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专利号: 2020800613517
申请人: 深圳市汇顶科技股份有限公司
专利类型:其他
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2025-12-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于CMOS图像传感器CIS的可编程增益模数转换器系统,所述系统包括:可编程增益放大器PGA,用于从CMOS图像传感器CIS的像素输出接收像素信号,所述像素输出是所述CIS的多个像素输出之一,每个像素输出与多个PGA相关联的PGA之一相耦合,每个PGA具有N个增益设置,N为大于1的整数;以及处理器,与所述PGA耦合,用于:针对所述N个增益设置中的每个增益设置Gn执行各自的重置阶段转换,以获得与所述Gn相关联的各自的基线偏移BOn,将预判值确定为像素信号的函数,所述预判值对应于所述增益设置Gs中所选的一个增益设置,

通过使用所述预判值将所述PGA的增益设置为所述Gs并获得信号偏移SO来转换所述像素信号,以及

针对作为所述SO和所述BOs的函数的像素信号计算数字像素输出,其中所述BOs是对应于Gs的BOn。

2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述处理器用于通过执行数字相关双采样来计算所述数字像素输出,使得所述数字像素输出与所述SO和所述BOs之间的差值相关。

3.根据权利要求1所述的系统,其中,N等于2,使得每个PGA具有高增益设置和低增益设置。

4.根据权利要求1所述的系统,其中:所述PGA包括运算放大器,所述运算放大器具有经由输入电容器网络接收所述像素信号的输入节点,以及经由具有多个反馈电容器的反馈电容器网络通过反馈路径与所述输入节点耦合的输出节点;

所述PGA的增益根据所述输入电容器网络与所述反馈电容器网络的电容比来确定;以及

所述处理器用于通过选择性地将一些或所有所述反馈电容器切换到所述反馈路径中,以调整所述反馈电容器网络的总电容来设置所述PGA的增益。

5.根据权利要求4所述的系统,其中:所述反馈电容器网络包括通过第一开关与所述输入节点耦合,且通过第二开关与所述输出节点耦合的第一反馈电容器,所述第一开关和所述第二开关始终闭合,使得所述第一反馈电容器始终处于所述反馈路径;以及所述反馈电容器网络包括通过第三开关与所述输入节点耦合,且通过第四开关与所述输出节点耦合的第二反馈电容器,所述第三开关和所述第四开关根据所述增益设置进行操作,使得所述第三开关和所述第四开关均根据所述PGA处于所述N增益设置的第一个而关闭,并且所述第三开关和所述第四开关均根据所述PGA处于所述N增益设置的第二个而打开。

6.根据权利要求1所述的系统,还包括:比较器,所述比较器具有与由所述PGA产生的PGA输出信号耦合的第一输入比较器节点,与参考电压耦合的第二输入比较器节点,以及输出比较器节点,当所述PGA输出信号高于所述参考电压时,所述输出比较器节点输出第一比较器值,当所述参考电压高于所述PGA输出信号时,所述输出比较器节点输出第二比较器值;以及计数器,与所述比较器耦合,并且用于对应于当检测到从所述第一比较器值到所述第二比较器值的变化时而停止计数,并且输出计数值。

7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述处理器用于通过以下方式为每个Gn反复地执行各自的重置阶段转换:

根据所述Gn设定所述PGA的增益,所述PGA对应于处于自动归零AZ模式的像素信号而产生所述PGA输出信号;

将所述参考电压从低参考电平斜升到AZ阈值电平,所述低参考电平低于所述PGA输出信号的预判最低电平,而所述AZ阈值电平高于所述PGA输出信号;以及随着斜升的开始触发所述计数器开始计数,使得停止所述计数时的计数值指示对应于Gn的BOn。

8.根据权利要求6所述的系统,还包括:锁存器,所述锁存器具有与所述输出比较器节点耦合的锁存输入以及与PGA增益控制耦合的锁存输出,

其中,所述处理器用于通过以下方式来确定所述预判值:根据高增益设置来设置所述PGA的增益,所述PGA产生所述PGA输出信号,所述PGA输出信号对应于处于传输信号TS模式的所述像素信号;

将所述参考电压设置为TS阈值电平;以及在预判使能时间触发所述锁存器,以将所述输出比较器节点处的值记录为所述预判值,从而所述预判值通过所述PGA增益控制来指导所述PGA的增益设置之一的选择。

9.根据权利要求8所述的系统,其中,根据所述高增益设置,所述TS阈值电平对应于预判阈值电平乘以所述PGA的增益。

10.根据权利要求6所述的系统,其中,所述处理器用于通过以下方式转换所述像素信号:

根据对应于确定所述预判值的所述Gs,设置所述PGA的增益,所述PGA产生所述PGA输出信号,所述PGA输出信号对应于处于传输信号TS模式的所述像素信号;

将所述参考电压从低参考电平斜升到高参考电平,所述低参考电平低于所述PGA输出信号的预判最低电平,而所述高参考电平高于所述PGA输出信号的预判最高电平;以及随着斜升的开始触发所述计数器开始计数,使得停止所述计数时的计数值指示所述SO。

11.根据权利要求10所述的系统,其中:在所有所述N个增益设置中,SO具有0到2^M‑1的满量程范围;

所述增益设置中的第一个与所述满量程范围的第一部分相关联,所述满量程范围的第一部分从0扩展到所述满量程范围的第一中间值;

所述增益设置中的第二个与所述满量程范围的第二部分相关联,所述满量程范围的第二部分从所述满量程范围的第二中间值延伸到2^M‑1,所述第二部分与所述第一部分重叠;

所述计数器的基本计数器分辨率为K位,其中,K=M‑X;以及转换所述像素信号包括:

