HK1197115B - 自適應多轉換斜坡模/數轉換器 - Google Patents

Description

自适应多转换斜坡模/数转换器

技术领域

本发明大体来说涉及斜坡模/数转换器，且特定来说(而非排他性地)涉及在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的读出电路中所使用的那些斜坡模/数转换器。

背景技术

图像传感器是普遍存在的。其广泛用于数码静态相机、数码摄像机、蜂窝式电话、安全摄像机、医疗装置、汽车及其它应用中。

许多图像传感器具有受若干个因素限制的图像质量。此因素的一个实例为时间噪声。举例来说，时间噪声(包含各种读出噪声及量化噪声)可显著限制图像传感器应用的图像质量。可实施各种方法来减少噪声。用于减少时间噪声的一个实例为放大衬底上的物理装置面积。然而，在许多图像传感器中，在给定布局及大小约束的情况下，此通常并不可行。

用于减少图像传感器中的时间噪声的另一方法是借助具有噪声整形的过取样模/数转换器(ADC)，例如借助∑-Δ ADC。在又一方法中，借助积分器(例如，模拟多取样)或在ADC之后(例如，数字多取样)对具有固定数目个样本的像素输出的多个样本取平均值。然而，常规多取样通常伴随有额外电路成本且多个模/数转换固有地变得比仅取样一次的ADC慢。

发明内容

本申请所要解决的一个技术问题是如何在给定速率下获得更好的信噪比(SNR)和更高的ADC分辨率或者在更快速率下获得与传统ADC相等的SNR。

在一实施例中，本申请提供了一种用于产生数字信号的至少一个位的自适应模/数转换器ADC，所述自适应ADC包括：经修改斜坡信号产生器，其经耦合以接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；比较器，其经耦合以将模拟输入与所述经修改斜坡信号进行比较；及控制电路，其经耦合以控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟输入被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟输入的量值，其中针对所述斜坡信号的每一周期所述经修改斜坡信号包含M数目个完整周期。在此实施例中，斜坡ADC转换小信号所用时间少于转换较大信号所用时间。先前转换一完成，所提出的ADC就开始新的转换。对于给定的总时间，转换(采样)次数与信号幅度成反比。经减少的量化噪声等于更高的ADC分辨率，例如，10位斜坡ADC可充当12位ADC，同时仅花费四分之一的转换时间。

在另一实施例中，本申请提供了一种用于产生数字图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；及读出电路，其耦合到所述位线以从所述至少一个像素读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含用于产生所述数字图像数据的至少一个位的至少一个自适应模/数转换器ADC，所述自适应ADC包含：经修改斜坡信号产生器，其经耦合以接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；比较器，其经耦合以将模拟输入与所述经修改斜坡信号进行比较；及控制电路，其经耦合以控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟输入被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟输入的量值，其中针对所述斜坡信号的每一周期所述经修改斜坡信号包含M数目个完整周期。在此实施例中，针对每一像素所进行的采样的数目自适应于其信号电平。小信号被采样更多次，其中小信号意味着较暗的图像而大信号则意味着较亮的图像。因此，总的读取和量化噪声得以降低。

在又一实施例中，本申请提供了一种借助自适应模/数转换器ADC将模拟图像数据转换成数字图像数据的方法，所述方法包括：接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；在所述自适应ADC的比较器的输入处接收模拟图像数据，其中所述比较器经耦合以将所述模拟图像数据与所述经修改斜坡信号进行比较；及控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟图像数据被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟图像数据的量值，其中产生所述经修改斜坡信号包括将所述经修改斜坡信号产生为针对所述斜坡信号的每一周期包含M数目个完整周期。为了降低噪声，每一像素输出被多次转换，且转换的次数自适应于输入信号的幅度，其中小信号被转换较多次而大信号则被转换较少次。

附图说明

可通过参考以下描述及用于图解说明实施例的附图来理解本发明。在图式中：

图1是图解说明根据本发明的实施例具有多个自适应ADC的图像传感器的框图。

图2是图解说明根据本发明的实施例的实例性自适应ADC的框图。

图3是图解说明根据本发明的实施例利用全局计数器的实例性自适应ADC的框图。

图4是图解说明根据本发明的实施例的实例性自适应ADC的框图。

图5A及5B是图解说明图4的自适应ADC的各种波形的时序图。

图6是图解说明根据本发明的实施例使用自适应ADC的实例性模/数转换过程的流程图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述众多特定细节，例如特定读出电路、电压斜坡信号、校准电路操作次序等。然而，应理解，可在没有这些特定细节的情况下实践实施例。在其它例子中，为了不使对本描述的理解模糊，未详细展示众所周知的电路、结构及技术。

