一种电压调制列级单斜模数转换器

本发明涉及模数转换器，尤其涉及一种电压调制列级单斜模数转换器。

背景技术：

1、低功耗cmos图像传感器是物联网、5g移动终端设备、人工智能等领域中需电池供电的视觉信息获取和传输的核心技术。现阶段，cmos图像传感器主要采用列并行架构，列并行架构的主要功耗来源为核心模块列级模数转换器(adc)。常用的列级adc有四种：单斜adc、循环adc、逐次逼近adc、增量调制adc，其中单斜adc每列只包含一个比较器及一个计数器，功耗最低，因此低功耗cmos图像传感器广泛采用列级单斜adc架构。

2、列级单斜adc中的比较器通常采用运放结构实现，然而量化n位码值需要2n个时钟周期完成，运放型比较器在整个2n个时钟周期量化过程中，一直消耗静态电流，因此功耗较高。

技术实现思路

1、本发明实施例通过提供一种电压调制列级单斜模数转换器，解决了现有技术中采用运放型比较器的列级单斜adc功耗高的技术问题，降低了每路列电路的功耗，随着像素阵列的增大，功耗降低效果会更加显著。

2、本发明通过本发明的一实施例提供如下技术方案：

3、一种电压调制列级单斜模数转换器，包括偏置电源、斜坡发生器、第一电容电路、第二电容电路、第一反相器、复位开关、n位计数器及n位寄存器，n为正整数；

4、外部列模拟信号经所述第一电容电路输入所述第一反相器的输入端，所述斜坡发生器的输出端经所述第二电容电路连接所述第一反相器的输入端，所述复位开关的两端分别连接所述第一反相器的输入端、所述第一反相器的输出端，所述偏置电源的输出端连接所述第一反相器的供电端，所述第一反相器的输出端连接所述n位计数器的输入端，所述n位计数器的输出端连接所述n位寄存器。

5、优选的，所述第一电容电路包括电容c1。

6、优选的，所述第二电容电路包括电容c2。

7、优选的，所述第一反相器包括上拉电路及下拉电路，所述上拉电路为低电平导通，所述下拉电路为高电平导通；

8、所述列模拟信号经所述第一电容电路分别输入所述上拉电路的输入端及所述下拉电路的输入端，所述斜坡发生器的输出端经所述第二电容电路分别连接所述上拉电路的输入端及所述下拉电路的输入端，所述偏置电源的输出端经串联的所述上拉电路、所述下拉电路接地，所述上拉电路与所述下拉电路的公共端分别连接所述复位开关的第一端及所述n位计数器的输入端，所述复位开关的第二端分别连接所述上拉电路的输入端及所述下拉电路的输入端。

9、优选的，所述上拉电路包括第一mos管，第一mos管为pmos。

10、优选的，所述下拉电路包括第二mos管，第二mos管为nmos。

11、优选的，所述偏置电源用于在所述第一反相器的静态工作电流增大后减小输入到所述第一反相器供电端的电压，在所述第一反相器的静态工作电流减小后增大输入到所述第一反相器供电端的电压。

12、优选的，所述偏置电源包括运算放大器及第二反相器，所述第二反相器与所述第一反相器完全相同；

13、所述运算放大器的同相输入端接入参考电压，所述运算放大器的输出端分别连接所述第一反相器的供电端及所述第二反相器的供电端，所述第二反相器的输入端与输出端均连接所述运算放大器的反相输入端。

14、优选的，所述运算放大器为单电源供电。

15、优选的，所述运算放大器为误差放大器。

16、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

17、通过反相器结构实现列级单斜模数转换器中的比较器，当比较器翻转后不再继续消耗电流，每路列电路的功耗低，相比于传统运放型比较器，降低了每路列电路的功耗且结构简单，随着像素阵列的增大，功耗降低效果会更加显著。

技术特征：

1.一种电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，包括偏置电源、斜坡发生器、第一电容电路、第二电容电路、第一反相器、复位开关、n位计数器及n位寄存器，n为正整数；

2.如权利要求1所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述第一电容电路包括电容c1。

3.如权利要求1所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述第二电容电路包括电容c2。

4.如权利要求1所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述第一反相器包括上拉电路及下拉电路，所述上拉电路为低电平导通，所述下拉电路为高电平导通；

5.如权利要求4所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述上拉电路包括第一mos管，第一mos管为pmos。

6.如权利要求4所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述下拉电路包括第二mos管，第二mos管为nmos。

7.如权利要求1-6任一所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述偏置电源用于在所述第一反相器的静态工作电流增大后减小输入到所述第一反相器供电端的电压，在所述第一反相器的静态工作电流减小后增大输入到所述第一反相器供电端的电压。

8.如权利要求7所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述偏置电源包括运算放大器及第二反相器，所述第二反相器与所述第一反相器完全相同；

9.如权利要求8所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述运算放大器为单电源供电。

10.如权利要求8所述的电压调制列级单斜模数转换器，其特征在于，所述运算放大器为误差放大器。

技术总结
本发明公开了一种电压调制列级单斜模数转换器，涉及模数转换器技术领域，包括偏置电源、斜坡发生器、第一电容电路、第二电容电路、第一反相器、复位开关、N位计数器及N位寄存器，N为正整数。本发明通过反相器结构实现列级单斜模数转换器中的比较器，当比较器翻转后不再继续消耗电流，每路列电路的功耗低，相比于传统运放型比较器，降低了每路列电路的功耗且结构简单，随着像素阵列的增大，功耗降低效果会更加显著。

技术研发人员：徐文静,周莉,陈杰,陈鸣,王琨玉,张成彬
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12