具有可编程量化分辨率的模数转换器制造技术

提出了用于执行模数转换的方法和系统。在一个示例中，模数转换器(ADC)包括量化器，该量化器对于第一量化操作子范围具有第一量化分辨率，并且对于第二量化操作子范围具有第二量化分辨率。第一量化分辨率或第一量化操作子范围中的至少一个是可编程的。第二量化分辨率或第二量化操作子范围中的至少一个是可编程的。量化器被配置为：接收输入电压；并且基于输入电压属于第一量化操作子范围还是属于第二量化操作子范围，以第一量化分辨率或以第二量化分辨率量化输入电压来生成数字输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可编程量化分辨率的模数转换器背景本公开总体上涉及模数转换，且更具体地说，涉及具有一个或更多个可编程量化分辨率的模数转换器(ADC)。模数转换通常是指通过模数转换器(ADC)生成模拟信号的数字表示。出于各种原因，可以执行模数转换。例如，可以生成数字表示用于传输、存储和/或用于后续处理(例如，滤波)，这两者在数字域中比在模拟域中更容易和更可靠地被执行。例如，通过总线传输数字信息以及在存储设备中存储数字信息比传输和存储模拟电压更可靠，并且更不易受到电荷泄漏和噪声的影响。此外，数字信息的处理可以基于使用硬件处理器(例如数字信号处理器(DSP))的各种数字信号处理算法来执行，该硬件处理器通常比在模拟域中实现类似处理所需的模拟电路(例如，运算放大器、诸如电阻器、电容器和电感器的无源器件)更紧凑得多并且需要更少得多的功率。ADC可以在很多应用中被发现，例如图像处理。例如，诸如像素单元的图像传感器可以包括光电二极管，以通过将光子转换成电荷(例如，电子或空穴)来感测入射光。图像传感器还包括浮置节点(floatingnode)，该浮置节点被配置为电容器，以收集曝光周期期间光电二极管生成的电荷。收集的电荷可以在电容器处产生模拟电压。该模拟电压可以被缓冲并馈送到ADC，该ADC可以将模拟电压量化成表示在光电二极管处接收的入射光强度的数字值。可以基于由多个像素单元生成的数字值来获得场景的图像，其中每个数字值对应于从场景的一部分接收的入射光。图像的数字值也可以针对不同的应用进行存储和后处理。模拟电压和其量化值之间可能存在差异。该差异导致量化误差。模拟电压(它们由图像传感器中累积的电荷产生)和它们的量化值之间的量化误差会给图像添加噪声，并降低图像对场景的表示的保真度。可以通过提高ADC的量化分辨率来减少量化误差。概述本公开涉及模数转换。更具体地，但不限于，本公开涉及具有一个或更多个可编程量化分辨率的模数转换器(ADC)。本公开还涉及一种图像传感器，其包括一个或更多个具有一个或更多个可编程量化分辨率的ADC，以生成表示图像传感器接收的光强度的数字输出。在一个示例中，提供了一种模数转换器(ADC)。该ADC包括量化器，该量化器对于第一量化操作子范围具有第一量化分辨率，并且对于第二量化操作子范围具有第二量化分辨率。第一量化分辨率或第一量化操作子范围中的至少一个是可编程的。第二量化分辨率或第二量化操作子范围中的至少一个是可编程的。量化器被配置为：接收输入电压；基于输入电压属于第一量化操作子范围还是属于第二量化操作子范围，以第一量化分辨率或以第二量化分辨率量化输入电压来生成数字输出。在一些方面，第一量化分辨率和第一量化操作子范围是单独可编程的。第二量化分辨率和第二量化操作子范围是单独可编程的。在一些方面，量化器还被配置成接收编程信息，其中，编程信息定义了第一量化操作子范围、第二量化操作子范围、第一量化操作子范围的第一量化分辨率和第二量化操作子范围的第二量化分辨率。量化器基于编程信息被编程。在一些方面，量化器包括：阈值生成器，其被配置为提供阈值电压斜坡，其中阈值电压斜坡在参考时间开始；量化比较器，其被配置为将输入电压与阈值电压斜坡进行比较；以及数字时间测量电路，其被配置为基于输入时钟信号产生在参考时间和交叉时间(crossovertime)之间所经过的持续时间的测量值，该交叉时间是阈值电压斜坡的电压与输入电压匹配时的时间。基于持续时间的测量值生成数字输出。第一量化操作子范围和第二量化操作子范围是基于从参考时间起经过的持续时间或阈值电压斜坡的电压中的至少一个来定义的。第一量化分辨率和第二量化分辨率基于以下中的至少一个来定义：持续时间内的输入时钟信号的频率，或者电压之间的阈值电压斜坡的斜坡率(ramprate)。在一些方面，数字时间测量电路包括第一计数器，该第一计数器被配置为基于对输入时钟信号的时钟周期的数量进行计数来生成第一计数值，该第一计数值对应于在参考时间和交叉时间之间的持续时间的测量值。