專利名稱：一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及圖像處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于圖像信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及圖像處理系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著CMOS圖像傳感器(CMOS Image Sensor，CIS)像素陣列的規(guī)模越來越大，像 素點(diǎn)的尺寸不斷縮小，像素點(diǎn)的感光區(qū)域也會(huì)變小，傳感器的靈敏度和信噪比都在不斷下 降；傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路難以滿足大像素陣列對(duì)于高精度的要求；因此，基于過采樣模數(shù) 轉(zhuǎn)換技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生了，該過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換電路一個(gè)過采樣周期分成四個(gè)過采樣 時(shí)段，分別為第一過采樣時(shí)段、第二過采樣時(shí)段、第三過采樣時(shí)段、第四過采樣時(shí)段。現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路一般是逐行逐個(gè)分別對(duì)像素點(diǎn)的重置電壓(Reset Level)和 信號(hào)電壓(Signal Level)進(jìn)行雙采樣，再將重置電壓和信號(hào)電壓模擬值差分放大，最后經(jīng) 過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成光亮度值的數(shù)字信號(hào)，不利于CMOS圖像傳感器中模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 輸出信號(hào)精度的提高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出信號(hào)精度不高的技術(shù)問題，提供一種輸 出高精度數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括開關(guān)模塊、開關(guān)電容積分器、量化器、數(shù) 字濾波器、反饋模塊及開關(guān)時(shí)序控制模塊；圖像信號(hào)、反饋模塊與開關(guān)模塊連接；開關(guān)模塊與開關(guān)電容積分器連接；開關(guān)電 容積分器與量化器連接；量化器與數(shù)字濾波器和反饋模塊連接；開關(guān)時(shí)序控制模塊與開關(guān) 模塊和開關(guān)電容積分器連接；參考電壓與開關(guān)電容積分器和量化器連接。本實(shí)用新型的另一目的還在于提供一種采用上述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)的圖像處理 系統(tǒng)，該圖像處理系統(tǒng)包括圖像像素陣列、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組、存儲(chǔ)器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組為η個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，η為圖像像素陣列的列數(shù)；所述圖像像素陣列每列輸出的模擬信號(hào)輸入到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中；η個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)輸入到存儲(chǔ)器中。
0011]本實(shí)用新型的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，分別轉(zhuǎn)換重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(Signal Level)為數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)字模塊部分再進(jìn)行兩數(shù)字信號(hào)的 精確相減得到高精度光信號(hào)，有效地提高了輸出數(shù)字信號(hào)的精度。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的原理圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電路圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的波形圖；[0015]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的圖像處理系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下 結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施 例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的原理圖，如圖1所示，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括開關(guān)模塊14、開 關(guān)電容積分器11、量化器12、數(shù)字濾波器13、反饋模塊15及開關(guān)時(shí)序控制模塊16 ；圖像信 號(hào)、反饋模塊15與開關(guān)模塊14連接；開關(guān)模塊14與開關(guān)電容積分器11連接；開關(guān)電容積 分器11與量化器12連接；量化器12與數(shù)字濾波器13和反饋模塊15連接；開關(guān)時(shí)序控制 模塊16與開關(guān)模塊14和開關(guān)電容積分器11連接；參考電壓與開關(guān)電容積分器11和量化 器12連接。