本發(fā)明涉及一種模擬前端電路，并且，還涉及一種具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與使用其的模擬前端讀取電路。

背景技術(shù)：

光學(xué)鼠標(biāo)通常需具有光源與光傳感器，例如，光源可為激光光源，光傳感器可為光電二極管組成的像素陣列，以檢測(cè)光學(xué)鼠標(biāo)相對(duì)于一表面的移動(dòng)。前端讀取電路用以將像素陣列產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的傳統(tǒng)模擬前端讀取電路的方塊圖。傳統(tǒng)模擬前端讀取電路包括像素陣列1、轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3。一源極隨耦器可設(shè)置于像素陣列1與轉(zhuǎn)移放大器2之間，但圖1中省略未繪示。像素陣列1可為行數(shù)與列數(shù)相等的正方形像素陣列，如：15行15列共255(15x15)的像素的正方形像素陣列。當(dāng)接收到外界光源由一成像面4反射回來的反射光，像素陣列1中的每個(gè)像素(視為光傳感器)便會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并儲(chǔ)存于儲(chǔ)存電容器中。每個(gè)像素所儲(chǔ)存的電壓信號(hào)會(huì)被依序地通過轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3(為了符合高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的需求，通常為管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)被讀取，例如，由第一行中的第一列至最后一列讀取，并從第一行至最后一行讀取。每個(gè)取像均包含像素陣列中完整的電壓信號(hào)讀取。轉(zhuǎn)移放大器2用以于電壓信號(hào)傳送至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之前，通過一增益范圍(通常為1～3)來放大儲(chǔ)存于像素的電壓信號(hào)。由于像素陣列中所有的像素共享一個(gè)轉(zhuǎn)移放大器2以及一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3，轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3的采樣率可由下式表示。

于此式中，fs為轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3的采樣率，p為像素陣列1的行數(shù)與列數(shù)，且fr為取像速率。

舉例來說，于高效能的光學(xué)游戲用鼠標(biāo)的應(yīng)用中，若p＝38、fr＝12000(frame/s)、texp＝30(μs)且tgb＝10(μs)，則轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3便需要以超過30(ms/s)的采樣率來運(yùn)作，如此一來轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3兩者均會(huì)消耗很大的功率。以同樣的像素陣列1來說，若轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3便需要以50(ms/s)的采樣率來運(yùn)作，則像素陣列1、轉(zhuǎn)移放大器2與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3的工作電流即分別須為605(μa)、1(ma)與1.3(ma)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例公開一種具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與使用其的模擬前端讀取電路，此種具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與使用其的模擬前端讀取電路結(jié)合了電荷傳輸放大器與傳統(tǒng)模擬前端電路的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換功能。

這種具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括n個(gè)彼此串聯(lián)連接的管線式單元和比特對(duì)齊與組合電路，其中n為大于1的整數(shù)。第一級(jí)管線式單元根據(jù)模擬輸入信號(hào)源產(chǎn)生第一數(shù)字輸出信號(hào)與第一數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)。第n級(jí)管線式單元由第(n-1)級(jí)管線式單元取得殘值信號(hào)，并輸出第n數(shù)字輸出信號(hào)與第n數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)。比特對(duì)齊與組合電路連接于第一級(jí)至第n級(jí)管線式單元，取得第一級(jí)至第n數(shù)字輸出信號(hào)，以產(chǎn)生m位數(shù)字輸出信號(hào)，其中m大于n的整數(shù)。第一級(jí)管線式單元包括快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器?？扉W式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器根據(jù)模擬輸入信號(hào)源產(chǎn)生快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)。倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器包括運(yùn)算放大器、回饋電容器、第一取樣電容器與第二取樣電容器?；仞侂娙萜鞯牡谝欢恕⒌谝蝗与娙萜鞯牡谝欢伺c第二取樣電容器的第一端連接于運(yùn)算放大器的反向輸入端，與操作放大器的非反向輸入端接地。倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器工作于取樣模式與電荷傳遞模式。于取樣模式下，回饋電容器的第二端、第一取樣電容器的第二端與第二取樣電容器的第二端連接于模擬輸入信號(hào)源，與操作放大器的輸出端連接于運(yùn)算放大器的反向輸入端。于電荷傳遞模式下，回饋電容器的第二端連接于運(yùn)算放大器的輸出端，第一取樣電容器的第二端連接于參考電壓源，且參考電壓源的電壓相關(guān)于快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)。此外，第二取樣電容器的第二端接地。其中，第一數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)為倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由運(yùn)算放大器的輸出端所輸出的輸出信號(hào)。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)表示為下式：

