所述斜坡采样电容并联，且第M个所述斜坡采样电容的第一端作为所述斜率调节模块的第一连接端以连接所述斜坡发生模块的输出端，第M个所述斜坡采样电容的第二端作为所述斜率调节模块的第二连接端以连接所述像素信号量化模块，且所有所述采样电容的第二端连接在一起；
后(M-1)个所述控制开关连接于相邻两个所述斜坡采样电容的第一端之间，第一个所述控制开关连接于第一个所述斜坡采样电容的第一端和参考电位之间；
其中，M个所述控制开关受控于第一调控信号，以形成所述不同容值的等效电容，且M为大于等于2的正整数。
可选地，第i个所述斜坡采样电容的容值满足公式Ci＝2i-2C1，其中，Ci为第i个所述斜坡采样电容的容值，C1为第一个所述斜坡采样电容的容值，且i为大于等于2且小于等于M的正整数。
可选地，所述像素信号量化模块包括像素采样单元、比较单元及计数单元；
所述像素采样单元用于采样所述像素信号；
所述比较单元连接所述斜率调节模块的第二连接端和所述像素采样单元的输出端，用于比较所述最终斜坡信号和所述像素信号并输出比较结果；
所述计数单元连接所述比较单元的输出端，用于在第二调控信号的控制下，通过屏蔽计数输出位来调节各段的计数器分辨率，并在各段的所述计数器分辨率下进行分段式计数，直至所述比较结果发生翻转时停止计数，得到所述像素信号对应的数字码值。
可选地，所述像素采样单元包括像素采样电容，第一端接入所述像素信号，第二端连接所述比较单元的第一输入端，且所述斜率调节模块的第二连接端连接所述比较单元的第二输入端。
可选地，所述比较单元包括比较器；其中，所述比较器的正输入端连接所述斜率调节模块的第二连接端以接收所述最终斜坡信号，负输入端连接所述像素采样单元的输出端以接收所述像素信号，输出端连接所述计数单元的输入端。
可选地，所述计数单元包括N个触发器及(N-2)个选通器；
N个所述触发器级联，且第一个所述触发器的输入端连接所述比较单元的输出端；
(N-2)个所述选通器对应设于后(N-1)个所述触发器的相邻两个所述触发器之间，所述选通器的第一输入端连接第一级所述触发器的输出端，第二输入端连接前一级所述触发器的输出端，输出端连接后一级所述触发器的输入端；
其中，(N-2)个所述选通器受控于所述第二调控信号，且N为大于等于3的正整数。
本发明还提供了一种读出电路，包括如上任一项所述的单斜坡模数转换器。
本发明还提供了一种图像传感器，包括如上所述的读出电路。
可选地，像素信号量化模块的数量、斜率调节模块的数量与像素单元列的数量一致且三者一一对应，各像素信号量化模块及各斜率调节模块连接同一所述斜坡发生模块。
本发明还提供了一种采用如上任一项所述的单斜坡模数转换器的像素信号量化方法，包括：
采样像素信号；
对所述像素信号进行分段式量化；
其中，各段量化中，斜坡信号的斜率呈递增变化，计数器分辨率呈递减变化，以得到所述像素信号对应的所述数字码值。
可选地，各段中，后一段斜坡斜率是前一段斜坡斜率的2倍，后一段计数器分辨率比前一段计数器分辨率少1位。
如上所述，本发明的单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法，通过将线性斜坡信号调整为若干段斜率呈递增变化的斜坡信号，同时将计数器分辨率调整为对应各段呈递增变化的斜坡信号呈递减变化，实现通过调整ADC的量化位数，提高量化速度的同时降低功耗，而且，本发明结构简单，不会造成芯片面积大幅增加。
附图说明
图1显示为现有SS ADC的电路结构示意图。
图2显示为现有SS ADC的工作原理示意图。
图3显示为图像传感器中主要噪声和像素信号的关系示意图。
图4(a)和图4(b)显示为本发明单斜坡模数转换器的结构示意图。
图5显示为本发明像素信号量化模块中计数单元的结构示意图。
图6显示为本发明各段斜坡斜率及各段计数器分辨率的对应关系示意图。
图7显示为本发明实施例一中单斜坡模数转换器的转换过程示意图。
元件标号说明
100 斜坡发生模块
200 斜率调节模块
300 像素信号量化模块
301 像素采样单元
302 比较单元