開關(guān)模塊14用于選擇圖像信號(hào)和反饋量化信號(hào)輸出給開關(guān)電容積分器11，開關(guān) 電容積分器11用于對(duì)圖像信號(hào)和反饋量化信號(hào)進(jìn)行采樣和積分，量化器12用于對(duì)積分信 號(hào)進(jìn)行量化，數(shù)字濾波器13用于對(duì)量化信號(hào)進(jìn)行濾波，輸出高精度的數(shù)字信號(hào)，反饋模塊 15用于對(duì)量化信號(hào)進(jìn)行反饋，開關(guān)時(shí)序控制模塊16用于對(duì)開關(guān)模塊14和開關(guān)電容積分器 11中的開關(guān)進(jìn)行時(shí)序控制。如圖2所示，為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電路圖，開關(guān)模塊24包括第一開關(guān)S 1、第二開關(guān) S2。第一開關(guān)Sl輸入端與圖像信號(hào)連接，第二開關(guān)S2輸入端與反饋模塊25連接，第一開關(guān) Sl和第二開關(guān)S2輸出端與開關(guān)電容積分器21連接；第一開關(guān)Si、第二開關(guān)S2的打開和閉 合受開關(guān)時(shí)序控制，第一開關(guān)Sl在第一過采樣時(shí)段、第二過采樣時(shí)段閉合，第二開關(guān)S2在 第三過采樣時(shí)段、第四過采樣時(shí)段閉合。開關(guān)時(shí)序控制開關(guān)的波形如圖3所示，在其工作原 理部分將進(jìn)一步詳細(xì)描述開關(guān)時(shí)序控制電路工作過程。開關(guān)電容積分器21包括第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6、第 七開關(guān)S7、第一電容Cl、第二電容C2和運(yùn)算放大器0P，該運(yùn)算放大器OP具有第一正向輸入 端、第一反向輸入端和第一輸出端。第三開關(guān)S3輸入端連接上述第一開關(guān)Sl和第二開關(guān)S2輸出端；第三開關(guān)S3串 聯(lián)第一電容Cl，第三開關(guān)S3與第一電容Cl之間設(shè)有第一節(jié)點(diǎn)1 ；第一電容Cl串聯(lián)第六開 關(guān)S6，第一電容C1與第六開關(guān)S6之間設(shè)有第二節(jié)點(diǎn)2 ；第六開關(guān)S6與第一正向輸入端連 接；參考電壓與第一反向輸入端連接；第一輸出端與量化器22連接；第四開關(guān)S4連接在第 一節(jié)點(diǎn)1與參考電壓之間；第五開關(guān)S5連接在第二節(jié)點(diǎn)2與參考電壓之間；第二電容C2連 接在運(yùn)算放大器OP的第一正向輸入端與第一輸出端之間；第七開關(guān)S7和第二電容C2并 聯(lián)。第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6、第七開關(guān)S7的打開和閉合 受開關(guān)時(shí)序控制，第七開關(guān)S7在過采樣開始前閉合，使第二電容C2復(fù)位，在過采樣開始時(shí) 斷開；第三開關(guān)S3和第五開關(guān)S5在第一過采樣時(shí)段閉合，對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行采樣，在第三過 采樣時(shí)段閉合，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行采樣；第四開關(guān)S4和第六開關(guān)S6在第二過采樣時(shí)段閉合， 對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行積分，在第四過采樣時(shí)段閉合，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行積分。開關(guān)時(shí)序控制開關(guān)的 波形如圖3所示，在其工作原理部分將進(jìn)一步詳細(xì)描述開關(guān)時(shí)序控制電路工作過程。[0023]量化器22為比較器CMP，具有第二正向輸入端、第二反向輸入端、第二輸出端；第 二正向輸入端與上述第一輸出端連接，第二反向輸入端與參考電壓連接，第二輸出端與數(shù) 字濾波器23和反饋模塊25連接。比較器CMP用于比較積分輸出信號(hào)和參考電壓。反饋模塊25為反向器INV，具有第三輸入端和第三輸出端；第三輸入端與第二輸 出端連接，第三輸出端與第二開關(guān)S2連接。反相器INV用于對(duì)量化信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并 把信號(hào)反饋給第二開關(guān)S2的輸入端，用于確定開關(guān)電容積分器21的積分方向。