其中cf為回饋電容器的電容值，cs1為第一取樣電容器的電容值，cs2為第二取樣電容器的電容值，vi為模擬輸入信號(hào)源，且vdac_ref為相關(guān)于快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)的參考電壓源的電壓值。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器為切換式電容電路。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器工作于重置模式與比較模式，快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括再生放大器以及第三取樣電容器。再生放大器具有反向輸入端、非反向輸入端與輸出端，反向輸入端接地。第三取樣電容器的第一端連接于再生放大器的非反向輸入端。于重置模式下，第三取樣電容器的第二端連接于參考電壓源，且第三取樣電容器的第一端接地。于比較模式下，第三取樣電容器的第二端連接于模擬輸入信號(hào)源。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)表示為下式：

其中vi為模擬輸入信號(hào)源的電壓值，vadc_ref/k為參考電壓源的電壓值，且k為模擬輸入信號(hào)源vi的可變輸入增益。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，參考電壓源由電阻串提供。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，像素陣列將由光學(xué)鼠標(biāo)傳送來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換作為模擬輸入信號(hào)源。

于本發(fā)明一實(shí)施例的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括取樣保持電路，連接于第一級(jí)管線式單元與一像素陣列之間。

本發(fā)明實(shí)施例亦公開一種模擬前端讀取電路，包括像素陣列與連接此像素陣列的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括n個(gè)管線式單元與比特對(duì)齊與組合電路。n個(gè)管線式單元彼此串聯(lián)連接，且n為大于1的整數(shù)。第一級(jí)管線式單元根據(jù)模擬輸入信號(hào)源產(chǎn)生第一數(shù)字輸出信號(hào)與第一數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)。第n級(jí)管線式單元由第(n-1)級(jí)管線式單元取得殘值信號(hào)并輸出第n數(shù)字輸出信號(hào)與第n數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)。比特對(duì)齊與組合電路連接于第一至第n級(jí)管線式單元，取得第一至第n數(shù)字輸出信號(hào)，以產(chǎn)生m位數(shù)字輸出信號(hào)，且m大于n。第一級(jí)管線式單元包括與比特對(duì)齊與組合電路。快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器根據(jù)模擬輸入信號(hào)源產(chǎn)生快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)。倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器包括運(yùn)算放大器、回饋電容器、第一取樣電容器與第二取樣電容器?；仞侂娙萜鞯牡谝欢恕⒌谝蝗与娙萜鞯牡谝欢伺c第二取樣電容器的第一端連接于運(yùn)算放大器的反向輸入端，與操作放大器的非反向輸入端接地。倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器工作于取樣模式與電荷傳遞模式。于取樣模式下，回饋電容器的第二端、第一取樣電容器的第二端與第二取樣電容器的第二端連接于模擬輸入信號(hào)源，與操作放大器的輸出端連接于運(yùn)算放大器的反向輸入端。于電荷傳遞模式下，回饋電容器的第二端連接于運(yùn)算放大器的輸出端，第一取樣電容器的第二端連接于參考電壓源，參考電壓源的電壓相關(guān)于快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)，且第二取樣電容器的第二端接地。第一數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)為倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由運(yùn)算放大器的輸出端所輸出的輸出信號(hào)。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，模擬前端讀取電路還包括緩沖器。緩沖器連接于像素陣列與管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)表示為下式：

其中cf為回饋電容器的電容值，cs1為第一取樣電容器的電容值，cs2為第二取樣電容器的電容值，vi為模擬輸入信號(hào)源，且vdac_ref為相關(guān)于快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)的參考電壓源的電壓值。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器為切換式電容電路。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器工作于重置模式與比較模式。快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括再生放大器與第三取樣電容器。再生放大器具有反向輸入端、非反向輸入端與輸出端，且反向輸入端接地。第三取樣電容器的第一端連接于再生放大器的非反向輸入端。于重置模式下，第三取樣電容器的第二端連接于參考電壓源，且第三取樣電容器的第一端接地。于比較模式下，第三取樣電容器的第二端連接于模擬輸入信號(hào)源。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)表示為下式：