图1是图解说明根据本发明的实施例具有多个自适应ADC 118的图像传感器100的框图。图像传感器100包含像素阵列110、控制电路120、读出电路130及任选数字处理逻辑150。为使图解说明简明起见，像素阵列110的所图解说明实施例仅展示各自具有四个像素单元114的两个列112。然而，应了解，实际图像传感器通常包含从数百到数千个列，且每一列通常包含从数百到数千个像素。此外，所图解说明的像素阵列110为规则形状的(例如，每一列112具有相同数目个像素)，但在其它实施例中，所述阵列可具有不同于所展示布置的规则或不规则的布置且可包含比所展示布置多或少的像素、行及列。此外，在不同实施例中，像素阵列110可为包含经设计以在光谱的可见部分中捕获图像的红色、绿色及蓝色像素(或其它色彩型式)的彩色图像传感器或可为黑白图像传感器及/或经设计以在光谱的不可见部分(例如红外或紫外)中捕获图像的图像传感器。在一个实施例中，图像传感器100为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

在使用期间，在像素单元114已获取其图像数据或电荷之后，可经由列读出线或位线116将模拟图像数据(例如，模拟信号)或电荷从所述像素单元读出到读出电路130。经由位线116一次一个像素地将来自每一列112的像素单元114的模拟图像数据读出到读出电路130且接着将其转移到自适应ADC 118。

在一个实施例中，使用相关双取样(“CDS”)来实施逐行读出。在从像素阵列110中的一行像素读出图像数据之前，对选定行中的每一像素进行复位。复位可包含将浮动扩散区充电或放电到预定电压电位，例如VDD。

CDS需要每个像素向读出电路130提供两个读出：复位读取及图像信号读取。复位读取经执行以测量不具有图像电荷的浮动扩散区处的电压电位。图像信号读取经执行以在将图像电荷转移到浮动扩散区之后测量具有图像电荷的浮动扩散区处的电压电位。从图像信号读取测量值减去复位读取测量值，会产生减小的噪声值，所述噪声值指示浮动扩散区处的图像电荷。在一个实施例中，CDS为模拟CDS，其中从图像信号读取减去复位测量值是在模/数转换之前在模拟域中进行的。在另一实施例中，CDS为数字的，其中经由自适应ADC118转换复位读取测量值及图像信号读取测量值中的每一者并将其存储于存储器中。接着，可在数字域中进行两个值的减法以得出数字图像数据。

自适应ADC 118为多转换斜坡ADC，其中多次转换从像素输出的每一模拟图像数据。然而，如上所述，ADC 118为自适应的。因此，针对每一像素所进行的转换的数目取决于其信号电平。在一个实施例中，较暗信号比较亮信号更多次地被转换。通常，随着信号电平增加，散粒噪声逐渐变为信号的支配噪声分量。多个转换可能并不减少散粒噪声，因为其在所有转换中为相关的。因此，在大信号电平下，多取样的益处缩减。因此，本发明的实施例按模拟图像数据的量值来调适转换的数目。

在斜坡ADC中，小信号通常比大信号更快地完成其转换。因此，在斜坡信号的同一周期期间，一旦针对先前转换确定了输出，自适应ADC 118便开始新的转换。如果信号电平小于斜坡信号的全摆幅的一半，那么将完成一个以上转换。信号越小，信号将被自适应ADC118转换的次数就越多。如果最后的转换由斜坡信号周期的结束中断，那么丢弃所述转换。接着取多个转换的平均值且将其作为数字图像数据输出。

