模拟数字的转换方法及其相关模拟数字转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟数字转换的方法及其模拟数字转换器，尤其涉及一种利用多重参考电压以及单一斜波产生器实现两阶式模拟数字的转换方法及其模拟数字转换器。
【背景技术】
[0002]图像感应器演变成速度越来越快，且能更精确地捕捉各种实物(例如，可见光，红外线，...)的图像。例如，以1M画素以上捕捉每秒120张图的手持相机已经成为日常生活商品。同样地，极快速(每秒10，000张图)以及超准确的科学感应器以用来发展生命科学、机器人、建筑等。为了市场的需求，不断改善这些影像，需要从系统的设计和技术创新着手。例如，提高速度和感应器质量，多个整合电路互相堆栈，以实现的简洁影像器。此外，新的读出架构开发，以实现更高的读取速度。然而，这需要模拟数字转换器(analog-to-digitalconverters, ADC)的设计创新,减少面积和功耗，同时提高速度和分辨率。
[0003]随着集成电路制程技术的进步，模拟数字转换器输出的一数字信号的位数越来越高。也就是说，数字信号代表的量值与输入的模拟信号越来越接近。当然，数字信号的位数提高亦表示模拟数字转换器的电路复杂度上升、布局面积增加与噪声抵抗需求提高。下述的专利文件教导模拟数字转换器及其相关的方法。
[0004]美国专利号US20120025062公开一种混合式模拟数字转换器、一影像感应器以及用来提供多个数字码的方法。然而，实现所述专利需要大量的电容必须利用较大的像素感应器。因此，难以实现小体积的影像感应器。
[0005]IEEE 文件 “Multiple-Ramp Column-ParalIel ADC Architectures for COMSImage Sensor”公开一种影像器，其具有平行处理模拟数字，并根据根据一多重斜波单一斜率模拟数字转换器。其缺点在于需要多组斜波产生器，导致耗电问题。
[0006]欧洲专利号EP1351490公开一种改善读取电路的影像感应器。以及美国专利号US6670904公开一种用于互补式金属氧化物半导体的双斜波模拟数字转换器。然而，上述专利的实现方式仅局限于一线性法(Linear search)。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的主要目的即在于公开一种模拟数字的转换方法，以达到减省电源消耗以及缩短转换时间。
[0008]本发明公开一种模拟数字的转换方法。所述转换方法包含有通过所述模拟信号对一电容充电，以取样所述模拟信号的电压；在所述电容的电压等于所述模拟信号的电压时，耦接所述电容以及多个参考电压至一比较器，以比较所述电容的电压与所述多个参考电压并产生一第一比较结果；在所述第一比较结果的状态改变时，耦接所述电容至一斜波产生器，以比较所述斜波产生器的一斜波信号与所述多个参考电压的一第一参考电压以及所述电容的电压间的一压差并产生一第二比较结果；在所述第二比较结果的状态改变时，取得所述斜波信号的一第一电压值；以及根据所述第一参考电压以及所述斜波信号的所述第一电压值，取得所述模拟信号的所述数字码。
[0009]本发明还公开一种模拟数字转换器。所述模拟数字转换器包含有复数平行处理列、一参考电压产生器以及一斜波产生器。所述复数平行处理列用来同时输入多个模拟信号。其中，每一平行处理列包含有一电容、一第一开关、一第二开关以及一比较器。所述电容用来根据所述多个模拟信号的一模拟信号取样所述模拟信号的电压。所述第一开关耦接于所述电容的一第一端，用来控制所述电容的耦接关系。所述第二开关耦接于所述电容的一第二端，用来控制所述电容的耦接关系。所述比较器具有一第一输入端耦接于所述参考电压产生器、一第二输入端I禹接于所述每一第二开关以及一输出端用来产生一第一比较结果以及一第二比较结果。所述参考电压产生器用来产生多个参考电压。所述斜波产生器耦接于所述第一开关，用来产生一斜波信号。
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例一模拟数字转换器的示意图。
[0011]图2为本发明图1的模拟数字转换器10的一时序图。
[0012]图3为本发明实施例另一模拟数字转换器的示意图。
[0013]图4为本发明实施例一流程的示意图。
[0014]其中，附图标记说明如下:
[0015]10,30模拟数字转换器
[0016]100参考电压产生器
[0017]120斜波产生器
[0018]130计数器
[0019]140电容
[0020]160比较器
[0021]180逻辑记忆单元
[0022]40流程
[0023]400、402、404、406、408、410、412 步骤
[0024]S1、S2开关
[0025]V、V’电压
[0026]T_V+、T_V-输入端
[0027]Rmp斜波信号