其中vi為模擬輸入信號(hào)源的電壓值，vadc_ref/k為參考電壓源的電壓值，且k為模擬輸入信號(hào)源vi的可變輸入增益。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，參考電壓源由電阻串提供。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，像素陣列將由光學(xué)鼠標(biāo)傳送來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換作為模擬輸入信號(hào)源。

于本發(fā)明一實(shí)施例的模擬前端讀取電路中，管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括取樣保持電路，連接于第一級(jí)管線式級(jí)單與像素陣列之間。

須說明地是，為便于理解，前述的運(yùn)算放大器視為單端輸出電路來描述。也須說明地是，于實(shí)際運(yùn)用上，考慮到對(duì)于不同噪聲源的敏感度，鮮少以全差動(dòng)電路作為單端輸出電路。

綜上所述，通過第一級(jí)管線式單元的新設(shè)計(jì)可以使得管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有可變輸入增益，且使用具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬前端讀取電路可較佳地取代傳統(tǒng)的模擬前端讀取電路。原因在于，相較于傳統(tǒng)的模擬前端讀取電路，此種使用具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬前端讀取電路的架構(gòu)可減少硅材與功率的耗費(fèi)。

為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是此等說明與說明書附圖僅用來說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的權(quán)利范圍作任何的限制。

附圖說明

圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的傳統(tǒng)模擬前端讀取電路的方塊圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的模擬前端讀取電路的方塊圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方塊圖。

圖4為圖3所繪示的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中n個(gè)管線式單元中的第一級(jí)管線式單元的方塊圖。

圖5為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的傳統(tǒng)模擬前端讀取電路的方塊圖。

圖6a為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于重置模式下的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的比較器的電路圖。

圖6b為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于比較模式下的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的比較器的電路圖。

圖7a為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于取樣模式下的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖7b為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于電荷傳遞模式下的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖8a為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于取樣模式下的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器的電路圖。

圖8b為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于電荷傳遞模式下的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器的電路圖。

圖9a為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于取樣模式下的傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖9b為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于電荷傳遞模式下的傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的模擬前端讀取電路的方塊圖。如圖2所示，模擬前端讀取電路包括像素陣列1、緩沖器5與具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6。緩沖器5連接于像素陣列1與管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6之間，以減少管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的工作電流。于以下敘述中將再對(duì)緩沖器5進(jìn)行說明，簡言之，緩沖器5用以降低圖2所示的模擬前端讀取電路的整體工作電流或耗能。像素陣列1用以產(chǎn)生模擬輸入信號(hào)源vin。管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6通過緩沖器5連接于像素陣列1。然而，對(duì)于模擬前端讀取電路來說，緩沖器5為可選擇的電路組件。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方塊圖。管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6包括取樣保持電路63、n個(gè)串聯(lián)連接的管線式單元61…6n-1、6n以及比特對(duì)齊與組合電路62，其中n為大于1的整數(shù)。

取樣保持電路63連接于第一級(jí)管線式單元61與像素陣列1之間。像素陣列1將由光學(xué)鼠標(biāo)傳送來的光信號(hào)作轉(zhuǎn)換以作為模擬輸入信號(hào)源vin。模擬輸入信號(hào)源vin提供的模擬輸入信號(hào)先傳送至取樣保持電路63，如：取樣保持放大器(sampleandholdamplifier；sha)。n個(gè)管線式單元中的第一級(jí)管線式單元61根據(jù)模擬輸入信號(hào)源vin提供的模擬輸入信號(hào)產(chǎn)生第一數(shù)字輸出信號(hào)d1與第一數(shù)字輸出信號(hào)d1的殘值信號(hào)vres1。詳細(xì)地說，第一級(jí)管線式單元61包括粗調(diào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(將于圖4中細(xì)述)，用以產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出信號(hào)dout的最高有效位(mostsignificantbit；msb)電壓d1與放大的殘值信號(hào)電壓vres1，以依序于第二級(jí)管線式單元至第n級(jí)管線式單元6n作信號(hào)轉(zhuǎn)換。也就是說，第n級(jí)管線式單元6n由第(n-1)級(jí)管線式單元6n-1取得殘值信號(hào)并輸出第n數(shù)字輸出信號(hào)與第n數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)。舉例來說，第(n-1)級(jí)管線式單元6n-1由第(n-2)級(jí)管線式單元6n-2取得殘值信號(hào)并輸出第n-1數(shù)字輸出信號(hào)與第n-1數(shù)字輸出信號(hào)的殘值信號(hào)。

