TW201815156A - 使用於影像感測器的類比數位訊號處理方法及對應的裝置 - Google Patents
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Abstract
使用於影像感測器的類比數位訊號處理方法，包括：提供一全域式類比數位轉換器，該全域式類比數位轉換器可用以將該影像感測器之一像素陣列之所有像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；提供一並列式類比數位轉換器，該並列式類比數位轉換器可用以通過複數個類比數位轉換電路分別將該像素陣列於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；以及動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一，對該像素陣列之複數像素之資料執行一類比數位轉換。
Description
本發明係關於一種類比數位訊號處理機制，尤指一種使用於影像感測器的類比數位訊號處理方法及對應的裝置。
一般傳統的影像感測器中的類比數位轉換機制可區分為全域式類比數位轉換器以及並列式的類比數位轉換器，全域式類比數位轉換器係採用單一個類比數位轉換電路來對一個像素陣列中所有像素所產生的類比訊號執行一類比數位轉換，並列式的類比數位轉換器則是採用多組的類比數位轉換電路，對於該像素陣列的每一列均採用一個類比數位轉換電路來對該列上的像素所產生之類比訊號執行類比數位轉換。
由於全域式類比數位轉換器只採用了單一個類比數位轉換電路，所以相對比較省電、功耗低，但是訊號處理的速度較慢，目前來說僅適用於小尺寸的像素陣列，然而，影像感測器的設計傾向於發展具有較高解析度畫面的影像感測器，而對應需要採用更大尺寸的像素陣列（需要的像素數目更多），因此，現有技術均傾向於採用並列式的類比數位轉換器，利用多組的類比數位轉換電路，在該像素陣列的每一列均採用一個類比數位轉換電路來對該列上的像素所產生之類比訊號執行類比數位轉換，然而由於在一個感測時間內需要開啟多組的類比數位轉換電路，因此其功耗相對較高的問題將無可避免，不符合目前攜帶式電子裝置的省電需求。
因此本發明的目的之一在於提供一種使用於影像感測器之一新穎的類比數位訊號處理方法及對應的裝置，可基於不同的感測需求條件，動態選擇致能並採用較不耗電的一類比數位轉換器來執類比數位轉換，或選擇致能並採用處理速度較快的另一個類比數位轉換器來執類比數位轉換，以解決傳統類比數位轉換機制的功耗過高的問題。
根據本發明之實施例，其係揭露了一種使用於影像感測器的類比數位訊號處理方法。該方法包括有：提供一全域式類比數位轉換器，該全域式類比數位轉換器可用以將該影像感測器之一像素陣列之所有像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；提供一並列式類比數位轉換器，該並列式類比數位轉換器可用以通過複數個類比數位轉換電路分別將該像素陣列於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；以及動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一，對該像素陣列之複數像素之資料執行一類比數位轉換。
根據本發明的實施例，其另揭露了一種使用於一影像感測器的類比數位訊號處理裝置。類比數位訊號處理裝置包含有一全域式類比數位轉換器、一並列式類比數位轉換器與一控制電路，其中全域式類比數位轉換器係可用以將影像感測器之一像素陣列之所有像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號，並列式類比數位轉換器係可用以通過複數個類比數位轉換電路分別將該像素陣列於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號，以及控制電路係耦接至全域式類比數位轉換器以及並列式類比數位轉換器，用以動態切換選擇全域式類比數位轉換器及並列式類比數位轉換器的其中之一，以對像素陣列之複數像素之資料執行一類比數位轉換。
請參照第1圖，第1圖為本發明一實施例之影像感測器（Image Sensor）100的示意圖，影像感測器100包括有一列解碼器（Row Decoder）101、一像素陣列（Pixel Array）105及一類比數位訊號處理裝置110，類比數位訊號處理裝置110包括一全域式類比數位轉換器（Global Analog-to-Digital Converter (ADC)）1101、一並列式（Column-parallel）類比數位轉換器1102及一控制電路1103，全域式類比數位轉換器1101例如包括一相關二次取樣（Correlated Double Sampling, CDS）電路1104、一可程式化增益放大器（Programmable Gain Amplifier, PGA）1105及一單一類比數位轉換電路1106，而並列式類比數位轉換器1102包括有一比較器電路1107與一計數器1108，全域式類比數位轉換器1101的輸出與並列式類比數位轉換器1102的輸出均耦接至一多工器1109的兩個輸入端。此外，並列式類比數位轉換器1102另耦接至一躍升（Ramp）訊號產生電路1110。
