用于图像传感器的非线性斜坡信号产生方法及电路、芯片与流程

本发明涉及图像传感器领域，具体地涉及一种用于图像传感器的非线性斜坡信号产生方法及电路，还涉及一种芯片。

背景技术：

1、cmos图像传感器中，随着像素单元阵列规模的不断扩大，传统的芯片级模数转换器存在速度慢、面积、功耗消耗比较大等问题，已经不能满足高帧率高像素低消耗的要求。所以高帧率高像素低功耗的图像传感器采用列级的模数转换器，其中(single slopeanalog to digital converter,ssadc)具有只需小的面积和功耗就能实现高精度的特点，被广泛应用在高像素高帧率高像素低消耗的图像传感器中。在ssadc中，需要一个斜坡(ramp)信号作为比较器的参考电平，它的精度直接影响到ssadc的输出精度。

2、斜坡信号发生器是将一个阶跃输入信号变成缓慢上升或下降的输出信号，并可通过内置电位计进行调节。在常规cmos图像传感器中，单斜坡模数转换器在综合考虑功耗、面积、以及速度的情况下，可以得到预期的折中效果，因此作为常规的图像传感器的模数转换器。单斜坡模数转换器的精度主要取决于其中斜坡的精度。电流舵型数模转换器因其自身结构更适用于高速高精度特性而被广泛地应用于高速高精度的斜坡信号产生电路中。

3、目前图像传感器对图像质量要求越来越高，对模数转换器的精度需求也越来越高。现有的电流舵型斜坡信号产生电路随着斜坡的精度提高，其时间也成倍地增加，每增加1比特精度，斜坡时间就需要增加一倍，这大大降低了图像传感器的速度，即帧率。

4、为获得高精度的模数转换器，且不降低图像传感器的速度，非线性斜坡是一种有效的方案。现有的非线性斜坡产生方案通常使用电流舵型斜坡发生器，在低比特时每次开启的电流源尺寸较小，对应高精度；在高比特时，每次开启的电流源尺寸随着比特数的升高越来越大，对应着精度越来越低。这种方案的非线性斜坡发生器，设计方案复杂，功耗较高。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种用于图像传感器的非线性斜坡信号产生方法及电路、芯片，可以简单有效地产生非线性斜坡信号，进而获得高精度的模数转换信号，并且不会降低图像传感器的速度。

2、一方面，本发明实施例提供一种用于图像传感器的非线性斜坡信号产生方法，所述方法包括：

3、在工作时由电流输出模块输出电流；

4、控制所述电流输出模块第一输入端施加的第一偏置电压发生变化，并控制所述电流输出模块第二输入端施加的第二偏置电压保持恒定，使所述电流增加或减小，以产生非线性斜坡信号。

5、可选地，所述控制所述电流输出模块第一输入端施加的第一偏置电压发生变化包括：向所述第一输入端输出线性或非线性斜坡信号。

6、可选地，所述方法还包括：利用积分器产生所述线性或非线性斜坡信号。

7、可选地，所述电流输出模块包括：电流源阵列和开关单元阵列；所述电流源阵列包括多路并联的电流源单元，所述开关单元阵列包括与所述电流源阵列中各电流源单元一一对应的开关单元；

8、所述控制所述电流输出模块第一输入端施加的第一偏置电压发生变化包括：

9、在开始工作时对第一电源采样并保持，以便为所述第一偏置电压提供初始值；

10、在工作过程中，依次闭合所述开关单元，使所述电流输出模块第一输入端施加的第一偏置电压发生变化。

11、可选地，所述方法还包括：使所述电流流经负载，产生非线性斜坡信号。

12、另一方面，本发明实施例还提供一种用于图像传感器的非线性斜坡信号产生电路，所述电路包括：电流输出模块、以及与所述电流输出模块连接的电压供应模块；所述电流输出模块包括第一输入端和第二输入端；所述电压供应模块包括具有第一输出端的第一电压模块和具有第二输出端的第二电压模块；所述第一输出端和所述第一输入端耦接；所述第二输出端和所述第二输入端耦接；

13、在所述电路工作过程中，所述第一输入端施加的第一偏置电压发生变化，所述第二输入端施加的第二偏置电压保持恒定，所述电流输出模块输出的电流增加或减小，以产生非线性斜坡信号。

14、可选地，所述第一电压模块包括：控制单元和第一电容；所述控制单元的第一端连接第一电源、第二端连接所述第一输入端；所述第一电容连接工作电源和所述第一输入端。

15、可选地，所述控制单元为积分器，所述积分器用于输出线性或非线性斜坡信号。

16、可选地，所述电流输出模块包括串联连接的第一传输管和第二传输管。

17、可选地，所述控制单元为工作开关，所述工作开关用于在所述电路开始工作时对第一电源采样。

18、可选地，所述电流输出模块包括：电流源阵列和开关单元阵列；所述电流源阵列包括多路并联的电流源单元，所述开关单元阵列包括与所述电流源阵列中各电流源单元一一对应的开关单元；

19、所述电路工作时，所述开关单元依次闭合，使所述电流输出模块输出的电流增加或减小。

20、可选地，所述开关单元包括开关管。

21、可选地，所述开关管为mos管，所述mos管的栅极配置为输入开关控制信号。

22、可选地，所述mos管为pmos管或nmos管。

23、可选地，所述电流源单元包括串联连接的第一传输管和第二传输管、以及与所述第一传输管控制端和输出端连接的电压调节电容。

24、可选地，所述电压调节电容为所述第一传输管的寄生电容。

25、可选地，所述第一传输管和所述第二传输管为mos管。

26、可选地，所述电路还包括：开关控制模块，用于输出所述开关控制信号。

27、可选地，所述多路并联的电流源单元的尺寸依次增大或减小。

28、可选地，所述电路还包括：与所述电流输出模块连接的负载模块。

29、另一方面，本发明实施例还提供一种芯片，所述芯片包括上面所述的用于图像传感器的非线性斜坡信号产生电路。

30、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

31、本发明实施例提供的用于图像传感器的非线性斜坡信号产生方法及电路、芯片，在工作时由电流输出模块输出电流；控制所述电流输出模块第一输入端施加的第一偏置电压发生变化，并控制所述电流输出模块第二输入端施加的第二偏置电压保持恒定，使所述电流增加或减小，从而可以简单有效地产生非线性斜坡信号。

32、进一步地，第一偏置电压的变化可以有多种控制方式，使得实现上更灵活多样。

33、进一步地，本发明实施例提供的用于图像传感器的非线性斜坡信号产生电路，可以在传统的电流舵型线性斜坡发生器电流源阵列的基础上，无需增加额外的电路设计，只需将开关单元阵列设计为单开关结构，即可使得为各路电流源单元提供的第一偏置电压发生动态变化，从而产生非线性斜坡信号。本发明方案不仅电路实现简单，而且控制方便。

34、进一步地，通过将电流源阵列中各电流源单元的尺寸逐渐增大的设计，使得在开关单元阵列依次导通的过程中，产生的非线性斜坡的斜率发生变化，而且，根据实际应用需要，可灵活调整各斜坡的斜率，满足不同应用需求。

35、进一步地，本发明实施例提供的用于图像传感器的非线性斜坡信号产生电路，还可以仅用一个电流源代替电流源阵列，由积分器为该电流源提供动态变化的第一偏置电压，而且也无需开关单元，而是将负载直接与该电流源的输出端连接，从而进一步简化了电路结构。