比特對(duì)齊與組合電路62連接于每一個(gè)管線式單元61…6n-1、6n以取得第一數(shù)字輸出信號(hào)至第n數(shù)字輸出信號(hào)，藉此產(chǎn)生m位的數(shù)字輸出信號(hào)dout，其中m為大于n的整數(shù)。第一數(shù)字輸出信號(hào)至第n數(shù)字輸出信號(hào)可為n位的數(shù)字輸出信號(hào)。實(shí)際上，管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中個(gè)別的管線式單元所輸出的數(shù)字輸出信號(hào)可能不均為n位的數(shù)字輸出信號(hào)。管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中個(gè)別的管線式單元輸出的數(shù)字輸出信號(hào)可為位數(shù)大于1的數(shù)字輸出信號(hào)，使得最終比特對(duì)齊與組合電路62輸出的數(shù)字輸出信號(hào)能具有m位的分辨率，其中為m大于n的整數(shù)。比特對(duì)齊與組合電路62精確地對(duì)齊個(gè)別的管線式單元所輸出的數(shù)字輸出信號(hào)d1、d2…dn，并于一段延遲時(shí)間后產(chǎn)生多位的數(shù)字輸出信號(hào)dout，其中數(shù)字輸出信號(hào)dout對(duì)應(yīng)于經(jīng)取樣的模擬輸入信號(hào)源vin，且此段延遲時(shí)間的長短取決于管線式單元的數(shù)量。

管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的架構(gòu)雖類似于傳統(tǒng)管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3的架構(gòu)，但差異在于管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的第一級(jí)管線式單元61與傳統(tǒng)管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3的第一級(jí)管線式單元具有不同的電路設(shè)計(jì)，但本發(fā)明于此并不限定管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的架構(gòu)，但本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員目前均多偏好采用前述傳統(tǒng)管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路設(shè)計(jì)。除此的外，若將圖1所繪示的傳統(tǒng)模擬前端讀取電路中傳統(tǒng)管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3以本實(shí)施例的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6取代，圖1所示的模擬前端讀取電路便不再需要設(shè)置轉(zhuǎn)移放大器2。換言的，本實(shí)施例的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6能提供圖1中轉(zhuǎn)移放大器2與管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3的功能。關(guān)于管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的第一級(jí)管線式單元61的細(xì)節(jié)將于以下敘述中說明。

圖4為圖3所繪示的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中n個(gè)管線式單元中的第一級(jí)管線式單元的方塊圖。第一級(jí)管線式單元61包括快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(flashadc)611與倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(mdac)612?？扉W式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器611根據(jù)模擬輸入信號(hào)源vin產(chǎn)生快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)d1。請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的傳統(tǒng)模擬前端讀取電路的方塊圖。如圖5所示，b位的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器通過(2b-1)個(gè)比較器來比較模擬輸入信號(hào)源vin與一組參考電壓，以產(chǎn)生b位的數(shù)字輸出信號(hào)，其中快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的所有管線式單元與編碼邏輯電路之間的作動(dòng)應(yīng)可由所述發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員所理解，于此便不贅述。接著請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D6a與圖6b，圖6a為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于重置模式下的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的比較器的電路圖，圖6b為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于比較模式下的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的比較器的電路圖。于圖5中，每個(gè)比較器皆為單端輸出的比較器。圖6a所示的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器則包括再生放大器611a與取樣電容器611b。再生放大器611a具有反向輸入端、非反向輸入端與輸出端，其中再生放大器611a的反向輸入端接地。取樣電容器611b具有第一端與第二端，其中取樣電容器611b的第一端連接于再生放大器611a的非反向輸入端。于本實(shí)施例中，快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可工作于重置模式與比較模式。請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)D6a，于重置模式中，取樣電容器611b的第二端連接于一參考電壓vdac_ref，且取樣電容器611b的第一端接地。當(dāng)再生放大器611a停止工作時(shí)，取樣電容器611b的第一端被預(yù)先充電至參考電壓vdac_ref。請(qǐng)參照?qǐng)D6b，再生放大器611a工作于比較模式，于比較模式中，取樣電容器611b的第二端連接于模擬輸入信號(hào)源vin，且取樣電容器611b的第一端連接回再生放大器611a的非反向輸入端。如此一來，再生放大器611a便可輸出比較結(jié)果。圖6a所示的快閃式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)可以下式表示。