ADC 118的实施例可包含减少的量化噪声，此使得ADC 118就像其为较高分辨率的常规斜坡ADC一样而运行。举例来说，本文中所论述的实施例的10位斜坡ADC可充当常规12位斜坡ADC，同时仅花费四分之一的转换时间。针对低信号电平，ADC 118甚至可比常规12位斜坡ADC更好地运行，因为读出噪声也得以减少。然而，针对高信号电平，SNR可仅在一定程度上增加，因为散粒噪声在这些电平下处于支配地位。在所图解说明的实施例中，自适应ADC 118用于图像传感器100中。然而，在其它实施例中，自适应ADC 118可用于其它半导体电路中。

图2是图解说明根据本发明的实施例的实例性自适应ADC 200的框图。将自适应ADC 200的所图解说明实例展示为包含输入级202、经修改斜坡信号产生器204、比较器206、控制电路208、转换计数器210、求和计数器212及存储器214。ADC 200为图1的ADC 118的一个可能实施方案。

如图2中所展示，输入级202经耦合以接收模拟输入，在一个实例中，所述模拟输入可为来自CMOS图像传感器的列位线的模拟图像数据。一旦接收，输入级202便将模拟信号提供到比较器206的输入。在一个实施例中，输入级202将模拟信号的瞬时改变耦合到比较器206的反相输入。

图2进一步图解说明经耦合以接收斜坡信号V_RAMP且响应于斜坡信号V_RAMP而产生经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的经修改斜坡信号产生器204。在一个实施例中，斜坡信号V_RAMP为提供到数个自适应ADC(例如图1的自适应ADC 118中的每一者)的全局斜坡信号。如从图1的实施例可见，经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}可具有比斜坡信号V_RAMP的周期T₁短的周期T_{MOD_RAMP}，使得针对斜坡信号V_RAMP的每一个循环存在经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的多个循环。经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的每一完整循环(即，一个周期)可表示模拟输入的一个转换。也就是说，模拟输入可被转换M数目次，其中M为针对斜坡信号V_RAMP的单个周期T₁经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的完整周期T_{MOD_RAMP}的数目。在一个实施例中，如下文将更详细地论述，数目M取决于模拟输入的量值。举例来说，针对较低量值的模拟输入M可较大，使得所述较低量值的模拟输入比较高量值的模拟输入被转换更多次。

在所图解说明实施例中，比较器206经耦合以将模拟输入与经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}进行比较。在操作中，比较器输出COMP OUT将响应于经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的量值达到模拟输入的量值而改变状态。控制电路208经耦合以响应于比较器输出COMP OUT而控制经修改斜坡信号产生器204，使得模拟输入被转换M数目次。举例来说，图2图解说明控制电路208响应于比较器输出COMP OUT而产生经修改斜坡控制信号，其中经修改斜坡信号产生器204经配置以响应于所述控制信号而产生经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}。如下文将更详细地论述，经修改斜坡信号产生器204可包含用以产生经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的电容器与开关布置。举例来说，控制电路208可控制所述开关以将斜坡信号V_RAMP选择性且电容性地耦合到比较器，其中比较器输出COMP OUT指示经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的量值何时已达到模拟输入的量值。模拟输入的量值越小，针对斜坡信号V_RAMP的每一周期T₁经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的完整周期T_{MOD_RAMP}就越多。

图2中进一步图解说明转换计数器210及求和计数器212。转换计数器210经耦合以计数针对斜坡信号的每一周期T₁比较器输出COMP OUT指示经修改斜坡信号的量值已达到模拟输入的量值的M数目次。举例来说，比较器输出COMP OUT可耦合到转换计数器210的时钟输入，使得转换计数器210计数比较器输出COMP OUT的每一脉冲。在图2中未展示的一个实施例中，在斜坡信号V_RAMP的每一周期T₁对转换计数器210进行复位。

求和计数器212经耦合以在经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的每一周期T_{MOD_RAMP}期间在比较器输出COMP OUT指示经修改斜坡信号的量值小于模拟输入的量值时被启用。当比较器输出COMP OUT指示经修改斜坡信号的量值已达到模拟输入的量值时，求和计数器212被停用。

当被启用时，求和计数器212计数时钟信号的循环，使得求和计数器的计数表示模拟输入的量值。针对斜坡信号V_RAMP的每一周期T₁仅对求和计数器212进行复位一次，使得其保持所有M数目个样本的运行总计。