在量化器22與數(shù)字濾波器23之間還設(shè)有第八開關(guān)S8，第八開關(guān)S8輸入端與量化 器22連接，輸出端和數(shù)字濾波器23連接，第八開關(guān)S8的打開和閉合受開關(guān)時(shí)序控制，第八 開關(guān)S8在整個(gè)過采樣周期內(nèi)一直閉合，開關(guān)時(shí)序控制開關(guān)的波形如圖3所示，在其工作原 理部分將進(jìn)一步詳細(xì)描述開關(guān)時(shí)序控制電路工作過程。上述第一開關(guān)Si、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān) S6、第七開關(guān)S7和第八開關(guān)S8為CMOS模擬開關(guān)，CMOS模擬開關(guān)由PMOS管和NMOS管共同 構(gòu)成，具有低功耗的特點(diǎn)，便于節(jié)省電源。如圖3所示，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路通過時(shí)序信號(hào)對(duì)第一開關(guān)Si、第二開關(guān)S2、第三開關(guān) S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6、第七開關(guān)S7、第八開關(guān)S8進(jìn)行控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路才能不停的對(duì)輸入圖像信號(hào)及參考電壓進(jìn)行過采樣，將CIS像素陣列輸出的圖像信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。上述第一電容Cl、第二電容C2為金屬電容，具有電性能優(yōu)良、可靠性好、耐溫度 高、體積小、容量大和良好的自愈性能。該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路工作過程如下量化器22初始值為正時(shí)，開關(guān)電容積分器21向正 向積分，當(dāng)積分值小于參考電壓時(shí)，得到二進(jìn)制碼0，經(jīng)過反相器INV的一位數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到 量化值還是正，開關(guān)電容積分器21繼續(xù)向正向積分；直到積分值大于參考電壓，得到二進(jìn) 制碼1，經(jīng)過反相器INV的一位模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到的量化值為負(fù)，開關(guān)電容積分器21向負(fù)方向 積分。因此開關(guān)電容積分器21積累了輸入圖像信號(hào)和量化輸出信號(hào)之差，并試圖保持積分 器輸出值在參考電壓附近波動(dòng)，輸出的一系列局部數(shù)字信號(hào)平均值代表了采樣信號(hào)的局部 平均值。過采樣頻率越大，數(shù)字信號(hào)局部平均值越逼近采樣平均值。實(shí)際上單個(gè)像素點(diǎn)輸 出的圖像信號(hào)是相對(duì)穩(wěn)定的，這樣過采樣得到的數(shù)字信號(hào)就能很精確的表示輸入信號(hào)的模 擬值。在過采樣周期內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)像素點(diǎn)的圖像信號(hào)不斷采樣和轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信 號(hào)，像素點(diǎn)的圖像信號(hào)包括重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(SignalLevel)。CIS像素陣列輸出信號(hào)經(jīng)過一個(gè)過采樣周期的采樣轉(zhuǎn)換，就得到了一個(gè)數(shù)字信號(hào)。 真正有用的圖像信號(hào)是重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(Signal Level)之差，這就需 要兩個(gè)過采樣周期的采樣和轉(zhuǎn)換，前一個(gè)過采樣周期將重置電壓(Reset Level)轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號(hào)，后一個(gè)過采樣周期將信號(hào)電壓(Signal Level)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)字模塊實(shí) 現(xiàn)重置電壓(Reset Level)數(shù)字信號(hào)和信號(hào)電壓(Signal Level)數(shù)字信號(hào)相減，得到反應(yīng) 一個(gè)像素單元光強(qiáng)度的數(shù)字信號(hào)。過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)，是經(jīng)過噪聲整形后的數(shù)字信號(hào)，大部分噪 聲被整形至高頻。通過數(shù)字濾波器23濾掉信號(hào)的高頻噪聲，得到高精度數(shù)字信號(hào)。圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的波形圖，包括第一開關(guān)Si、