于此式中，vi為模擬輸入信號(hào)源vin，vadc_ref/k為參考電壓，且參數(shù)k為模擬輸入信號(hào)源vin的可變輸入增益。于以下的敘述中，亦將相應(yīng)地以參數(shù)k來描述傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器(transferamplifier；ta)2的增益。參考電壓可由電阻串產(chǎn)生，且通過將電阻切分成小段即可將vdac_ref調(diào)降，如此一來亦可使硅材面積最小化。

請(qǐng)參照?qǐng)D7a與圖7b，圖7a為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于取樣模式下的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖，圖7b為根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所繪示的工作于電荷傳遞模式下的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖。于本實(shí)施例中，倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612可以切換式電容電路來實(shí)現(xiàn)，且倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612可如圖7a所示工作于取樣模式下，也可如圖7b所示工作于電荷傳遞模式下。倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612包括運(yùn)算放大器612a、回饋電容器cf、第一取樣電容器cs1與第二取樣電容器cs2?；仞侂娙萜鱟f的第一端、第一取樣電容器cs1的第一端與第二取樣電容器cs2的第一端連接于運(yùn)算放大器612a的反向輸入端。運(yùn)算放大器612a的非反向輸入端接地。于圖7a所示的取樣模式中，回饋電容器cf的第二端、第一取樣電容器cs1的第二端與第二取樣電容器cs2的第二端連接于模擬輸入信號(hào)源vin。同時(shí)，運(yùn)算放大器612a的輸出端與反向輸入端相連接。于圖7a所示的電荷傳遞模式中，回饋電容器cf的第二端連接于運(yùn)算放大器612a的輸出端。同時(shí)，第一取樣電容器cs1的第二端連接于相應(yīng)于快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)的參考電壓vadc_ref(此參考電壓用以最小化倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的殘值信號(hào))，且第二取樣電容器cs2的第二端接地。第一級(jí)管線式單元61的殘值信號(hào)vres1為由倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的運(yùn)算放大器612a所輸出的數(shù)字輸出信號(hào)。

由于倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612結(jié)合了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器與傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的功能，于說明本實(shí)施例中倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的數(shù)字輸出信號(hào)前，以下敘述將先針對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器與傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器作說明。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D8a與圖8b，圖8a為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于取樣模式下的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器的電路圖，圖8b為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于電荷傳遞模式下的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器的電路圖。轉(zhuǎn)移放大器可工作于兩種模式，即取樣模式與電荷傳遞模式。于取樣模式中，當(dāng)回饋電容器cf完全放電時(shí)，取樣電容器cs將輸入信號(hào)作取樣。接著于電荷傳遞模式中，儲(chǔ)存于取樣電容器cs中的電荷全數(shù)地被轉(zhuǎn)移至回饋電容器cf，此時(shí)輸出信號(hào)可表示為(cs/cf)vi。也就是說，取樣電容器cs的電容值與回饋電容器cf的電容值的比值決定了轉(zhuǎn)移放大器的增益的范圍，此范圍通常為2～4(即，取樣電容器cs的電容值大于回饋電容器cf的電容值)。

請(qǐng)參照?qǐng)D9a與圖9b，圖9a為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于取樣模式下的傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖，圖9b為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所繪示的工作于電荷傳遞模式下的傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路圖。類似于圖8a與圖8b所示的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器，圖9a與圖9b所示的傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器亦工作于兩種模式，即取樣模式與電荷傳遞模式。于取樣模式中，并聯(lián)的電容器ca與cb將輸入信號(hào)vi作取樣。于電荷傳遞模式中，電容器ca使得運(yùn)算放大器翻轉(zhuǎn)并以電容器ca作為回饋電容器，而電容器cb連接于可變式參考電壓vref，其中可變式參考電壓vref的電壓值取決于快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)。

于是，傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)可以下式表示。

由此式中可以理解，傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的快閃式模擬數(shù)字輸出信號(hào)(即，殘值信號(hào))為模擬輸入信號(hào)源vin與(1+cb/ca)的乘積減去可變式參考電壓vref與電容器cb和ca其電容值的比值的乘積的差值。舉例來說，若電容器cb和ca的電容值的比例為3：1，則殘值信號(hào)即為四倍的模擬輸入信號(hào)源vin減去三倍的可變式參考電壓vref的差值。