303 计数单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1显示为现有的SS ADC的电路结构示意图，图2为SS ADC的工作原理示意图；如图1和图2所示，斜坡发生器产生一个斜坡信号Vramp并通过电容采样到每一列比较器的正输入端，比较器的负输入端采样各列的像素信号Vin；斜坡信号会遍历整个量化电压范围，并与像素信号进行比较，同时计数器开始计数，当Vramp大于Vin时，比较器发生翻转，计数器停止计数，此时计数结果就是像素信号量化后的数字码值。
请参阅图3至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
图像传感器中的噪声来源主要有两个：一个是光子的散粒噪声，它等于像素中电子数量的平方根；另一个是量化噪声，ADC的分辨率越高，则量化噪声就越低。图像传感器中主要噪声和像素信号的关系可以用图3来表示，从图中可以看出：在暗光时，散粒噪声较小，量化噪声起主导作用；在强光时，散粒噪声逐渐占主导作用，量化噪声的影响逐渐变小，此时，对ADC分辨率的需求降低了，因此，可以考虑在光照变强时切换ADC的分辨率来提高量化速度，同时降低功耗。
如图4(a)和图4(b)所示，本实施例提供一种单斜坡模数转换器，所述单斜坡模数转换器包括：斜坡发生模块100、斜率调节模块200及像素信号量化模块300。
所述斜坡发生模块100用于提供初始斜坡信号Vrampi。具体的，所述斜坡发生模块100采用斜坡发生器实现，所述斜坡发生器可根据具体需求来产生特定斜率的线性斜坡信号，此为本领域技术人员所公知的，此处不再赘述。
所述斜率调节模块200的第一连接端连接所述斜坡发生模块100的输出端以接收所述初始斜坡信号Vrampi，用于根据所述初始斜坡信号Vrampi产生若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号Vrampf。
具体的，所述斜率调节模块200基于不同容值的等效电容采样所述初始斜坡信号Vrampi，并产生所述若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号Vrampf。
更具体的，所述斜率调节模块200包括M个斜坡采样电容C1-Cm及M个控制开关S1-Sm；M个所述斜坡采样电容C1-Cm并联，且第M个所述斜坡采样电容Cm的第一端作为所述斜率调节模块200的第一连接端以连接所述斜坡发生模块100的输出端，用于接收所述初始斜坡信号Vrampi，第M个所述斜坡采样电容Cm的第二端作为所述斜率调节模块200的第二连接端以连接所述像素信号量化模块300，用于输出所述最终斜坡信号Vrampf，且所有所述采样电容的第二端连接在一起；后(M-1)个所述控制开关S2-Sm连接于相邻两个所述斜坡采样电容的第一端之间，第一个所述控制开关S1连接于第一个所述斜坡采样电容C1的第一端和参考电位之间；其中，M个所述控制开关S1-Sm受控于第一调控信号，以形成所述不同容值的等效电容，且M为大于等于2的正整数。实际应用中，所述参考电位可选为地电位，也即第一个所述控制开关S1连接于第一个所述斜坡采样电容C1的第一端和地电位之间。
本实施例中，各所述控制开关S1-Sm在所述第一调控信号的控制下进行如下动作：
第一阶段，开关S1闭合，开关S2断开，其余开关S3-Sm闭合，相当于将电容C2-Cm并联后再与C1串联，形成的等效电容作为采样电容对初始斜坡信号Vrampi进行采样，其中，基于Vrampf点处采样，得到第一阶段的最终斜坡信号，将该阶段的最终斜坡信号的斜率记为K1；
第二阶段，开关S1-S2闭合，开关S3断开，其余开关S4-Sm闭合，相当于将电容C3-Cm并联，电容C1-C2并联，将并联后的二者串联，形成等效电容作为采样电容对初始斜坡信号Vrampi进行采样，其中，基于Vrampf点处采样，得到第二阶段的最终斜坡信号，该阶段的最终斜坡信号的斜率记为K2，且K2>K1；
第三阶段，开关S1-S3闭合，开关S4断开，其余开关S5-Sm闭合，相当于将电容C4-Cm并联，电容C1-C3并联，将并联后的二者串联，形成等效电容作为采样电容对初始斜坡信号Vrampi进行采样，其中，基于Vrampf点处采样，得到第三阶段的最终斜坡信号，该阶段的最终斜坡信号的斜率记为K3，且K3>K2；