6第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6、第七開關(guān)S7、第八開關(guān) S8的時(shí)序控制信號(hào)，第三節(jié)點(diǎn)3、第四節(jié)點(diǎn)4輸出電壓波形?，F(xiàn)結(jié)合圖2和圖3詳述模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路的工作原理在過采樣開始前，只有第七開關(guān)S7信號(hào)被置為高電平，第七開關(guān)S7導(dǎo)通使第二電 容C2復(fù)位；其他時(shí)序控制信號(hào)都為低電平，電路不工作。在第一過采樣時(shí)段中，第一開關(guān)Si、第三開關(guān)S3、第五開關(guān)S5的時(shí)序控制信號(hào)被 置為高電平，相對(duì)應(yīng)的第一開關(guān)Si、第三開關(guān)S3、第五開關(guān)S5導(dǎo)通，圖像信號(hào)被采樣到第一 電容Cl中；同時(shí)第八開關(guān)S8的控制信號(hào)也被置為高電平，第八開關(guān)S8導(dǎo)通，準(zhǔn)備輸出數(shù)字 信號(hào)；第二開關(guān)S2、第四開關(guān)S4、第六開關(guān)S6、第七開關(guān)S7的控制信號(hào)被置為低電平，對(duì)應(yīng) 的第二開關(guān)S2、第四開關(guān)S4、第六開關(guān)S6、第七開關(guān)S7斷開。第一過采樣時(shí)段結(jié)束后，第一電容Cl中實(shí)際儲(chǔ)存的電壓值為圖像輸入信號(hào)和參 考電壓之差。整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)圖像像素信號(hào)采樣。接下來進(jìn)入第二過采樣時(shí)段，此時(shí)，第一開關(guān)Si、第二開關(guān)S2、第七開關(guān)S7、第八 開關(guān)S8的控制信號(hào)電平不變，第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6的控制 信號(hào)電平反相，即第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第五開關(guān)S5、第七開關(guān)S7斷開，第一開關(guān)Si、 第四開關(guān)S4、第六開關(guān)S6、第八開關(guān)S8導(dǎo)通，開關(guān)電容積分器21開始積分。該時(shí)段實(shí)現(xiàn)對(duì) 像素點(diǎn)圖像信號(hào)采樣值的積分，積分值和參考電壓通過比較器CMP進(jìn)行比較，輸出量化數(shù) 字信號(hào)通過第八開關(guān)S8傳輸?shù)綌?shù)字濾波器23。同時(shí)數(shù)字信號(hào)控制反相器INV的反饋信號(hào)輸出，確定下一過采樣時(shí)段開關(guān)電容積 分器21的積分方向。接下來進(jìn)入第三過采樣時(shí)段，第七開關(guān)S7、第八開關(guān)S8的控制信號(hào)電平不變，第 一開關(guān)Si、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6的控制信號(hào) 電平反相，即第一開關(guān)Si、第四開關(guān)S4、第六開關(guān)S6、第七開關(guān)S7斷開，第二開關(guān)S2、第三 開關(guān)S3、第五開關(guān)S5、第八開關(guān)S8導(dǎo)通，第一電容Cl對(duì)反饋積分方向的量化積分值進(jìn)行采 樣，為下一過采樣時(shí)段的積分采樣量化值。接下來進(jìn)入第四過采樣時(shí)段，此時(shí)，第一開關(guān)Si、第二開關(guān)S2、第七開關(guān)S7、第八 開關(guān)S8的控制信號(hào)電平保持不變，第三開關(guān)S3、第四開關(guān)S4、第五開關(guān)S5、第六開關(guān)S6的 控制信號(hào)電平反向，即第一開關(guān)Si、第三開關(guān)S3、第五開關(guān)S5、第七開關(guān)S7斷開，第二開關(guān) S2、第四開關(guān)S4、第六開關(guān)S6、第八開關(guān)S8導(dǎo)通，開關(guān)電容積分器21開始積分。該時(shí)段實(shí) 現(xiàn)對(duì)反饋信號(hào)輸入值的積分，積分值和參考電壓通過比較器CMP進(jìn)行比較，輸出數(shù)字信號(hào) 通過第八開關(guān)S8傳輸?shù)綌?shù)字濾波器23。在過采樣時(shí)段的同時(shí)數(shù)字濾波器23對(duì)量化數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，量化數(shù)字信 號(hào)通過第八開關(guān)S8輸出到數(shù)字濾波器23，經(jīng)過低通濾波和抽樣濾波，得到高精度的數(shù)字信號(hào)。圖3中，第三節(jié)點(diǎn)3的信號(hào)是經(jīng)過量化器22量化后的數(shù)字信號(hào)，從頻域角度，第三 節(jié)點(diǎn)3的數(shù)字信號(hào)是經(jīng)過噪聲整形后的信號(hào)，噪聲被整形到高頻部分。