本發(fā)明涉及模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：
圖像傳感器在日常生活和科技軍事中都有廣泛的應(yīng)用，例如預(yù)警、消防、遙感、夜視等。隨著科技的迅速發(fā)展，高速高清攝像的需求越來越迫切。除了提高圖傳感器傳感單元本身的性能，傳感器的信號處理電路也至關(guān)重要。由于模擬信號魯棒性差，易受干擾，因此盡早的將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，可以增加信號的可靠性。同時，片上數(shù)字化是增加信號處理能力的基礎(chǔ)，從整體而言降低了系統(tǒng)的成本。因此，片上的模數(shù)轉(zhuǎn)化已成為現(xiàn)今的發(fā)展趨勢。傳感器陣列的輸出信號不同于普通的連續(xù)信號，每一個像素點的輸出信號被采樣保持，可視為直流信號，需要被精確的轉(zhuǎn)換，且不同的像素的信號之間存在階躍變化。在對精度要求較高，速度要求不苛刻的需求下，增量型的sigma-deltaADC適合這種情況的模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示，輸入信號首先經(jīng)過一個積分器，并將積分結(jié)果送入一位量化器即比較器，通過比較器的輸出結(jié)果控制反饋信號。當積分器輸出小于參考電壓VREF時，反饋信號為0，積分器每個時鐘周期累加一次輸入信號；當積分器的輸出超過參考電壓VREF時，反饋信號為VREF，積分器將在下一周期額外減去一個參考電壓。在2n個時鐘周期中重復(fù)這樣的過程，容易計算，假設(shè)在轉(zhuǎn)換過程中共出現(xiàn)m次反饋信號-VREF，有:(1)VIN×2n-VREF×m＝VRESIDUEVRESIDUE是轉(zhuǎn)換結(jié)束時的殘差，VRESIDUE/VREF是一個小于1的值，因此我們可以將其忽略，m即為模擬量對應(yīng)的n-bit數(shù)字值，通過一個計數(shù)器來記錄m的數(shù)值。圖像傳感器相對于其他類型的傳感器而言，具有特殊的冗余性。通常的處理方法是先將圖像所有的像素點依次進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，再通過編程對數(shù)字量進行壓縮處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提出一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括：差分器，用于將輸入電壓與反饋電壓相減，其中，所述輸入電壓為當前像素點與參考像素點輸出電壓的差值；積分器，用于對所述輸入電壓與反饋電壓的差值在每個周期內(nèi)進行累加；第一比較器，用于當所述積分器輸出大于第一閾值電壓時，反饋所述第一閾值的電壓；第二比較器，用于將預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后所述積分器輸出的電壓值與所述第二閾值進行比較；以及控制器，用于當所述預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后所述積分器輸出的電壓值小于所述第二閾值時，跳過余下的轉(zhuǎn)換過程，直接進行下一個像素點的轉(zhuǎn)換，同時參考像素點保持不變，以及當完成一次完整的轉(zhuǎn)換過程之后，將所述當前像素作為參考像素對下一個像素進行處理。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一閾值大于所述第二閾值。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一比較器比較所述積分器輸出值小于所述第一閾值時，反饋電壓為0。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二比較器比較所述預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后所述積分器輸出的電壓值小于所述第二閾值時，跳過余下的轉(zhuǎn)換過程，直接進行下一個像素點的轉(zhuǎn)換，并保持參考像素點不變。當所述預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后所述積分器輸出的電壓值大于所述第二閾值時，轉(zhuǎn)換繼續(xù)進行直至結(jié)束，同時將所述當前像素作為參考像素對下一個像素進行處理。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二閾值的取值范圍為5mV-10mV。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一比較器為一位量化器。根據(jù)本發(fā)明實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過預(yù)定周期的累加結(jié)果與第一閾值進行比較，進而減少了累加與比較次數(shù)提高了數(shù)據(jù)處理效率。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。附圖說明本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框架圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的像素轉(zhuǎn)換流程圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果時序圖；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。具體實施方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框架圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括差分器100、積分器200、第一比較器300、第二比較器400和控制器500。差分器100用于將輸入電壓與反饋電壓相減，其中，輸入電壓為當前像素點與參考像素點輸出電壓的差值。具體地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收所要轉(zhuǎn)換的像素序列，并得到當前像素點與參考像素點輸出的電壓之差。積分器200用于對輸入電壓與反饋電壓的差值在每個周期內(nèi)進行累加。具體而言，積分器200對輸入電壓與反饋電壓的差值不斷累加，例如，轉(zhuǎn)換后的輸入電壓為A，則每個周期內(nèi)進行一次累加，當?shù)贙個周期時，如果未出現(xiàn)積分器輸出超出第一閾值的情況，累加結(jié)果的輸入電壓為KA，相當于放大了K倍。