以此类推，得到若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号(如图6所示)，需要说明的是，本领域技术人员可以理解的，在最后一段斜坡信号形成过程中，需S1断开，其余开关S2-Sm闭合，相当于将全部电容C1-Cm并联，形成等效电容作为采样电容对初始斜坡信号Vrampi进行采样，其中，基于Vrampf点处采样。
进一步的，设定第二个所述斜坡采样电容C2的容值等于第一个所述斜坡采样电容C1的容值，第i个所述斜坡采样电容的容值满足公式Ci＝2i-2C1，以使后一段斜坡斜率是前一段斜坡斜率的2倍，其中，Ci为第i个所述斜坡采样电容的容值，C1为第一个所述斜坡采样电容的容值，且i为大于等于2且小于等于M的正整数。
所述像素信号量化模块300连接所述斜率调节模块200的第二连接端，用于调节各段的计数器分辨率，使其对应各段呈递增变化的所述最终斜坡信号呈递减变化，及对像素信号进行分段式量化并得到对应数字码值。
具体的，所述像素信号量化模块300包括像素采样单元301、比较单元302及计数单元303。
所述像素采样单元301用于采样所述像素信号Vin。
更具体的，所述像素采样单元301包括像素采样电容C0，所述像素采样电容C0的第一端接入所述像素信号Vin，第二端连接所述比较单元302的第一输入端，且所述斜率调节模块200的第二连接端连接所述比较单元302的第二输入端。
所述比较单元302连接所述斜率调节模块200的第二连接端和所述像素采样单元301的输出端，用于比较所述最终斜坡信号Vrampf和所述像素信号Vin并输出比较结果。
更具体的，所述比较单元302包括比较器；其中，所述比较器的正输入端连接所述斜率调节模块200的第二连接端以接收所述最终斜坡信号Vrampf，负输入端连接所述像素采样单元301的输出端以接收所述像素信号Vin，输出端连接所述计数单元303的输入端。
本实施例中，在所述最终斜坡信号Vrampf未达到所述像素信号Vin时，所述比较器输出低电平；而在所述最终斜坡信号Vrampf达到所述像素信号Vin时，比较结果发生翻转，所述比较器输出高电平。
所述计数单元303连接所述比较单元302的输出端，用于在第二调控信号的控制下，通过屏蔽计数输出位来调节各段的计数器分辨率，并在各段的所述计数器分辨率下进行分段式计数，直至所述比较结果发生翻转时停止计数，得到所述像素信号对应的数字码值。
更具体的，所述计数单元303采用异步计数方式，包括N个触发器bit1-bitn及(N-2)个选通器mux1-mux(n-2)；N个所述触发器bit1-bitn级联，且第一个所述触发器bit1的输入端连接所述比较单元302的输出端；(N-2)个所述选通器mux1-mux(n-2)对应设于后(N-1)个所述触发器bit2-bitn的相邻两个所述触发器之间，所述选通器的第一输入端连接第一级所述触发器bit1的输出端，第二输入端连接前一级所述触发器的输出端，输出端连接后一级所述触发器的输入端；其中，(N-2)个所述选通器mux1-mux(n-2)受控于所述第二调控信号，且N为大于等于3的正整数(如图5所示)。
本实施例中，各所述选通器mux1-mux(n-2)在所述第二调控信号的控制下进行如下动作：第一阶段，各选通器mux1-mux(n-2)均选择前一级触发器输出，相当于N个触发器bit1-bitn级联，此时，计数单元204的计数器分辨率为n位；第二阶段，第一个选通器mux1选择第一级触发器bit1输出，其余选通器mux2-mux(n-2)均选择前一级触发器输出，相当于屏蔽掉了第二个触发器bit2，此时，计数单元204的计数器分辨率变为(n-1)位；第三阶段，第二个选通器mux2选择第一级触发器bit1输出，选通器mux3-mux(n-2)均选择前一级触发器输出，相当于屏蔽掉了第二个触发器bit2和第三个触发器bit3，此时，计数单元204的计数器分辨率变为(n-2)位；以此类推，直至切换至第j段斜坡，计数结果发生翻转，此时，计数单元204的计数器分辨率切换至(n-j+1)位，j大于等于1小于等于n(如图6所示)。
相应的，本实施例还提供一种读出电路，所述读出电路包括如上所述的单斜坡模数转换器。