第四節(jié)點(diǎn)4是對(duì)第三節(jié)點(diǎn)3的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波后的信號(hào)，數(shù)字濾波器23是一個(gè) 低通抽樣數(shù)字濾波器，第三節(jié)點(diǎn)3的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過濾波后，高頻噪聲被抑制，得到的數(shù)字信 號(hào)為精度很高的數(shù)字信號(hào)。[0044]此后的過采樣時(shí)鐘周期內(nèi)不停重復(fù)第一過采樣時(shí)段至第四過采樣時(shí)段，分別實(shí)現(xiàn) 圖像信號(hào)及量化積分值的采樣積分和比較輸出數(shù)字信號(hào)。經(jīng)過過采樣時(shí)段的高頻工作，得 到的數(shù)字信號(hào)局部平均值是圍繞參考電壓值上下波動(dòng)的，過采樣時(shí)段結(jié)束后，電路停止工 作。經(jīng)過一個(gè)過采樣時(shí)鐘周期，CIS像素陣列完成了一個(gè)像素單元重置電壓(Reset Level)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；再經(jīng)過一個(gè)過采樣時(shí)鐘周期，CIS像素陣列完成了該像素單元信號(hào)電 壓(Signal Level)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；經(jīng)過兩個(gè)過采樣時(shí)鐘周期的轉(zhuǎn)換得到CIS像素陣列一個(gè)像 素點(diǎn)的重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(SignalLevel)的數(shù)字信號(hào)，利用數(shù)字模塊對(duì) 重置電壓(Reset Level)數(shù)字信號(hào)和信號(hào)電壓(Signal Level)數(shù)字信號(hào)相減得到該行的 數(shù)字信號(hào)，后續(xù)經(jīng)過存儲(chǔ)單元的寫操作，可以讀取任意行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，從時(shí)域角度，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路分別轉(zhuǎn) 換模擬的重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(Signal Level)為數(shù)字信號(hào)，再通過數(shù)字濾 波器23的濾波處理，減小了輸出數(shù)字信號(hào)噪聲，再進(jìn)行兩數(shù)字信號(hào)精確相減得到高精度光 信號(hào)，提高了輸出數(shù)字信號(hào)精度。在頻域角度，過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)采用高頻率時(shí)鐘采樣，高頻采樣能把噪聲能量 向高頻擴(kuò)展，減少了低頻部分噪聲能量，同時(shí)通過數(shù)字濾波器23衰減高頻噪聲，限制輸入 信號(hào)帶寬，抑制帶外的雜散信號(hào)和電路噪聲，提高了輸出數(shù)字信號(hào)的精度。另外，本電路中的濾波器為數(shù)字濾波器23，與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器23有 著模擬濾波器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如高精度、高信噪比、高可靠性，最重要的是數(shù)字濾波器23 的面積能隨著工藝和低電源的發(fā)展逐漸減小。上述實(shí)施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要應(yīng)用于圖像處理系統(tǒng)中，如圖4所示，該圖 像處理系統(tǒng)包括圖像像素陣列41、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組42、存儲(chǔ)器43。圖像像素陣列41采集圖像信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組42將圖 像像素陣列輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)器43將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便其他 數(shù)字處理電路對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組42為η個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，η為圖像像素陣列的列數(shù)；上 述圖像像素陣列41中每列輸出的圖像模擬信號(hào)輸入到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中；η個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路輸出的數(shù)字信號(hào)都輸入到存儲(chǔ)器43中進(jìn)行存儲(chǔ)，用于后面的數(shù)字圖像處理及輸出；用 多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)圖像像素陣列41的圖像模擬信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)為列并行模數(shù)轉(zhuǎn)換 技術(shù)。