进一步将自适应ADC 200展示为包含存储器214。存储器214耦合到转换计数器210及求和计数器212。存储器214的输出耦合到数字处理逻辑150。在一个实施例中，数字处理逻辑150包括算术运算符218。算术运算符218可执行除法运算以将经由存储器214对求和计数器212的运行总计数除以由转换计数器210、也经由存储器214计数的M个转换的数目。算术运算符218可接着产生表示在斜坡信号V_RAMP的周期T₁内模拟信号的量值的平均值的数字输出。在图像传感器的列并行ADC架构中，可同时将来自所有列的计数器内容传送到存储器；接着可在ADC执行下一转换时逐列读出所述存储器。

图3是图解说明根据本发明的实施例利用全局计数器302的实例性自适应ADC 300的框图。自适应ADC 300是图1的自适应ADC 118的一个可能的实施方案。自适应ADC 300在配置及操作上类似于图2的自适应ADC 200。然而，图2的自适应ADC 200包含在自适应ADC200局部的求和计数器212。代替使用局部求和计数器212，自适应ADC 300可利用全局计数器302。在一个实施例中，全局计数为提供到数个自适应ADC(例如图1的自适应ADC 118中的每一者)的全局信号。因此，在操作中，可在经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的每一周期T_{MOD_RAMP}的开始及结束将全局计数器302的计数写入到转换逻辑216以便确定所述相应转换的数字值。转换逻辑216可包括存储器块及算术运算符。所述存储器块存储每一所存储转换的数字值，而所述算术运算符可对由所述算术运算符指示的所取的M数目个样本求和并进行除法运算以产生数字输出的平均转换值。在所述存储器块与算术运算符之间可存在双向数据路径。

在此实施例中，针对每一自适应ADC 300需要一个算术运算符，而在图2的自适应ADC 200中，多个自适应ADC可共享一个算术运算符218。

图4是图解说明根据本发明的实施例的实例性自适应ADC 400的框图。自适应ADC400为图2的自适应ADC 200的一个可能的实施方案。也就是说，自适应ADC 400包含实施为电容器C0的输入级、具有自动归零开关AZ的比较器402、实施为电容器C1、C2及开关SW1的经修改斜坡信号产生器、控制电路404、转换计数器406、求和计数器408、存储器410及存储器412。图5A及5B是图解说明图4的自适应ADC的各种波形的时序图。图6是图解说明使用自适应ADC 400的实例性模/数转换过程600的流程图。现在将参考图4到6来描述自适应ADC 400的操作。

首先，在过程框605中，在电容器C0处接收模拟输入，电容器C0接着将所述模拟输入提供到比较器402的反相输入。此外，在时间t0，在过程框610中，在电容器C1及C2处接收斜坡信号V_RAMP。在比较器402的输出最初为低的情况下，控制电路404断开开关SW1以通过电容器C1及C2将斜坡信号V_RAMP耦合到比较器402以产生经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}(即，过程框615)。在斜坡信号V_RAMP通过电容器C1及C2耦合到比较器402的情况下，节点401处的电压(即，经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP})开始上升。

接下来，在过程框620中，比较器402将模拟图像数据与所产生的经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}进行比较。在比较器402的输出最初为低(即，经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的量值小于模拟输入的量值)的情况下，将启用求和计数器408。因此，在时间t0，求和计数器408将开始计数时钟信号U_CLOCK的时钟循环。接下来，在时间t1，经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的量值已达到模拟输入的量值。因此，比较器402的输出改变状态(例如，逻辑高)。在比较器402的输出为高的情况下，接着发生数个事件：第一，转换计数器406经时控使得其计数被递增1；第二，控制电路404将启用输入发送到求和计数器408，该启用输入被解除断言从而暂停求和计数器408上的计数；第三，控制电路404闭合开关SW1以解耦斜坡信号V_RAMP；及第四，控制电路404用信号发送存储器412的写入输入以存储求和计数器408的当前计数502。