相应的，本实施例还提供一种图像传感器，所述图像传感器包括如上所述的读出电路。
进一步的，所述图像传感器还包括逻辑控制电路，逻辑控制电路包括调控信号产生模块，用于产生所述第一调控信号和所述第二调控信号并提供至所述单斜坡模数转换器。
具体的，所述调控信号产生模块用于读取所述计数单元303针对各段的计数结果，并将各段的计数结果与对应的计数阈值进行比较，在各段的计数结果达到对应计数阈值时，所述调控信号产生模块产生相应的第一调控信号和第二调控信号；其中，各段的计数阈值呈递增变化。需要说明的是，各段的计数阈值可根据实际需求来设定，本实施例对此不做限制，例如，各段的计数阈值设定好之后，在量化刚开始时，即0～t1阶段，此时ADC分辨率为n bit；如果在0～t1阶段后比较器仍没有翻转，说明光照强度比较强，此时散粒噪声的影响逐渐大于量化噪声，对于ADC分辨率的要求降低了。斜坡进入t1～t2阶段，此时斜坡斜率切换为第一段斜坡斜率的2倍，ADC分辨率切换为(n-1)bit；若进入t2～t3阶段，则第三段斜坡斜率切换为第一段斜坡斜率的4倍，此时ADC分辨率为(n-2)bit。以此类推，直至完成量化过程。
更具体的，所述调控信号产生模块采用处理器实现，其中，各段的计数阈值锁存在寄存器中；通过写寄存器，可调整各段的计数阈值，实现根据具体使用场景灵活设置分段方式，即灵活设置斜坡斜率和计数器分辨率的切换位置，也即每段量化的码数。所述处理器还用于读取所述像素信号对应的数字码值以便于进行后续图像处理。
进一步的，所述图像传感器还包括若干个像素单元，所述像素单元按行和列排列呈像素阵列；其中，各所述像素单元对应相同或不同的列线，以分别实现像素信号的串行输出或并行输出。需要说明的是，所述像素单元为现有任一种像素电路，其具体结构对本实施例没有实质影响。
更进一步的，像素信号量化模块300的数量、斜率调节模块200的数量与像素单元列的数量一致且三者一一对应，各像素信号量化模块300及各斜率调节模块200连接同一所述斜坡发生模块100。即，该示例中，各像素信号量化模块300共用同一所述斜坡发生模块100，各斜率调节模块200共用同一所述斜坡发生模块100，如图4(b)所示。
实际应用中，若各所述像素单元对应相同的列线以实现像素信号的串行输出，那么，各所述像素信号量化模块300则连接相同的列线，以分别采样各像素单元列输出的像素信号；若各所述像素单元对应不同的列线以实现像素信号的并行输出，那么，各所述像素信号量化模块300则对应连接不同的列线，以分别采样各像素单元列输出的像素信号。
相应的，本实施例还提供一种采用如上所述的单斜坡模数转换器实现的像素信号量化方法，所述像素信号量化方式包括：
步骤1：采样像素信号；
步骤2：对所述像素信号进行分段式量化；
其中，各段量化中，斜坡信号的斜率呈递增变化，计数器分辨率呈递减变化，以得到所述像素信号对应的所述数字码值。
具体的，基于固定容值的电容采样所述像素信号；基于不同容值的等效电容采样初始斜坡信号，并产生若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号(步骤2中所述斜坡信号即为最终斜坡信号)；基于屏蔽计数输出位来调节各段的计数器分辨率，使其对应呈递增变化的斜坡信号呈递减变化。
更具体的，各段中，后一段斜坡斜率是前一段斜坡斜率的2倍，后一段计数器分辨率比前一段计数器分辨率少1位。
具体的，分段式量化过程如下：
量化刚开始时，进入第一阶段(即0～t1阶段)，此时斜坡斜率为K1，计数器分辨率为n bit；如果在0～t1阶段比较器的输出没有发生翻转，说明光照强度比较强，此时散粒噪声的影响逐渐大于量化噪声，对于计数器分辨率的要求降低了；
进入第二阶段(即t1～t2阶段)，此时斜坡斜率切换为第一阶段斜坡斜率的2倍，即K2＝2*K1，计数器分辨率切换为(n-1)bit；
进入第三阶段(即t2～t3阶段)，此时斜坡斜率切换为第二阶段斜坡斜率的2倍，即K3＝2*K2＝4*K1，计数器分辨率切换为(n-2)bit；
以此类推，直至比较器的输出发生翻转，完成量化。