圖像像素陣列每一列使用同一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)過采樣周期內(nèi)對(duì)同行像素單 元進(jìn)行處理，圖像像素陣列逐行輸出圖像像素點(diǎn)信號(hào)。相比傳統(tǒng)的單個(gè)像素點(diǎn)逐個(gè)處理模 式，列并行工作模式下能達(dá)到更快的速度。同一列之間的像素點(diǎn)都使用同一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 有利于減小固定模式噪聲(FPN)。在過采樣周期內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)像素點(diǎn)圖像信號(hào)不斷采樣和轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信 號(hào)，像素圖像信號(hào)包括重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(Signal Level) 0圖像像素陣列41輸出的模擬圖像信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組42的采樣轉(zhuǎn)換，就得 到了一列圖像的數(shù)字信號(hào)。真正有用的圖像信號(hào)是重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓 (Signal Level)之差，這就需要兩個(gè)過采樣周期的采樣和轉(zhuǎn)換，前一個(gè)過采樣周期將重置電壓(Reset Level)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，后一個(gè)過采樣周期將信號(hào)電壓(Signal Level)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)字模塊實(shí)現(xiàn)重置電壓(Reset Level)數(shù)字信號(hào)和信號(hào)電壓(Signal Level)數(shù)字信號(hào)相減，得到反應(yīng)一行像素單元光強(qiáng)度的數(shù)字信號(hào)。過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)，是經(jīng)過噪聲整形后的數(shù)字信號(hào)，大部分噪 聲被整形至高頻；通過數(shù)字濾波器23濾掉信號(hào)的高頻噪聲，得到高精度數(shù)字信號(hào)；通過存 儲(chǔ)器43的存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)任意行光信號(hào)的讀取。該圖像處理系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路基于過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，提高了輸出數(shù)字信號(hào) 精度，像素陣列采用列并行輸出像素信號(hào)，消除了固定模式噪聲(FPN)，降低了圖像噪聲，提 高了模數(shù)轉(zhuǎn)換速度。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括開關(guān)模塊、開關(guān)電容積分器、量化器、數(shù)字濾波器、反饋模塊及開關(guān)時(shí)序控制模塊；圖像信號(hào)、反饋模塊與開關(guān)模塊連接；開關(guān)模塊與開關(guān)電容積分器連接；開關(guān)電容積分器與量化器連接；量化器與數(shù)字濾波器和反饋模塊連接；開關(guān)時(shí)序控制模塊與開關(guān)模塊和開關(guān)電容積分器連接；參考電壓與開關(guān)電容積分器和量化器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路還包括第八開關(guān)；第八開關(guān)輸入端與量化器連接，輸出端和數(shù)字濾波器連接，第八開關(guān)與開關(guān)時(shí)序控制 模塊連接，第八開關(guān)在整個(gè)過采樣周期內(nèi)一直閉合。
3.如權(quán)利要求2所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述第八開關(guān)為CMOS模擬開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于開關(guān)模塊包括第一開關(guān)、第二開關(guān)；第一開關(guān)輸入端與圖像信號(hào)連接，第二開關(guān)輸入端與反饋模塊連接，第一開關(guān)和第二 開關(guān)輸出端與開關(guān)電容積分器連接；第一開關(guān)、第二開關(guān)與開關(guān)時(shí)序控制模塊連接，第一開關(guān)在第一過采樣時(shí)段、第二過采 樣時(shí)段閉合，第二開關(guān)在第三過采樣時(shí)段、第四過采樣時(shí)段閉合。