影像感測器100例如是CMOS影像感測器（並非本案的限制），像素陣列105例如總共具有M*N個像素（或稱像素單元），其中M代表有M列，N代表有N行，M、N之值並非是本案的限制，M*N亦代表了影像感測結果的影像解析度，像素陣列105上的像素在一次影像感測畫面的開啟時間內會逐一進行曝光與感測，列解碼器101係用以控制像素陣列105上哪一列的像素單元要進行曝光以產生感測的訊號，類比數位訊號處理裝置110係用以對該感測的訊號執行一類比數位轉換運作，將影像感測運作時各像素對應之類比訊號轉換為數位訊號，並提供至後端的數位訊號處理（Digital Signal Processing, DSP）電路進行處理，而本發明之實施例，其類比數位轉換機制係利用控制電路1103於不同狀況下適應性地決定切換選擇全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的其中之一，令影像感測器100得以盡量節省功耗，其中相對來說，一個全域式類比數位轉換器例如包括單一類比數位轉換電路，需花費較多時間處理像素的類比訊號，但是比較省電，而一個並列式類比數位轉換器例如包括了多個/組的類比數位轉換電路，不需花費過多時間處理像素的類比訊號，但是比較耗電，而本案之控制電路1103係依據不同的感測條件/狀況動態地開啟其中一個類比數位轉換器、並關閉另外一個類比數位轉換器，令在需要處理之像素的數目較少時，開啟全域式類比數位轉換器、關閉並列式類比數位轉換器，而在需要處理之像素的數目較多時，開啟並列式的類比數位轉換器、關閉全域式類比數位轉換器，也就是說，影像感測器100不需要總是開啟一個較耗電的類比數位轉換器來執行類比數位轉換運作，而是可依據不同的感測條件來選擇切換啟動不同耗電的類比數位轉換器。因此，這可令影像感測器100處於不同的程式應用時可以動態切換採用不同的類比數位轉換器，例如如果某些應用程式所要偵測的感影感測區域較小，而不需利用整個像素陣列105的全部像素來作偵測，則影像感測器100可僅開啟部分的像素來執行影像偵測，並且選擇啟動較不耗電的類比數位轉換器來執行訊號轉換處理。
全域式類比數位轉換器1101係用以將影像感測器100之像素陣列105之所有像素之複數個類比訊號逐個轉換為複數個數位訊號，其通過使用相關二次取樣電路1104對類比訊號進行取樣，降低固定圖像雜訊（Fixed pattern noise, FPN）及/或重置雜訊，接著並採用可程化式增益放大器1105對取樣後的類比訊號進行訊號放大，以及採用類比數位轉換電路1106對放大後的類比訊號執行類比數位轉換並輸出至後級電路。
並列式類比數位轉換器1102係用以通過複數個類比數位轉換電路分別將像素陣列105於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號，令每一不同的類比數位轉換電路對於不同列之複數個像素之複數個類比訊號逐個執行類比數位轉換，該複數個類比數位轉換電路在本實施例中等效上在實現時可利用相對應的複數個比較電路、複數個計數電路及產生複數個躍升訊號的一躍升訊號產生電路來實現，如第1圖所示，比較器1107實際上包括有相對應的多組比較電路，每一組比較電路係對應於每一不同列之複數個像素，而計數器1108亦包括有相對應的多組計數電路，每一組計數電路係對應於每一不同列之複數個像素，而躍升訊號產生電路1110係耦接至比較器1107的多組不同的比較電路，用以產生複數個不同的躍升訊號至不同比較電路，複數個不同的躍升訊號的產生與控制係分別由計數器1108的不同計數電路所對應地控制。
應注意的是，上述全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的實施範例僅為本發明實施例的其中一種。本案的技術精神係為根據不同感測需求條件動態地選擇致能兩不同類比數位轉換器的其中一個，以避免僅使用同一個並列式類比數位轉換器而造成過度耗電；本案的技術精神均適用於不同實施方式或類型的類比數位轉換器，上述全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的實施方式僅為說明之用，並非是本案的限制。