具有对应于所述增益设置的第一个的Gs,所述计数器用于表示从0到2^K‑1的值,所述第一中间值小于2^K‑1,以及具有对应于所述增益设置的第二个的Gs,所述计数器用于表示从2^X到2^M‑1的值,所述第二中间值大于2^X。

12.一种CMOS图像传感器CIS,包括:一列像素,每个像素包括光电检测器电路,所述光电检测器电路用于记录对应于在曝光窗口期间暴露于一定量的光的像素信号电平,所述阵列具有多个像素行和多个像素列;

多个列并行模数转换器ADC,每个ADC与所述多个像素列中的相应一个耦合,每个ADC包括:

可编程增益放大器PGA,用于从CMOS图像传感器CIS的像素输出接收像素信号,所述像素输出是所述CIS的多个像素输出之一,每个像素输出与多个PGA相关联的PGA之一相耦合,每个PGA具有N个增益设置,N为大于1的整数;以及处理器,与所述PGA耦合,用于:针对所述N个增益设置中的每个增益设置Gn执行各自的重置阶段转换,以获得与所述Gn相关联的各自的基线偏移BOn,将预判值确定为像素信号的函数,所述预判值对应于所述增益设置Gs中所选的一个增益设置,

通过使用所述预判值将所述PGA的增益设置为所述Gs并获得信号偏移SO来转换所述像素信号,以及

针对作为所述SO和所述BOs的函数的像素信号计算数字像素输出,其中所述BOs是对应于Gs的BOn。

13.一种用于从CMOS图像传感器CIS生成数字像素级输出的方法,所述方法包括:在与所述CIS的像素输出耦合的可编程增益放大器PGA处接收像素信号,所述像素输出是所述CIS的多个像素输出之一,每个像素输出与多个PGA相关联的PGA之一相耦合,每个PGA具有N个增益设置,N为大于1的整数;

针对所述N个增益设置中的每个增益设置Gn执行各自的重置阶段转换,以获得与所述Gn相关联的各自的基线偏移BOn;

将预判值确定为像素信号的函数,所述预判值对应于所述增益设置Gs中所选的一个增益设置;

通过使用所述预判值将所述PGA的增益设置为所述Gs并获得信号偏移SO来转换所述像素信号;以及

针对作为所述SO和所述BOs的函数的像素信号计算数字像素输出,其中所述BOs是对应于Gs的BOn。

14.根据权利要求13所述的方法,其中,计算所述数字像素输出包括执行数字相关双采样,使得所述数字像素输出与所述SO和所述BOs之间的差值相关。

15.根据权利要求13所述的方法,其中,N等于2,使得每个PGA具有高增益设置和低增益设置。

16.根据权利要求13所述的方法,其中:执行各自的重置阶段转换,确定所述预判值以及转换所述像素信号是利用比较器和计数器进行的;

所述比较器具有与由所述PGA输出的PGA输出信号耦合的第一输入比较器节点,与参考电压耦合的第二输入比较器节点,以及输出比较器节点,当所述PGA输出信号高于所述参考电压时,所述输出比较器节点输出第一比较器值,当所述参考电压高于所述PGA输出信号时,所述输出比较器节点输出第二比较器值;以及所述计数器,用于对应于当检测到从所述第一比较器值到所述第二比较器值的变化时而停止计数,并且输出计数值。

17.根据权利要求16所述的方法,其中,执行所述相应的重置阶段转换包括,对每个Gn反复地:

根据所述Gn设定所述PGA的增益,所述PGA对应于处于自动归零AZ模式的像素信号而产生所述PGA输出信号;

将所述参考电压从低参考电平斜升到AZ阈值电平,所述低参考电平低于所述PGA输出信号的预判最低电平,而所述AZ阈值电平高于所述PGA输出信号;以及随着斜升的开始触发所述计数器开始计数,使得停止所述计数时的计数值指示对应于Gn的BOn。

18.根据权利要求16所述的方法,其中,确定所述预判值包括:根据高增益设置来设置所述PGA的增益,所述PGA产生所述PGA输出信号,所述PGA输出信号对应于处于传输信号TS模式的所述像素信号;

将所述参考电压设置为TS阈值电平;以及在预判使能时间触发锁存器,以将所述输出比较器节点处的值记录为所述预判值。

19.根据权利要求16所述的方法,其中,所述转换像素信号包括:根据对应于确定所述预判值的所述Gs,设置所述PGA的增益,所述PGA产生所述PGA输出信号,所述PGA输出信号对应于处于传输信号TS模式的所述像素信号;

将所述参考电压从低参考电平斜升到高参考电平,所述低参考电平低于所述PGA输出信号的预判最低电平,而所述高参考电平高于所述PGA输出信号的预判最高电平;以及随着斜升的开始触发所述计数器开始计数,使得停止所述计数时的计数值指示所述SO。

20.根据权利要求19所述的方法,其中:在所有所述N个增益设置中,SO具有0到2^M‑1的满量程范围;

所述增益设置中的第一个与所述满量程范围的第一部分相关联,所述满量程范围的第一部分从0扩展到所述满量程范围的第一中间值;

所述增益设置中的第二个与所述满量程范围的第二部分相关联,所述满量程范围的第二部分从所述满量程范围的第二中间值延伸到2^M‑1,所述第二部分与所述第一部分重叠;

所述计数器的基本计数器分辨率为K位,其中,K=M‑X;以及转换所述像素信号包括:

具有对应于所述增益设置的第一个的Gs,所述计数器用于表示从0到2^K‑1的值,所述第一中间值小于2^K‑1,以及具有对应于所述增益设置的第二个的Gs,所述计数器用于表示从2^X到2^M‑1的值,所述第二中间值大于2^X。