5.如權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述開關(guān)電容積分器包括第三開 關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)、第七開關(guān)、第一電容、第二電容和運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算 放大器具有第一正向輸入端、第一反向輸入端和第一輸出端；所述第三開關(guān)輸入端連接所述第一開關(guān)和第二開關(guān)輸出端；第三開關(guān)串聯(lián)第一電容， 所述第三開關(guān)與第一電容之間設(shè)有第一節(jié)點(diǎn)；第一電容串聯(lián)第六開關(guān)，所述第一電容與第 六開關(guān)之間設(shè)有第二節(jié)點(diǎn)；第六開關(guān)與第一正向輸入端連接；參考電壓與第一反向輸入端 連接；第一輸出端與量化器連接；第四開關(guān)連接在第一節(jié)點(diǎn)與參考電壓之間；第五開關(guān)連接在第二節(jié)點(diǎn)與參考電壓之間；第二電容連接在運(yùn)算放大器第一正向輸入端與第一輸出端之間；第七開關(guān)和第二電容并聯(lián)；第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)、第七開關(guān)與開關(guān)時(shí)序控制模塊連接；第七 開關(guān)在過采樣開始前閉合；第三開關(guān)和第五開關(guān)在第一過采樣時(shí)段、第三過采樣時(shí)段閉合； 第四開關(guān)和第六開關(guān)在第二過采樣時(shí)段、第四過采樣時(shí)段閉合。
6.如權(quán)利要求5所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開 關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)、第七開關(guān)為CMOS模擬開關(guān)。
7.如權(quán)利要求5所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述量化器為比較器，具有第二正 向輸入端、第二反向輸入端、第二輸出端；第二正向輸入端與所述第一輸出端連接； 第二反向輸入端與參考電壓連接； 第二輸出端與數(shù)字濾波器和反饋模塊連接。
8.如權(quán)利要求7所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述反饋模塊為反向器，具有第三 輸入端和第三輸出端；第三輸入端與第二輸出端連接，第三輸出端與第二開關(guān)連接。
9. 一種采用權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)的圖像處理系統(tǒng)，其特征 在于所述圖像處理系統(tǒng)包括圖像像素陣列、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組、存儲(chǔ)器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組為η個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，η為圖像像素陣列的列數(shù)； 所述圖像像素陣列每列輸出的模擬信號(hào)輸入到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中； η個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)輸入到存儲(chǔ)器中。
專利摘要一種模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及圖像處理系統(tǒng)，電路包括開關(guān)模塊、開關(guān)電容積分器、量化器、數(shù)字濾波器、反饋模塊及開關(guān)時(shí)序控制模塊；圖像信號(hào)、反饋模塊與開關(guān)模塊連接；開關(guān)模塊與開關(guān)電容積分器連接；開關(guān)電容積分器與量化器連接；量化器與數(shù)字濾波器和反饋模塊連接；開關(guān)時(shí)序控制模塊與開關(guān)模塊和開關(guān)電容積分器連接；參考電壓與開關(guān)電容積分器和量化器連接。還包括利用上述電路實(shí)現(xiàn)的圖像處理系統(tǒng)。該電路采用過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)分別轉(zhuǎn)換像素點(diǎn)的重置電壓(Reset Level)和信號(hào)電壓(Signal Level)為數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)字模塊部分進(jìn)行兩數(shù)字信號(hào)相減得到高精度數(shù)字信號(hào)，解決現(xiàn)有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出信號(hào)精度不高的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)H04N5/335GK201639647SQ20092026026
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者付璟軍, 盧國(guó)云, 沈曄, 羅春華, 胡文閣 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司