[0028]P、Q、N数字码
[0029]Vinp_l、Vinp_2、...、Vinp_n模拟信号
[0030]Colmn_l、Colmn_2、…、Colmn_n平行处理列
[0031]rv_l> rv_2> …、rv_n、rv_p、rv_p_l 参考电压
【具体实施方式】
[0032]请参考图1，图1为本发明实施例一模拟数字转换器10的示意图。模拟数字转换器10可平行处理模拟信号Vinp_l、Vinp_2、…、Vinp_n。模拟数字转换器10包含有平行处理列Colmn_l、Colmn_2、…、Colmn_n、一参考电压产生器100、一斜波产生器120以及一计数器130。参考电压产生器100用来产生参考电压rv_l、rv_2、....、rv_n，以对模拟信号Vinp_l、Vinp_2、...、Vinp_n 执行一粗部比较(coarse convers1n)。平行处理列 Colmn_l、Colmn_2、…、Colmn_n,用来同时输入模拟信号Vinp_l、Vinp_2、…、Vinp_n,并平行输出相对应的数字码。平行处理列Colmn_l、Colmn_2、…、Colmn_n的每一平行处理列包含有一电容140、开关SI以及S2、一比较器160以及一逻辑记忆单元180。电容140用来取样模拟信号Vinp_l、Vinp_2、…、Vinp_n的一模拟信号的电压。开关SI f禹接于电容140的一第一端，用来控制电容140的耦接关系。开关S2耦接于电容140的一第二端，用来控制电容140的率禹接关系。比较器160具有一第一输入端T_V-稱接于参考电压产生器100、一第二输入端丁—乂+耦接于开关S2以及一输出端用来产生比较结果cmpr_l以及比较结果cmpr_2。斜波产生器120,稱接于开关SI,用来产生一斜波信号Rmp,以对所述模拟信号执行一细部转换(fine convers1n)。
[0033]为了方便说明，仅以平行处理列colmn_l为例。当开关SI为“I”且开关S2为“I”时，电容140的一端耦接至模拟信号Vinp_l，电容140的另一端接地，模拟信号Vinp_l对电容140进行充电。当开关SI为“I”且开关S2为“O”时，电容140耦接至比较器160的第二输入端T_V+，而比较器160的第一输入端T_V-耦接至参考电压产生器100。此时，电容140的电压被充到模拟信号Vinp_l的电压，比较器160开始比较电容140的电压(SP，模拟信号Vinp_l的电压)以及参考电压rv_l、rv_2、....、rv_n,并产生比较结果cmpr_l。比较器140可采用一二分法(Binary search)或一线性法(Linear search)比较电容140的电压与参考电压rv_l、rv_2、….、rv_n。若采用二分法时,逻辑记忆单元180还包含有一循序渐进缓存器(Successive Approximate Register, SAR)。较佳地，参考电压 rv_l、rv_2、....、rv_n可以二进制的方式由小到大递增。若电容140的电压较参考电压大时，比较结果cmpr_l为“I”。若电容140的电压较参考电压小时，比较结果cmpr_l为“O”。一参考电压rv_p与电容140的电压进行比较时，使得比较结果的状态改变(从“O”到“I”)。其代表，电容140的电压(即，模拟信号Vinp_l的电压)介于一参考电压rv_p_l与参考电压rv_p之间。由于参考电压rv_p-l可由一数字码P表示，模拟数字转换器10取得粗部转换的数字码(即，较高有效位(More Significant Bit，MSB))。而比较器160的第一输入端T_V-耦接至参考电压rv_p-l，以进一步执行细部转换。
[0034]当执行细部转换时，开关SI切换至“O”且开关S2切换至“O”。此时，电容140耦接至比较器160的第二输入端T_V+以及斜波产生器120，且比较器160的第一输入端T_V-耦接至参考电压rv_p-l。比较器160开始比较第一输入端T_V-的电压(B卩，参考电压rv_p_l)以及第二输入端T_V+的电压(B卩，电容140的电压加上斜波信号Rmp)。换句话说，比较器160比较斜波信号Rmp与参考电压rv_p-l与电容140的电压间的一压差V，并产生比较结果cmpr_2。较佳地，斜波信号Rmp具有一负斜率或一正斜率。计数器130耦接于斜波产生器120，用来在斜波信号Rmp每递减/递增(取决于负斜率或正斜率)一阶时随之递增一位。当斜波信号Rmp递减/递增至电压值V’(略小于参考电压rv_p-l与电容140的电压间的压差V)时，比较结果cmpr_2的状态改变。举例来说，电容的电压为0.35伏特，而参考电压rv_p-l为0.30伏特。比较器160比较参考电压rv_p-l (0.30伏特)与电容140的电压(0.35伏特)以及斜波信号Rmp的加总。由于斜波信号Rmp具有负斜率，其使得比较器160的