如果該累加電壓超過第一閾值之后再下降。考慮一個較小的差分輸入電壓，在第k個時鐘周期時，輸入被累加了k次，相當于放大了k倍。在第k個時鐘周期時，將積分器200所累加結(jié)果的輸出電壓與設(shè)定的閾值電壓存在如下關(guān)系。若不考慮比較器的直流失調(diào)，則累加結(jié)果的電壓＝差值電壓×k。第一比較器300用于當積分器輸出大于第一閾值電壓時，反饋第一閾值的電壓。在本發(fā)明的一個實施例中，如果預(yù)定周期的累加結(jié)果大于第一閾值時，反饋第一閾值的電壓，即將從累加結(jié)果中減去該反饋電壓，并在每個周期繼續(xù)對輸入電壓與反饋電壓的差值進行累加，再通過第一比較器300進行比較。第一閾值的取值通常與該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換量程一致。該第一比較器可以為一位量化器。第二比較器400用于將預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后積分器輸出的電壓值與第二閾值進行比較。第二閾值的取值范圍為5mV-10mV,其具體取值與量化階梯和指定哪一個周期進行比較，以及比較器的精度有關(guān)。第二閾值遠小于第一閾值。在本法發(fā)明的一個實施例中，第二比較器比較預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后積分器輸出的電壓值小于第二閾值時，跳過余下的轉(zhuǎn)換過程，直接進行下一個像素點的轉(zhuǎn)換，并保持參考像素點不變，當預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后積分器輸出的電壓值大于第二閾值時，轉(zhuǎn)換繼續(xù)進行直至結(jié)束，同時將當前像素作為參考像素對下一個像素進行處理。控制器500用于當預(yù)定周期轉(zhuǎn)換后積分器輸出的電壓值小于第二閾值時，產(chǎn)生一個復(fù) 位脈沖，跳過余下的轉(zhuǎn)換過程，直接進行下一個像素點的轉(zhuǎn)換，同時參考像素點保持不變。以及，在一個完整的轉(zhuǎn)換過程完成之后，將當前像素作為參考像素對下一個像素進行處理。在本發(fā)明的一個實施例中，當比較器的輸出信號小于第二閾值時，控制器將下一個像素點接入差分器的正輸入端，并通過復(fù)位時鐘信號將電路復(fù)位進行下一個像素的處理。累加周期的次數(shù)k的具體數(shù)值由模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化階梯的大小和比較器所能達到的精度共同決定。例如，對于轉(zhuǎn)換滿量程為4V的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其量化階梯為4/2nV,當所采用的比較器直流失調(diào)在1mV的量級時，考慮將差分輸入放大至0.01V時進行比較，如前，在進行比較的第k個周期，k×4/2n＝0.01，k/2n＝0.0025，即加入比較后的冗余點轉(zhuǎn)換時間是原來完整轉(zhuǎn)換時間的0.0025，極大的提高了轉(zhuǎn)換速度。圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的像素轉(zhuǎn)換流程圖。如圖3所示，對于改進后的結(jié)構(gòu)，積分器200的正輸入端首先接第二個像素，負輸入端接參考像素點(第一次進行轉(zhuǎn)換時參考像素為第一個像素，忽略噪聲等因素的影響，該像素點的輸出應(yīng)為零)。此后正輸入端依次接入待轉(zhuǎn)換的像素，如果該像素符合冗余特性，即兩個像素的差值的預(yù)定周期的累加結(jié)果小于第一閾值，則跳過余下的轉(zhuǎn)換，并且負輸入端接入的電壓不變，即參考像素點不變。如果像素不符合冗余特性，在完整的轉(zhuǎn)換過程結(jié)束之后，將轉(zhuǎn)換完畢的像素點接入負輸入端作為下次轉(zhuǎn)換的參考像素點。這種處理流程除了可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換速度的提高，由于陣列上位置靠近的像素點，電路溫度、應(yīng)力變化等因素帶來的噪聲也相近，通過全差分電路的處理可以在一定程度上抵消噪聲的影響。根據(jù)本發(fā)明實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過預(yù)定周期的累加結(jié)果與第一閾值進行比較，進而減少了累加與比較次數(shù)提高了數(shù)據(jù)處理效率。為了證明本發(fā)明的優(yōu)越性進行了如下比較。本發(fā)明可將冗余像素點的轉(zhuǎn)換時間大大減少。對于一個共有N個像素點的傳感器陣列，假設(shè)圖像陣列中有a％的像素點滿足空間冗余的特征，當采用本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器時，可以將總的轉(zhuǎn)換時間減少為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器的[2n×(1-a％)+k×a％]/2n倍，其中，k與2n的關(guān)系如前文。對于全陣列均無冗余點的最壞情況，每個像素點都要經(jīng)歷完整的轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換時間與為改善前沒有變化，仍為2n×N，可見此方法在任何情況下都不會帶來負面的影響。并且只需要兩個額外的高精度比較器和一些簡單的邏輯控制電路，對面積和功耗的增加可以忽略不計。下面舉例說明轉(zhuǎn)換過程，假設(shè)當前有五個像素點A—E，輸出電壓分別為5mV/5.05mV/5.08mV/5.15mV/5.2mV，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化階梯為0.1mV，正負輸入端依次接入的像素點如表1所示。轉(zhuǎn)換周期12345正輸入端ABCDE負輸入端參考像素AAAD表1圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果時序圖。如圖4所示，可以看出通過在轉(zhuǎn)換過程中利用增加的比較器進行一次比較，可以明顯的縮短全部轉(zhuǎn)換的時間。另外，當轉(zhuǎn)換被跳過時，負輸入端所接的作為參考的像素不變，否則，由于相鄰像素之間的差值均小于0.1mV，會得出E＝A的錯誤結(jié)果。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。