一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块

技术领域

本发明属于，涉及一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，属于CMOS图像传感器领域；

背景技术

CMOS图像传感器始终向着更高的分辨率、更快的帧率、更低的噪声发展，单斜式(single slope)ADC由于其列级电路结构简单、参考斜坡电压可列级共享，因此单斜式ADC十分适用于超大阵列CMOS图像传感器。典型的参考斜坡电压可由电容阵列DAC、电流舵DAC等形式实现，其中电流舵形式的斜坡生成器天然具备更快的速度和较强的驱动能力，适用于高速超大阵列CMOS图像传感器。

但是，传统的电流舵形式DAC采用温度计码加二进制码的控制架构实现，难以避免毛刺(glitch)的产生，从而影响斜坡电压的噪声、积分非线性、微分非线性等性能。而对于只使用纯温度计码架构的高精度DAC，其传统温度计码产生模块由于其通用性，会导致逻辑结构过于复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，可消除输出点的毛刺glitch电压，进而提升整体读出电路的噪声、微分非线性、积分非线性性能，并可降低不同芯片之间的斜坡偏差。

本发明解决技术的方案是：

一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，包括2

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，所述电流舵单元包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和反相器INV；

其中，MOS管M1的源极接电源；MOS管M1的漏极与MOS管M2的源极连接；MOS管M1的栅极接第一偏置电压V1；MOS管M2的漏极分别与MOS管M3的源极、MOS管M4的源极连接；MOS管M2的栅极接第二偏置电压V2；MOS管M3的栅极与单向斜坡控制模块对应的控制信号输出端连接；MOS管M3的漏极与斜坡参考电压输出点Vout连接；MOS管M4的漏极与电阻Rdummy连接；MOS管M4的栅极与反相器INV的输出端连接；反相器INV的输入端与该控制信号输出端连接。

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，单向斜坡控制模块每个控制信号输出端输出2个控制信号，分别输出至对应电流舵单元中MOS管M3的栅极和反相器INV的输入端。

一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，包括2

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，所述电流舵单元包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3；

其中，MOS管M1的源极接电源；MOS管M1的漏极与MOS管M2的源极连接；MOS管M1的栅极接第一偏置电压V1；MOS管M2的漏极与MOS管M3的源极连接；MOS管M2的栅极接第二偏置电压V2；MOS管M3的漏极与斜坡参考电压输出点Vout连接；MOS管M3的栅极与单向斜坡控制模块对应的控制信号输出端连接。

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，所述单向斜坡控制模块为移位寄存器；单向斜坡控制模块由2

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，D触发器上设置有输入端D、时钟输入端Clk、复位控制端RESET和输出端Q；其中，输入端D连接外部控制输入信号；输出端Q连接下一个D触发器的输入端D；时钟输入端Clk连接外部时钟信号；复位控制端RESE连接复位总线上。

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，每个D触发器的输出端Q输出控制信号至对应的电流舵单元。

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，斜坡生成模块的向上斜坡控制方法为：

t1时刻之前，单向斜坡控制模处于复位状态；此时各控制信号输出端的状态标志为1；

t1-t2时间内，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态；各控制信号输出端的状态标志依次由1转变为0；斜坡参考电压输出点Vout变现为向上斜坡；

斜坡生成模块的向下斜坡控制方法为：

t1时刻之前，单向斜坡控制模处于复位状态；此时各控制信号输出端的状态标志为0；

t1-t2时间内，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态；各控制信号输出端的状态标志依次由0转变为1；斜坡参考电压输出点Vout变现为向下斜坡。

在上述的一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，向上斜坡或向下斜坡的斜率不变，通过控制t1-t2时间的长短实现控制向上斜坡或向下斜坡的高度。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提出了一种适用于高速、高精度大阵列CMOS图像传感器的斜坡电压生成电路，该结构可消除输出点的毛刺glitch电压，进而提升整体读出电路的噪声、微分非线性、积分非线性性能，并可降低不同芯片之间的斜坡偏差；

(2)本发明给出了两种电路实现方式，可实现斜坡电压，基础单元分别采用电流舵和单路电流源结构，其控制结构采用移位寄存器方式，对于Nbit低范围斜坡，其控制信号共2

(3)本发明采用输出点滤波方式，可将Nbit精度DAC架构的输出滤波生成(N+1)～(N+4)bit的斜坡参考电压，即最终斜坡精度相较于DAC架构精度可提升1～4bit精度。

附图说明

图1为本发明第一种电流舵单元的斜坡电路结构示意图；

图2为本发明第二种电流舵单元的斜坡电路结构示意图；

图3为本发明单向斜坡控制模块示意图；

图4为本发明生成的斜坡电压的控制方式示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，该结构可消除输出点的毛刺glitch电压，进而提升整体读出电路的噪声、微分非线性、积分非线性性能，并可降低不同芯片之间的斜坡偏差。

用于CMOS图像传感器的高速高精度斜坡生成模块，如图1所示，包括2

电流舵单元包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和反相器INV；其中，MOS管M1的源极接电源；MOS管M1的漏极与MOS管M2的源极连接；MOS管M1的栅极接第一偏置电压V1；MOS管M2的漏极分别与MOS管M3的源极、MOS管M4的源极连接；MOS管M2的栅极接第二偏置电压V2；MOS管M3的栅极与单向斜坡控制模块对应的控制信号输出端连接；MOS管M3的漏极与斜坡参考电压输出点Vout连接；MOS管M4的漏极与电阻Rdummy连接；MOS管M4的栅极与反相器INV的输出端连接；反相器INV的输入端与该控制信号输出端连接。