可见，在光照强度较弱时，像素信号在0～t1阶段即可完成量化，此时量化过程与传统的SS ADC相同，输出n bit数字码值；在光照强度较强时，像素信号在t1～t2阶段才能完成量化；若光照强度更强，量化会进入t2～t3或者更后面的阶段，则会进行多次斜坡斜率和计数器分辨率的切换，直到量化结束。
在t1时刻进行第一次斜坡斜率和计数器分辨率切换时，计数器的计数结果为t1*Tclk个码值；在t2时刻进行第二次斜坡斜率和计数器分辨率切换时，计数器的计数结果为t2*Tclk个码值；在t3时刻进行第三次斜坡斜率和计数器分辨率切换时，计数器的计数结果为t3*Tclk个码值；以此类推，若有y个阶段，则在ty时刻进行第y次斜坡斜率和计数器分辨率切换时，计数器的计数结果为ty*Tclk个码值；其中，Tclk为计数器的工作时钟频率。
可见，本实施例所述方案完成一次量化所需要的时钟周期个数其中，x1＝t1*Tclk，x2＝t2*Tclk，x3＝t3*Tclk，xy＝ty*Tclk。
实施例一
如图7所示，基于具体示例对所述单斜坡模数转换器及其量化方法进行说明；其中，以三段式为例，总分辨率为11bit，斜坡斜率呈2倍递增。
具体操作过程如下：
在转换刚开始时，进入第一阶段(即0～t1阶段)，此时，斜坡斜率为K1，计数器分辨率为11bit；
进入第二阶段，即t1～t2阶段，此时斜坡斜率为2*K1，计数器分辨率为10bit；
进入第三阶段，即t2～t3阶段，此时斜坡斜率为4*K1，计数器ADC分辨率为9bit。
采用相关双采样技术，通过产生两段斜坡信号并在两端斜坡信号期间分别向下和向上计数，来消除列固定模式噪声。
第一段斜坡产生1024个码值(code)，此时计数器分辨率为10位并向下计数(count_dn)；实际应用中，通常选择最大计数器分辨率如11位进行向下计数。
第二段斜坡时计数器向上计数(count_up)，这段斜坡被分为三部分：
第一部分产生2048个code，计数器分辨率为11位，当计数结果为(-1024)+2048＝1024时进行第一次斜坡斜率和计数器分辨率的切换；
第二部分产生1024个code，计数器分辨率切换为10位，当计数结果为1024+1024＝2048时进行第二次斜坡斜率和计数器分辨率的切换；
第三部分产生512个code，计数器切换为9位。
可见，本实施例所述方案完成一次量化所需要的时间为(1024+2048)+2048/2+2048/4＝4608个时钟周期，而传统的SS ADC完成一次量化所需要的时间为(1024+2048+2048+2048)＝7168个时钟周期。相较于现有SS ADC，本发明所述方案的量化速度提高了约36％，相应的功耗也会等比例降低。
综上所述，本发明的一种单斜坡模数转换器、读出电路、图像传感器及量化方法，通过将线性斜坡信号调整为若干段斜率呈递增变化的斜坡信号，同时将计数器分辨率调整为对应各段呈递增变化的斜坡信号呈递减变化，实现通过调整ADC的量化位数，提高量化速度的同时降低功耗，可以实现在强光下调整ADC的量化位数，提高量化速度的同时降低功耗，而且，本发明结构简单，不会造成芯片面积大幅增加。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种单斜坡模数转换器，其特征在于，包括斜坡发生模块、斜率调节模块及像素信号量化模块；
所述斜坡发生模块用于提供初始斜坡信号；
所述斜率调节模块的第一连接端连接所述斜坡发生模块的输出端，用于根据所述初始斜坡信号产生若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号；
所述像素信号量化模块连接所述斜率调节模块的第二连接端，用于调节各段的计数器分辨率，使其对应各段呈递增变化的所述最终斜坡信号呈递减变化，及对像素信号进行分段式量化并得到对应数字码值。
2.根据权利要求1所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，所述斜率调节模块基于不同容值的等效电容采样所述初始斜坡信号，并产生所述若干段斜率呈递增变化的最终斜坡信号。
3.根据权利要求2所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，所述斜率调节模块包括M个斜坡采样电容及M个控制开关；