控制電路1103係耦接至全域式類比數位轉換器1101以及並列式類比數位轉換器1102，並用以動態切換選擇全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的其中之一，以對像素陣列105之複數像素之資料執行一類比數位轉換，應注意的是，在一感測畫面時間內，如果一像素並未被開啟，則其不會感測產生上述之類比訊號，因此，上述該複數像素之資料係指在一感測畫面時間內被開啟之像素的資料。
具體而言，控制電路1103係用以偵測目前像素陣列105上目前所被啟動之像素的一總個數，並根據像素陣列105上目前被啟動之像素的總個數，切換選擇啟動或致能全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的其中一個，像素陣列105上所被啟動之像素的總數並非必然指的是整個像素陣列105的全部總像素數目M*N，而是指在一畫面感測時間內像素陣列105上所被啟動之像素的總數（如果全部像素M*N均被開啟，則該所啟動之像素的總數指的是所有像素M*N的個數），所啟動之像素的總數亦可被稱作像素陣列105的有效像素尺寸大小。
若判斷出該總個數小於或等於一預定臨界個數，則控制電路1103會選擇致能該全域式類比數位轉換器1101，以採用全域式類比數位轉換器1101對像素陣列105之該些被啟動之像素的類比訊號執行該類比數位轉換，而選擇不致能並列式類比數位轉換器1102，令影像感測器100在此一情況下可以省電。反之，如果判斷出該總個數大於該預定臨界個數，則控制電路1103會選擇致能並列式類比數位轉換器1102，以採用並列式類比數位轉換器1102對像素陣列105之該些被啟動之像素的類比訊號執行類比數位轉換，而選擇不致能全域式類比數位轉換器1101。
如此，當像素陣列105上對應於被啟動之像素的總數目不超過該預定臨界個數時，可適當地致能並利用較不耗電的全域式類比數位轉換器1101來執行類比數位轉換運作，反之，當像素陣列105上對應於被啟動之像素的總數目超過了該預定臨界個數時，則可適當地致能並利用轉換處理速度較快的並列式類比數位轉換器1102來執行類比數位轉換運作，以使得訊號處理的等候時間較少，因此可達到在不同感測情況下兼具有省電與訊號處理速度的功效，相較於傳統的機制，本案可在當被啟動之像素的總數不多的情況下選擇啟動較不耗電的全域式類比數位轉換器1101來執行類比數位轉換運作，而不必如傳統機制一般在所有情況下均利用並列式機制來執行類比數位轉換，因此不必在所有情況下均開啟/致能該並列式類比數位轉換器1102的多個類比數位轉換電路，相對而言可節省更多電力。
再者，其他實施例中，上述動態切換選擇全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的其中一個的步驟，控制電路1103可根據像素陣列105上目前被啟動之像素於某一列上之一總個數（亦即某一列上被啟動之像素的總個數），來切換選擇致能全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的其中之一。例如，當於該列上之該總個數小於或等於一預定臨界個數，選擇致能全域式類比數位轉換器1101，對像素陣列105之該複數像素之類比訊號執行類比數位轉換，以及當於該列上之該總個數大於該預定臨界個數，選擇致能並列式類比數位轉換器1102，對像素陣列105之該複數像素之類比訊號執行類比數位轉換。
再者，在不同實施例，控制電路1103也可以同時根據像素陣列105上某一列上被啟動之像素的總個數以及像素陣列105上被啟動之像素的總個數，切換選擇致能全域式類比數位轉換器1101及並列式類比數位轉換器1102的其中之一。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧影像感測器
101‧‧‧列解碼器
105‧‧‧像素陣列
110‧‧‧類比數位訊號處理裝置
1101‧‧‧全域式類比數位轉換器
1102‧‧‧並列式類比數位轉換器
1103‧‧‧控制電路
1104‧‧‧相關二次取樣電路
1105‧‧‧可程式化增益放大器
1106‧‧‧類比數位轉換電路
1107‧‧‧比較器
1108‧‧‧計數器
1109‧‧‧多工器
1110‧‧‧躍升訊號產生電路
第1圖為本發明一實施例之影像感測器的示意圖。
Claims (11)
- 一種使用於一影像感測器的類比數位訊號處理方法，包含有： 提供一全域式類比數位轉換器（global ADC），該全域式類比數位轉換器可用以將該影像感測器之一像素陣列之所有像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號； 提供一並列式類比數位轉換器（column ADC），該並列式類比數位轉換器可用以通過複數個類比數位轉換電路分別將該像素陣列於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；以及 動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一，對該像素陣列之複數像素之資料執行一類比數位轉換。
