淺談圖像傳感器中的SS ADC

時間：2021-11-11 14:10:43

關鍵字： ADC 圖像傳感器傳感器中

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]???本文主要介紹手機用圖像傳感器中的SS-ADC技術（single-slope?analog-to-digitalconverter，單斜率模數轉換器）。?ADC基本功能介紹ADC的作用顧名思義--將模擬信號轉換為數字信號。對圖像傳感器而言，入射光子在photo?diode中發(fā)...

本文主要介紹手機用圖像傳感器中的SS-ADC技術（single-slope analog-to-digital converter，單斜率模數轉換器）。

ADC基本功能介紹

ADC的作用顧名思義--將模擬信號轉換為數字信號。

對圖像傳感器而言，入射光子在photo diode中發(fā)生光電轉換,成為模擬電信號，模擬信號再經ADC轉換為數字信號輸出。

圖1是cmos image sensor(以下簡稱CIS)的基本架構圖。Pixel array產生的模擬信號串行通過ADC轉換為數字信號輸出。并且每一列pixel都會共享一個ADC。

圖1column parallel ADC CIS 基本架構

從實現方法而言,ADC有多種類型:逐次逼近型、積分型、壓頻變換型、∑-Δ型ADC,等。

SS-ADC（single slope ADC）屬于逐次逼近型，由于其結構簡單、占用面積小、功耗低的特點被廣泛使用在CIS中。

SS-ADC工作原理

SS-ADC的基本結構如圖2所示，包括數模轉換器（D-to-A Rampgenerator）、比較器、digital counter、存儲器RAM。

圖2 SS-ADC基本結構

Digital counter的輸出信號傳送給ramp generator，ramp的值會隨著counter的增加而單調增大；ramp的輸出連接到比較器的'＋'輸入端。Pixel的輸出信號與ramp的電壓不斷進行比較，當pixel信號值和ramp的輸出信號相等時，比較器被觸發(fā)轉換到輸出狀態(tài)。這樣，pixel的模擬信號就被表征為digital counter的數字信號，數值被鎖存在n-bit RAM中，如圖3所示。

因為所有列的AD轉換都需要在一個ADC周期內完成，RAMP值會繼續(xù)增加，直到counter達到最大值‘11...11’,一整排的column模擬信號全部被轉換為數字信號，鎖存在RAM 1到RAM k中，等待讀出電路將數值讀出。

SS-ADC缺點和解決方案

SS-ADC最大缺點是速度慢，特別是bit位寬增加時。Digital counter必須從最小值遍歷到最大值，當bit位寬增加時，轉換時間會隨之增加。比如ADC clockf=100MHz,8bit時需要轉換時間為0.256us，10bit時1.02us, 12bit時為8.2us。

Multi-slope ADC和Mulit-ramp ADC在一定程度上可以改善速度問題。

Multi-slope ADC

如上所述SS-ADC的轉換速度是由ramp的速度決定的，從最小遍歷到最大（10bit為例，從0到1023）。當ADC的采樣分辨率高，ADC精度變高，但是速度會變慢?？梢钥紤]犧牲一部分噪聲特性來提高ADC的速度。

亮光時，CIS主要是shot noise占主導，SNR約等于信號的平方根。因此在亮光環(huán)境，ADC的量化噪聲可以適當放松，可以考慮適當RAMP的step（減小采樣分辨率），量化噪聲增大。

暗光時，CIS的噪聲主要是來自read noise，暗光時，為了減小量化噪聲對畫質影響，維持ADC的高采樣分辨率，量化噪聲小。

利用multi-slope ADC，可以維持一定SNR的基礎上加快ADC速度。

Multi-Ramp ADC

Multi-Ramp SS-ADC的原理類似于二分法。例如先用最高2位（4段）選擇信號在下面4個的哪個區(qū)間00…0 ~ 01…0，01…0 ~ 10…0, 10…0 ~ 11…0, 11…0 ~ 11…1。然后在每個區(qū)間內再進行高采樣轉換。通過這樣的方法，轉換時間減小為原來的1/4。

Multi-Ramp ADC這種方法也有缺陷。4個ramp會有不同的offset；并且對于不同的區(qū)間，offset帶來的影響不一樣。

總結：SS-ADC因其電路簡單、面積小、功耗低被廣泛應用于商用cmos圖像傳感器中，它的工作原理限制了其轉換速度、精度與分辨率。

本站聲明：本文章由作者或相關機構授權發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點，本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者，如若文章內容侵犯您的權益，請及時聯(lián)系本站刪除。

換一批

阿維塔、賽力斯已入股！華為引望可能成“中國博世”

9月2日消息，不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司，隨著阿維塔和賽力斯的入局，華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字：阿維塔塞力斯華為

[美通社全球TMT]

Trianz與AWS達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，徹底改變云采用和管理方式

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布，該公司與Amazon Web Services （AWS）簽訂了...

關鍵字： AWS AN BSP 數字化

[美通社全球TMT]

人工智能驅動工具SODA V將顛覆汽車市場，使汽車開發(fā)時間和成本降低90%

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產品SODA V，這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具，可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字：汽車人工智能智能驅動 BSP

[美通社全球TMT]

從容應對未知風險----解密亞馬遜云科技的韌性之道

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行，同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險，如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加，頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性，提升韌性，成...

關鍵字：亞馬遜解密控制平面 BSP

[通信先鋒]

中國游戲市場開始復蘇！騰訊、網易等巨頭縮減在日本投資

8月30日消息，據媒體報道，騰訊和網易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字：騰訊編碼器 CPU

[通信先鋒]

獨立自主！華為董事：致力打造不依賴西方的技術

8月28日消息，今天上午，2024中國國際大數據產業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行，華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字：華為 12nm EDA 半導體

[通信先鋒]

華為張平安：數字世界話語權最終由生態(tài)繁榮決定！

8月28日消息，在2024中國國際大數據產業(yè)博覽會上，華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱，數字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字：華為 12nm 手機衛(wèi)星通信

[美通社全球TMT]

中國通信服務公布2024年中期業(yè)績

要點：有效應對環(huán)境變化，經營業(yè)績穩(wěn)中有升落實提質增效舉措，毛利潤率延續(xù)升勢戰(zhàn)略布局成效顯著，戰(zhàn)新業(yè)務引領增長以科技創(chuàng)新為引領，提升企業(yè)核心競爭力堅持高質量發(fā)展策略，塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字：通信 BSP 電信運營商數字經濟

[美通社全球TMT]

NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟成立！自主生態(tài)將帶動產業(yè)鏈高速發(fā)展

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日，由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。活動現場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字： VI 傳輸協(xié)議音頻 BSP

[美通社全球TMT]