在一个实施例中，控制电路404包含用于响应于比较器输出信号COMPOUT而产生所图解说明控制信号中的一者或一者以上的延迟电路(未展示)。此外，关于此实施例，图5B图解说明当包含延迟电路时比较器输出信号COMPOUT及经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}以及由控制电路404产生的额外控制信号的一部分的展开图。将图5B的时序图图解说明为在时间t1开始，此与图5A中比较器输出COMPOUT在时间t1改变为逻辑高相对应。图5B的时序图进一步延伸直到时间t1C，此与经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的下一周期在时间t1C开始相对应。如图5B中所展示，在时间t1，比较器402的输出将状态改变为逻辑高，此开始至少三个延迟。第一延迟是从时间t1到时间t1A且为与响应于比较器输出信号COMPOUT改变状态而停用求和计数器406及闭合开关SW1相关联的延迟。第二延迟是从时间t1到时间t1B且经提供以允许求和计数器406在断言将求和计数器406的内容写入到存储器412的写入命令之前有时间来稳定。第三延迟是从时间t1到时间t1C且将防止在比较器输出COMPOUT的稳定之前启用求和计数器412及断开开关SW1(经由局部斜坡控制信号)。

借助于开关SW1解耦斜坡信号反映经修改斜坡信号V_{MOD_RAMP}的第一完整周期T2的结束。在斜坡信号V_RAMP在时间t1A解耦的情况下，如图5B中所展示，在延迟之后，比较器402的输出恢复到其低状态，借此断开开关SW1以耦合电容器C1及C2且启用求和计数器408以重新开始其计数。过程600在决策框630处自身进行重复，直到斜坡信号已达到其最大值(即，到达周期T1的结束)。然而，在时间t2(即，斜坡信号周期T1的结束)，经修改斜坡信号VMOD_RAMP尚未达到模拟输入的值。因此，不使转换计数器406递增且忽视求和计数器408上的当前计数。接着将转换计数器406上的计数存储于存储器410中。算术运算符414接着将存储于存储器412中的值502除以存储于存储器410中的计数以得出数字数据的平均值。在斜坡信号周期T1在时间t2结束时，全局复位信号(例如复位信号405)对转换计数器406及求和计数器408两者进行复位以使自适应ADC 400为下一转换做好准备。上文所描述的实施例从时间t0到时间t2图解说明大信号取样，其中所进行的完整转换的M数目等于1，使得平均值为值502除以1。

图5A中所图解说明的实施例从时间t2到时间t4图解说明小信号取样，其中在单个斜坡信号周期T1期间多次转换模拟输入。特定来说，小信号模拟输入被转换六次使得求和计数器408具有值504，且转换计数器上的计数为6。因此，在时间t4，算术运算符414将平均数字数据值计算为值504除以6。如从此实施例可见，小信号电平(即，低量值的模拟输入)比大信号电平被转换更多次。在一个实施例中，转换的数目M随着模拟输入的量值减小而增加。

本文中所揭示的图像传感器可包含于数码静态相机、数码摄像机、相机电话、可视电话、视频电话、摄录像机、网络相机、计算机系统中的摄像机、安全摄像机、医疗成像装置、光学鼠标、玩具、游戏机、扫描仪、汽车图像传感器或其它类型的电子图像及/或视频获取装置中。取决于实施方案，电子图像及/或视频获取装置还可包含其它组件，例如，用以发射光的光源、以光学方式耦合以将光聚焦于像素阵列上的一个或一个以上透镜、以光学方式耦合以允许光穿过一个或一个以上透镜的快门、用以处理图像数据的处理器及用以存储图像数据的存储器，此处仅举几个实例。

在描述及权利要求书中，可使用术语“经耦合”及“经连接”连同其派生词。应理解，这些术语并非打算作为彼此的同义词。而是，在特定实施例中，“经连接”可用于指示两个或两个以上元件彼此直接物理或电接触。“经耦合”可意指两个或两个以上元件直接物理或电接触。然而，“经耦合”也可意指两个或两个以上元件并不彼此直接接触，但仍彼此协作或相互作用。举例来说，校准电路可经由介入开关与列ADC电路耦合。

在上文描述中，出于解释的目的，已阐述众多特定细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，可在没有这些特定细节中的一些细节的情况下实践一个或一个以上其它实施例。提供所描述的特定实施例并非为了限制本发明而是为了对其进行图解说明。本发明的范围将不由上文所提供的特定实例确定而仅由所附权利要求书确定。在其它例子中，已以框图形式或未详细展示众所周知的电路、结构、装置及操作以避免使对描述的理解模糊。