- 如申請專利範圍第1項所述之類比數位訊號處理方法，其中動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一的步驟包含有： 根據該像素陣列上目前所啟動之像素的一總個數，切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之類比數位訊號處理方法，其中： 當該總個數小於或等於一預定臨界個數，選擇該全域式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換；以及 當該總個數大於該預定臨界個數，選擇該並列式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換。
- 如申請專利範圍第1項所述之類比數位訊號處理方法，其中動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一的步驟包含有： 根據該像素陣列上目前所啟動之像素於一列上之一總個數，切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一。
- 如申請專利範圍第4項所述之類比數位訊號處理方法，其中： 當於該列上之該總個數小於或等於一預定臨界個數，選擇該全域式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換；以及 當於該列上之該總個數大於該預定臨界個數，選擇該並列式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換。
- 一種使用於一影像感測器的類比數位訊號處理裝置，包含有： 一全域式類比數位轉換器，可用以將該影像感測器之一像素陣列之所有像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號； 一並列式類比數位轉換器，可用以通過複數個類比數位轉換電路分別將該像素陣列於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；以及 一控制電路，耦接至該全域式類比數位轉換器以及該並列式類比數位轉換器，用以動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一，以對該像素陣列之複數像素之資料執行一類比數位轉換。
- 如申請專利範圍第6項所述之類比數位訊號處理裝置，其中該控制電路係根據該像素陣列上目前所啟動之像素的一總個數，切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一。
- 如申請專利範圍第6項所述之類比數位訊號處理裝置，其中： 當該總個數小於或等於一預定臨界個數，該控制電路係選擇該全域式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換；以及 當該總個數大於該預定臨界個數，該控制電路係選擇該並列式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換。
- 如申請專利範圍第6項所述之類比數位訊號處理裝置，其中該控制電路係根據該像素陣列上目前所啟動之像素於一列上之一總個數，切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一。
- 如申請專利範圍第6項所述之類比數位訊號處理裝置，其中： 當於該列上之該總個數小於或等於一預定臨界個數，該控制電路係選擇該全域式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換；以及 當於該列上之該總個數大於該預定臨界個數，該控制電路係選擇該並列式類比數位轉換器，對該像素陣列之該複數像素之資料執行該類比數位轉換。
- 一種影像感測器，包含有： 一像素陣列； 一全域式類比數位轉換器，耦接至該像素陣列，可用以將該像素陣列之所有像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號； 一並列式類比數位轉換器，耦接至該像素陣列，可用以通過複數個類比數位轉換電路分別將該像素陣列於不同列上之複數個像素之複數個類比訊號轉換為複數個數位訊號；以及 一控制電路，耦接至該全域式類比數位轉換器以及該並列式類比數位轉換器，用以動態切換選擇該全域式類比數位轉換器及該並列式類比數位轉換器的其中之一，以對該像素陣列之複數像素之資料執行一類比數位轉換。
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