為了比較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器與本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612，請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D7a、7b與圖8a、8b，且為了比較傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器與本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D7a、7b與圖9a、9b。

本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612中的回饋電容器cf與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器中的回饋電容器cf具有類似的作動(dòng)，且本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612中的第二取樣電容器cs2與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移放大器中的取樣電容器cs亦具有類似的作動(dòng)。另一方面，本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的回饋電容器cf與傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電容器ca具有類似的作動(dòng)，且本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的第一取樣電容器cs1與傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電容器cb具有類似的作動(dòng)。也就是說，相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器與傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的組合，本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612本身即可提供傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移放大器的功能，故本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612可節(jié)省一個(gè)運(yùn)算放大器的設(shè)置成本。

圖7a、7b所示的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的輸出信號(hào)可以下式表示。

于此式中，cf為回饋電容器的電容值，cs1為第一取樣電容器的電容值，cs2為第二取樣電容器的電容值，vi為模擬輸入信號(hào)源的電壓值，vdac_ref為相應(yīng)的參考電壓的電壓值，其中此參考電壓相關(guān)于倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612的輸出信號(hào)。通過使此式中vi與(cf+cs1+cs2)/cf的乘積與前述傳統(tǒng)倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器中(ca+cb)/ca的值和前述傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器2的增益參數(shù)k的乘積相符合，本實(shí)施例的倍增式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器612便可達(dá)到傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器2可轉(zhuǎn)換經(jīng)放大的像素信號(hào)的效果。正如前述，于本實(shí)施例中，管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的第一級(jí)管線式單元61已將傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器2的增益(即，參數(shù)k)納入其運(yùn)作的考慮中，圖2中本實(shí)施例的模擬前端讀取電路便能取代圖1中傳統(tǒng)模擬前端讀取電路。

此外，相較于圖1所示的傳統(tǒng)模擬前端讀取電路，由于管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的第一級(jí)管線式單元61負(fù)載電容較大(即，具有高介電常數(shù)；high-k)，圖2所示的本實(shí)施例的模擬前端讀取電路能夠減少整體電路的工作電流。于圖2所示模擬前端讀取電路中，連接于像素陣列1與管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6之間的緩沖器5的功率消耗少于圖1所示的傳統(tǒng)的模擬前端讀取電路中轉(zhuǎn)移放大器2的功率消耗。換句話說，通過以緩沖器5取代轉(zhuǎn)移放大器2，本實(shí)施例的模擬前端讀取電路即能降低功率消耗。舉例來說，于游戲計(jì)算機(jī)用的鼠標(biāo)的應(yīng)用中，若一個(gè)8位的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以50ms/s的采樣率運(yùn)作，便可降低25％～34％的功率消耗(其中，增益參數(shù)k的范圍是2～4)，且回饋電容器cf的電容值等于圖8a、8b中傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器中的回饋電容器cf的電容值或?yàn)槠涞囊话搿４送?，由于不須設(shè)置傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移放大器，本實(shí)施例的模擬前端讀取電路的所需使用的硅材面積便可減少，相較于圖1中傳統(tǒng)模擬前端讀取電路，本實(shí)施例的模擬前端讀取電路可減少超過10％的硅材面積。

于未來高規(guī)格的游戲計(jì)算機(jī)用的鼠標(biāo)設(shè)計(jì)里，將需要更高的采樣率，于是如何降低模擬前端讀取電路的硅材面積與功率耗費(fèi)更趨重要，使得本實(shí)施例所提供的模擬前端讀取電路更具有優(yōu)勢(shì)。

〔實(shí)施例的可能技術(shù)效果〕

綜上所述，通過第一級(jí)管線式單元的新設(shè)計(jì)可以使得管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有可變輸入增益，且使用具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬前端讀取電路可較佳地取代傳統(tǒng)的模擬前端讀取電路。原因在于，相較于傳統(tǒng)的模擬前端讀取電路，此種使用具可變輸入增益的管線式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬前端讀取電路的架構(gòu)可減少硅材與功率的耗費(fèi)。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，其并非用以局限本發(fā)明的專利范圍。