所属领域的技术人员还将了解，可对本文中所揭示的实施例(例如，对实施例的组件的配置、功能及操作方式以及使用)做出修改。在图式中图解说明且在说明书中描述的关系的所有等效关系涵盖在实施例内。此外，在认为适当之处，已在图当中重复参考编号或参考编号的末端部分以指示对应或类似元件，所述对应或类似元件任选地可具有类似特性。

已描述各种操作及方法。虽然已在流程图中以基本形式描述所述方法中的一些方法，但可任选地将操作添加到所述方法及/或从所述方法移除。另外，虽然流程图展示根据实例性实施例的操作的特定次序，但应理解，所述特定次序为示范性的。替代实施例可任选地以不同次序执行操作、组合某些操作、重叠某些操作等。可对所述方法做出许多修改及改动且本发明涵盖所述修改及改动。

一个或一个以上实施例包含制造物件(例如，计算机程序产品)，所述制造物件包含机器可存取及/或机器可读媒体。所述媒体可包含提供(举例来说，存储)呈可由机器存取及/或读取的形式的信息的机制。所述机器可存取及/或机器可读媒体可提供或其上存储有一个或一个以上指令及/或数据结构或者指令及/或数据结构序列，如果由机器执行，那么所述一个或一个以上指令及/或数据结构或者所述指令及/或数据结构序列致使或导致机器执行及/或致使机器执行本文中所揭示的图中所展示的操作或方法或技术中的一者或一者以上或一部分。

在一个实施例中，机器可读媒体可包含有形非暂时机器可读存储媒体。举例来说，有形非暂时机器可读存储媒体可包含软盘、光学存储媒体、光盘、CD-ROM、磁盘、磁光盘、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除且可编程ROM(EPROM)、电可擦除且可编程ROM(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、快闪存储器、相变存储器或其组合。有形媒体可包含一个或一个以上固体或有形物理材料，例如，半导体材料、相变材料、磁性材料等。

适合机器的实例包含但不限于：数码相机、数码摄像机、蜂窝式电话、计算机系统、具有像素阵列的其它电子装置及能够捕获图像的其它电子装置。此些电子装置通常包含与一个或一个以上其它组件(例如一个或一个以上存储装置(非暂时机器可读存储媒体))耦合的一个或一个以上处理器。因此，给定电子装置的存储装置可存储用于在所述电子装置的一个或一个以上处理器上执行的代码及/或数据。或者，一实施例的一个或一个以上部分可使用软件、固件及/或硬件的不同组合来实施。

还应了解，在此说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”或“一个或一个以上实施例”的提及(举例来说)意指特定特征可包含于本发明的实践中(例如，在至少一个实施例中)。类似地，应了解，出于简化本发明及帮助理解各种发明性方面的目的，在描述中有时将各种特征一起聚集于单个实施例、图或其描述中。然而，本发明的此方法不应被解释为反映本发明要求比每一权利要求中所明确陈述的特征更多的特征的意图。而是，如所附权利要求书反映：发明性方面可在于少于单个所揭示实施例的所有特征。因此，具体实施方式所附的权利要求书特此明确地并入到此具体实施方式中，其中每一权利要求独立地作为单独实施例。

Claims (16)

1.一种用于产生数字信号的至少一个位的自适应模/数转换器ADC，所述自适应模/数转换器ADC包括：

经修改斜坡信号产生器，其经耦合以接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；

比较器，其经耦合以将模拟输入与所述经修改斜坡信号进行比较；及

控制电路，其经耦合以控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟输入被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟输入的量值，其中针对所述斜坡信号的每一周期所述经修改斜坡信号包含M数目个完整周期，且其中所述经修改斜坡信号具有恒定的电压-时间斜率。

2.根据权利要求1所述的自适应模/数转换器ADC，其中针对较低量值的模拟输入所述数目M较大，使得所述较低量值的模拟输入比较高量值的模拟输入被转换更多次。

3.根据权利要求1所述的自适应模/数转换器ADC，其中所述经修改斜坡信号产生器包括：

电容器，其用以将所述斜坡信号电容性地耦合到所述比较器的输入；及

开关，其经耦合以响应于所述控制电路而控制所述电容器的充电及放电。

4.根据权利要求3所述的自适应模/数转换器ADC，其中所述控制电路使得所述开关能够响应于所述比较器的输出指示所述经修改斜坡信号的量值已达到所述模拟输入的所述量值而使所述电容器放电。