单向斜坡控制模块每个控制信号输出端输出2个控制信号，分别输出至对应电流舵单元中MOS管M3的栅极和反相器INV的输入端。

高速高精度斜坡生成模块，的另一种设计方式如图2所示，包括2

电流舵单元包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3；其中，MOS管M1的源极接电源；MOS管M1的漏极与MOS管M2的源极连接；MOS管M1的栅极接第一偏置电压V1；MOS管M2的漏极与MOS管M3的源极连接；MOS管M2的栅极接第二偏置电压V2；MOS管M3的漏极与斜坡参考电压输出点Vout连接；MOS管M3的栅极与单向斜坡控制模块对应的控制信号输出端连接。

以上2中电路形式的单向斜坡控制模块均为移位寄存器。如图3所示，单向斜坡控制模块由2

D触发器上设置有输入端D、时钟输入端Clk、复位控制端RESET和输出端Q；其中，输入端D连接外部控制输入信号；输出端Q连接下一个D触发器的输入端D；时钟输入端Clk连接外部时钟信号；复位控制端RESE连接复位总线上。

每个D触发器的输出端Q输出控制信号至对应的电流舵单元。

如图4所示，斜坡生成模块的向上斜坡控制方法为：

t1时刻之前，单向斜坡控制模处于复位状态；此时各控制信号输出端的状态标志为1；

t1-t2时间内，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态；各控制信号输出端的状态标志依次由1转变为0；斜坡参考电压输出点Vout变现为向上斜坡；

如图4所示，斜坡生成模块的向下斜坡控制方法为：

t1时刻之前，单向斜坡控制模处于复位状态；此时各控制信号输出端的状态标志为0；

t1-t2时间内，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态；各控制信号输出端的状态标志依次由0转变为1；斜坡参考电压输出点Vout变现为向下斜坡。

向上斜坡或向下斜坡的斜率不变，通过控制t1-t2时间的长短实现控制向上斜坡或向下斜坡的高度。

如图1所示，二进制控制码和温度计码，其控制信号分别连接到电流舵单元结构的

对于(M+N)bit电流舵架构，由高(2N+2M)个电流舵单元组成，单元电流舵结构以第一组为例，由M1、M2、M3、M4组成，其中M1和M2串联形成共源共栅结构，M3和M4构成反相开关对。V1和V2连接到偏置电压。所有电流舵单元的两个输出分别连接在一起并形成两个输出节点，两个输出节点分别连接两个电阻Rload和Rdummy。作为斜坡参考电压输出点的Vout并联电容Cfilter，使台阶形式的信号经过滤波生成斜坡。

单向斜坡控制模块，其控制信号D1、D2、…D(2N+2M)分别连接到电流舵单元结构的

如图2所示，对于(M+N)bit电流源架构，由高(2

单向斜坡控制模块，其控制信号D1、D2、…D(2

如图3所示，移位寄存器由D触发器单元串联而成，触发器至少包含输入端D、时钟输入端Clk、复位控制端RESET、输出端Q；其中第一个D触发器的输入D连接外部控制输入信号，第一个触发器的输出Q连接到第二个触发器的输入端D，第二个触发器的输出Q连接到第三个触发器的输入端D，以此方法完成N+M个D触发器的串联连接；所有触发器的Clk连接在一个输入时钟上；所有触发器的RESET连接在一根总线上；每个触发器的输出端Q，分别为控制模块的输出D1、D2、…D(2

如图4所示，Vout为图1或图2中的输出Vout，时钟为单向斜坡控制模块的时钟Clk输入，控制输入为单向斜坡控制模块的控制输入，复位为单向斜坡控制模块的复位，

图4(1)中的操作说明如下：

S11、t1时刻之前，单向斜坡控制模块受“复位”控制处于复位状态，

保持为全1；

S12、t1-t2，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态，

S13、t2-t3，单向斜坡控制模块受“复位”控制再度进入复位状态，

S14、t3-t5，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态。其中t3-t4，

S15、t5之后，单向斜坡控制模块受“复位”控制再度进入复位状态，

图4(2)中的操作说明如下：

S21、t1时刻之前，单向斜坡控制模块受“复位”控制处于复位状态，

保持为全0；

S22、t1-t2，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态，

S23、t2-t3，单向斜坡控制模块受“复位”控制再度进入复位状态，

S24、t3-t5，单向斜坡控制模块由复位转变为工作状态。其中t3-t4，

S25、t5之后，单向斜坡控制模块受“复位”控制再度进入复位状态，

表1图4(1)中t1-t2时间内移位寄存器输出

表2图4(1)中t3-t4时间内移位寄存器输出

表3图4(1)中t4-t5时间内移位寄存器输出

表4图4(2)中t1-t2时间内移位寄存器输出

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表5图4(2)中t3-t4时间内移位寄存器输出

表6图4(2)中t4-t5时间内移位寄存器输出

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。