量化器被配置为基于编程信息，在第一时间接收第一控制信号，并且在第二时间接收第二控制信号。第一控制信号包括第一时钟频率的第一时钟信号，该第一时钟信号作为第一量化操作子范围的输入时钟信号被提供给第一计数器，第一时钟频率是基于第一量化分辨率设置的。第二控制信号包括第二时钟频率的第二时钟信号，该第二时钟信号作为第二量化操作子范围的输入时钟信号被提供给第一计数器，第二时钟频率是基于第二量化分辨率设置的。第一时间定义了第一量化操作子范围。第二时间定义了第二量化操作子范围。交叉时间在第一时间或第二时间之一内。在一些方面，ADC还包括参考计数器，该参考计数器被配置为基于对参考输入时钟的时钟周期的数量进行计数来生成参考计数值。量化器被配置为在参考计数值等于第一阈值计数的时间之间接收第一时钟信号，该第一阈值计数对应于第一时间的开始。量化器被配置为当参考计数值等于第二阈值计数时接收第二时钟信号，该第二阈值计数对应于第二时间的开始。第一阈值计数和第二阈值计数被包括在编程信息中。在一些方面，ADC还包括第一比较器、第二比较器、第一时钟生成器、第二时钟生成器和选择电路。第一时钟生成器被配置成产生第一时钟信号。第二时钟生成器被配置成产生第二时钟信号。第一比较器被配置为基于参考计数值与第一阈值计数的比较来生成第一比较结果。第二比较器被配置为基于参考计数值与第二阈值计数的比较来生成第二比较结果。选择电路被配置为基于第一比较结果和第二比较结果，选择来自第一时钟生成器的第一时钟信号或来自第二时钟生成器的第二时钟信号之一，以输出到量化器的数字时间测量电路。在一些方面，参考计数器、第一比较器、第二比较器、第一时钟生成器、第二时钟生成器或选择电路中的至少一个在量化器外部。在一些方面，量化器被配置成基于编程信息，在第一时间接收第一控制信号，并且在第二时间接收第二控制信号。第一控制信号包括在第一电压和第二电压之间的第一电压斜坡，第一电压斜坡被提供给阈值生成器以作为第一量化操作子范围的阈值电压斜坡而输出，第一电压斜坡具有第一斜坡率，第一斜坡率基于第一量化分辨率来设置。第二控制信号包括在第三电压和第四电压之间的第二电压斜坡，第二电压斜坡被提供给阈值生成器以作为第二量化操作子范围的阈值电压斜坡而输出，第二电压斜坡具有第二斜坡率，第二斜坡率基于第二量化分辨率设置。第一电压和第二电压定义了第一量化操作子范围。第三电压和第四电压定义了第二量化操作子范围。输入电压在第一电压和第二电压之间或者在第三电压和第四电压之间。在一些方面，ADC还包括参考斜坡生成器，该参考斜坡生成器被配置为产生参考斜坡。量化器被配置为当参考斜坡的电压等于第一阈值电压时，基于第一电压斜坡接收电压。量化器被配置为当参考斜坡的电压等于第二阈值电压时，基于第二电压斜坡接收电压。第一阈值电压和第二阈值电压被包括在编程信息中。在一些方面，ADC还包括第一比较器、第二比较器、第一斜坡生成器、第二斜坡生成器和选择电路。第一斜坡生成器被配置成产生第一电压斜坡。第二斜坡生成器被配置成产生第二电压斜坡。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模数转换器(ADC)，包括量化器，所述量化器对于第一量化操作子范围具有第一量化分辨率，并且对于第二量化操作子范围具有第二量化分辨率，/n其中，所述第一量化分辨率或所述第一量化操作子范围中的至少一个是可编程的；/n其中，所述第二量化分辨率或所述第二量化操作子范围中的至少一个是可编程的；和/n其中，所述量化器被配置成：/n接收输入电压；和/n基于所述输入电压属于所述第一量化操作子范围还是属于所述第二量化操作子范围，以所述第一量化分辨率或以所述第二量化分辨率量化所述输入电压以生成数字输出。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180319 US 62/644,997;20190116 US 16/249,4201.一种模数转换器(ADC)，包括量化器，所述量化器对于第一量化操作子范围具有第一量化分辨率，并且对于第二量化操作子范围具有第二量化分辨率，
其中，所述第一量化分辨率或所述第一量化操作子范围中的至少一个是可编程的；
其中，所述第二量化分辨率或所述第二量化操作子范围中的至少一个是可编程的；和
其中，所述量化器被配置成：
接收输入电压；和
基于所述输入电压属于所述第一量化操作子范围还是属于所述第二量化操作子范围，以所述第一量化分辨率或以所述第二量化分辨率量化所述输入电压以生成数字输出。