5.根据权利要求4所述的自适应模/数转换器ADC，其进一步包括第一计数器，所述第一计数器耦合到所述比较器以对针对所述斜坡信号的每一周期所述比较器的所述输出指示所述经修改斜坡信号的所述量值已达到所述模拟输入的所述量值的所述M数目次进行计数。

6.根据权利要求5所述的自适应模/数转换器ADC，其进一步包括第二计数器，所述第二计数器耦合到所述控制电路以在所述经修改斜坡信号的每一周期在所述比较器的所述输出指示所述经修改斜坡信号的所述量值小于所述模拟输入的所述量值时被启用，其中当被启用时，所述第二计数器对时钟信号的循环进行计数使得所述第二计数器的计数表示所述模拟输入的所述量值。

7.根据权利要求6所述的自适应模/数转换器ADC，其进一步包括算术运算符，所述算术运算符经耦合以将所述第二计数器的所述计数除以所述第一计数器的所述计数以产生表示在所述斜坡信号的所述周期内模拟信号的所述量值的平均值的数字输出。

8.一种用于产生数字图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：

像素阵列，其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元；

位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；及

读出电路，其耦合到所述位线以从所述至少一个像素读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含用于产生所述数字图像数据的至少一个位的至少一个自适应模/数转换器ADC，所述自适应模/数转换器ADC包含：

经修改斜坡信号产生器，其经耦合以接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；

比较器，其经耦合以将模拟输入与所述经修改斜坡信号进行比较；及

控制电路，其经耦合以控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟输入被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟输入的量值，其中针对所述斜坡信号的每一周期所述经修改斜坡信号包含M数目个完整周期，且其中所述经修改斜坡信号具有恒定的电压-时间斜率。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中针对较低量值的模拟图像数据所述数目M较大，使得所述较低量值的模拟图像数据比较高量值的模拟图像数据被转换更多次。

10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述经修改斜坡信号产生器包括：

电容器，其用以将所述斜坡信号电容性地耦合到所述比较器的输入；及

开关，其经耦合以响应于所述控制电路而控制所述电容器的充电及放电。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述控制电路使得所述开关能够响应于所述比较器的输出指示所述经修改斜坡信号的量值已达到所述模拟图像数据的所述量值而使所述电容器放电。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述自适应模/数转换器ADC进一步包括第一计数器，所述第一计数器耦合到所述比较器以对针对所述斜坡信号的每一周期所述比较器的所述输出指示所述经修改斜坡信号的所述量值已达到所述模拟图像数据的所述量值的所述M数目次进行计数。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述自适应模/数转换器ADC进一步包括第二计数器，所述第二计数器经耦合以在所述经修改斜坡信号的每一周期在所述比较器的所述输出指示所述经修改斜坡信号的所述量值小于所述模拟图像数据的所述量值时被启用，其中当被启用时，所述第二计数器对时钟信号的循环进行计数使得所述第二计数器的计数表示所述模拟图像数据的所述量值。

14.根据权利要求13所述的图像传感器，其进一步包括算术运算符，所述算术运算符经耦合以将所述第二计数器的所述计数除以所述第一计数器的所述计数以产生表示在所述斜坡信号的所述周期内所述模拟图像数据的所述量值的平均值的所述数字图像数据。

15.一种借助自适应模/数转换器ADC将模拟图像数据转换成数字图像数据的方法，所述方法包括：

接收斜坡信号并响应于所述斜坡信号而产生经修改斜坡信号；

在所述自适应模/数转换器ADC的比较器的输入处接收模拟图像数据，其中所述比较器经耦合以将所述模拟图像数据与所述经修改斜坡信号进行比较；及

控制所述经修改斜坡信号产生器，使得针对所述斜坡信号的每一周期所述模拟图像数据被转换可变的M数目次，其中所述数目M取决于所述模拟图像数据的量值，其中产生所述经修改斜坡信号包括将所述经修改斜坡信号产生为针对所述斜坡信号的每一周期包含M数目个完整周期，且其中所述经修改斜坡信号具有恒定的电压-时间斜率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中针对较低量值的模拟图像数据所述数目M较大，使得所述较低量值的模拟图像数据比较高量值的模拟图像数据被转换更多次。