M个所述斜坡采样电容并联，且第M个所述斜坡采样电容的第一端作为所述斜率调节模块的第一连接端以连接所述斜坡发生模块的输出端，第M个所述斜坡采样电容的第二端作为所述斜率调节模块的第二连接端以连接所述像素信号量化模块，且所有所述采样电容的第二端连接在一起；
后(M-1)个所述控制开关连接于相邻两个所述斜坡采样电容的第一端之间，第一个所述控制开关连接于第一个所述斜坡采样电容的第一端和参考电位之间；
其中，M个所述控制开关受控于第一调控信号，以形成所述不同容值的等效电容，且M为大于等于2的正整数。
4.根据权利要求3所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，第i个所述斜坡采样电容的容值满足公式Ci＝2i-2C1，其中，Ci为第i个所述斜坡采样电容的容值，C1为第一个所述斜坡采样电容的容值，且i为大于等于2且小于等于M的正整数。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，所述像素信号量化模块包括像素采样单元、比较单元及计数单元；
所述像素采样单元用于采样所述像素信号；
所述比较单元连接所述斜率调节模块的第二连接端和所述像素采样单元的输出端，用于比较所述最终斜坡信号和所述像素信号并输出比较结果；
所述计数单元连接所述比较单元的输出端，用于在第二调控信号的控制下，通过屏蔽计数输出位来调节各段的计数器分辨率，并在各段的所述计数器分辨率下进行分段式计数，直至所述比较结果发生翻转时停止计数，得到所述像素信号对应的数字码值。
6.根据权利要求5所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，所述像素采样单元包括像素采样电容，第一端接入所述像素信号，第二端连接所述比较单元的第一输入端，且所述斜率调节模块的第二连接端连接所述比较单元的第二输入端。
7.根据权利要求5所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，所述比较单元包括比较器；其中，所述比较器的正输入端连接所述斜率调节模块的第二连接端以接收所述最终斜坡信号，负输入端连接所述像素采样单元的输出端以接收所述像素信号，输出端连接所述计数单元的输入端。
8.根据权利要求5所述的单斜坡模数转换器，其特征在于，所述计数单元包括N个触发器及(N-2)个选通器；
N个所述触发器级联，且第一个所述触发器的输入端连接所述比较单元的输出端；
(N-2)个所述选通器对应设于后(N-1)个所述触发器的相邻两个所述触发器之间，所述选通器的第一输入端连接第一级所述触发器的输出端，第二输入端连接前一级所述触发器的输出端，输出端连接后一级所述触发器的输入端；
其中，(N-2)个所述选通器受控于所述第二调控信号，且N为大于等于3的正整数。
9.一种读出电路，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的单斜坡模数转换器。
10.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求9所述的读出电路。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述像素信号量化模块的数量、所述斜率调节模块的数量与像素单元列的数量一致且三者一一对应，且各所述像素信号量化模块及各所述斜率调节模块连接同一所述斜坡发生模块。
12.一种采用如权利要求1-8中任一项所述的单斜坡模数转换器的像素信号量化方法，其特征在于，包括：
采样所述像素信号；
对所述像素信号进行分段式量化；
其中，各段量化中，所述最终斜坡信号的斜率呈递增变化，所述计数器分辨率呈递减变化，以得到所述像素信号对应的所述数字码值。
13.根据权利要求12所述的像素信号量化方法，其特征在于，各段中，后一段所述最终斜坡信号的斜坡斜率是前一段所述最终斜坡信号的斜坡斜率的2倍，后一段所述计数器分辨率比前一段所述计数器分辨率少1位。
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