2.根据权利要求1所述的ADC，其中：
所述第一量化分辨率和所述第一量化操作子范围是单独可编程的；和
所述第二量化分辨率和所述第二量化操作子范围是单独可编程的。


3.根据权利要求2所述的ADC，其中所述量化器还被配置为接收编程信息，其中所述编程信息定义了所述第一量化操作子范围、所述第二量化操作子范围、所述第一量化操作子范围的所述第一量化分辨率和所述第二量化操作子范围的所述第二量化分辨率；和
其中所述量化器基于所述编程信息被编程。


4.根据权利要求3所述的ADC，其中所述量化器包括：
阈值生成器，其被配置为提供阈值电压斜坡，其中所述阈值电压斜坡在参考时间开始；
量化比较器，其被配置为将所述输入电压与所述阈值电压斜坡进行比较；和
数字时间测量电路，其被配置为基于输入时钟信号产生所述参考时间和交叉时间之间所经过的持续时间的测量值，所述交叉时间是当所述阈值电压斜坡的电压与所述输入电压匹配时的时间；
其中基于所述持续时间的测量值来生成所述数字输出；
其中所述第一量化操作子范围和所述第二量化操作子范围基于以下中的至少一个来定义：从所述参考时间起经过的持续时间，或者所述阈值电压斜坡的电压；和
其中所述第一量化分辨率和所述第二量化分辨率基于以下中的至少一个来定义：所述持续时间内的所述输入时钟信号的频率，或者所述电压之间的所述阈值电压斜坡的斜坡率。


5.根据权利要求4所述的ADC，其中所述数字时间测量电路包括第一计数器，所述第一计数器被配置为基于对所述输入时钟信号的时钟周期的数量进行计数来生成第一计数值，所述第一计数值对应于所述参考时间和所述交叉时间之间的持续时间的测量值；
其中所述量化器被配置成基于所述编程信息，在第一时间接收第一控制信号，并且在第二时间接收第二控制信号；
其中所述第一控制信号包括第一时钟频率的第一时钟信号，所述第一时钟信号作为所述第一量化操作子范围的输入时钟信号被提供给所述第一计数器，所述第一时钟频率是基于所述第一量化分辨率设置的；
其中所述第二控制信号包括第二时钟频率的第二时钟信号，所述第二时钟信号作为所述第二量化操作子范围的输入时钟信号被提供给所述第一计数器，所述第二时钟频率是基于所述第二量化分辨率设置的；
其中所述第一时间定义所述第一量化操作子范围；
其中所述第二时间定义所述第二量化操作子范围；和
其中所述交叉时间在所述第一时间或所述第二时间之一内。


6.根据权利要求5所述的ADC，还包括参考计数器，所述参考计数器被配置为基于对参考输入时钟的时钟周期的数量进行计数来生成参考计数值；
其中所述量化器被配置为在所述参考计数值等于第一阈值计数的时间之间接收所述第一时钟信号，所述第一阈值计数对应于所述第一时间的开始；
其中所述量化器被配置为当所述参考计数值等于第二阈值计数时接收所述第二时钟信号，所述第二阈值计数对应于所述第二时间的开始；和
其中所述第一阈值计数和所述第二阈值计数被包括在所述编程信息中。


7.根据权利要求6所述的ADC，还包括第一比较器、第二比较器、第一时钟生成器、第二时钟生成器和选择电路；
其中所述第一时钟生成器被配置成产生所述第一时钟信号；
其中所述第二时钟生成器被配置成产生所述第二时钟信号；
其中所述第一比较器被配置为基于将所述参考计数值与所述第一阈值计数进行比较来生成第一比较结果；
其中所述第二比较器被配置为基于将所述参考计数值与所述第二阈值计数进行比较来生成第二比较结果；和
其中，所述选择电路被配置为基于所述第一比较结果和所述第二比较结果，选择来自所述第一时钟生成器的第一时钟信号或来自所述第二时钟生成器的第二时钟信号之一，用于输出到所述量化器的所述数字时间测量电路。


8.根据权利要求7所述的ADC，其中，所述参考计数器、所述第一比较器、所述第二比较器、所述第一时钟生成器、所述第二时钟生成器或所述选择电路中的至少一个在所述量化器的外部。


9.根据权利要求4所述的ADC，
其中所述量化器被配置为基于所述编程信息，在第一时间接收第一控制信号，并且在第二时间接收第二控制信号；
其中所述第一控制信号包括在第一电压和第二电压之间的第一电压斜坡，所述第一电压斜坡被提供给所述阈值生成器以作为所述第一量化操作子范围的阈值电压斜坡而输出，所述第一电压斜坡具有第一斜坡率，所述第一斜坡率基于所述第一量化分辨率来设置；
其中所述第二控制信号包括在第三电压和第四电压之间的第二电压斜坡，所述第二电压斜坡被提供给所述阈值生成器以作为所述第二量化操作子范围的阈值电压斜坡而...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·塞缪尔·贝尔科维奇，刘新桥，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US