二级放大电路、比较电路、读出电路及图像传感器电路的制作方法

1.本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种二级放大电路、比较电路、读出电路及图像传感器电路。


背景技术：

2.传统cmos图像传感器(cmos image sensor，cis)结构中，列级adc比较器的第二级复位管的漏电会导致adc比较器输出翻转发生偏移，使最终adc转换数据发生变化。
3.每一列adc比较器的第二级复位管由于加工工艺的不一致，其尺寸、阈值电压的微弱偏差会使漏电也存在偏差，该偏差将导致不同列adc比较器输出数据的偏差，从而导致在图像上形成视觉可见的暗条纹。
4.因此，有必要提供一种新型的二级放大电路、比较电路、读出电路及图像传感器电路以解决现有技术中存在的上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种二级放大电路、比较电路、读出电路及图像传感器电路，以降低漏电流对电路的影响。
6.为实现上述目的，本发明的所述二级放大电路，包括：
7.二级放大单元，包括第一pmos管、第一nmos管、第二nmos管和第一电容，所述第一pmos管的源极连接工作电压，所述第一pmos管的栅极用于接收比较器的一级放大单元的输出信号，所述第一pmos管的漏极与所述第一nmos管的漏极和所述第二nmos管的漏极连接，所述第一nmos管的源极接地，所述第一nmos管的栅极与所述第二nmos管源极和所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第二nmos管的栅极用于接收第一控制信号；以及
8.漏电补偿单元，与所述第一电容连接，用于与所述第一电容共享电荷，以补偿所述第一电容因漏电流流失的电荷。
9.所述二级放大电路的有益效果在于：漏电补偿单元与所述第一电容连接，用于与所述第一电容共享电荷，以补偿所述第一电容因漏电流流失的电荷，能够有效的降低漏电流对电路的影响。
10.优选地，所述漏电补偿单元包括第三nmos管、第四nmos管和第二电容，所述第三nmos管的漏极连接工作电压，所述第三nmos管的栅极用于接收第二控制信号，所述第三nmos管的源极连接所述第四nmos管的源极和所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地，所述第四nmos管的漏极与所述第二电容的一端连接，所述第四nmos管的栅极用于接收第三控制信号。其有益效果在于：能够有效的补偿所述第一电容因漏电流流失的电荷。
11.本发明还提供了一种比较电路，应用于cmos图像传感器，包括：
12.二级放大电路；以及
13.一级放大单元，包括电流镜电路、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第三电容
和第四电容，所述第五nmos管的漏极和所述第六nmos管的漏极分别与所述电流镜电路的两个电流输出端连接，所述第五nmos管的栅极与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端用于接收斜波信号，所述第六nmos管的栅极连接所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端用于接收像素信号，所述第五nmos管的源极和所述第六nmos管的源极均与所述第七nmos管的漏极连接，所述第七nmos管的源极接地，所述第七nmos管的栅极用于接收第四控制信号，所述第六nmos管的漏极还与所述二级放大电路连接，以向所述二级放大电路输出数据。
14.所述比较电路的有益效果在于：包括二级放大电路，能够有效的降低漏电流对电路的影响。
15.优选地，所述一级放大单元还包括复位单元，所述复位单元包括第二pmos管和第三pmos管，所述第二pmos管的源极与所述第五nmos管的漏极连接，所述第二pmos管的漏极与所述第五nmos管的栅极连接，所述第三pmos管的源极与所述第六nmos管的漏极连接，所述第三pmos管的漏极与所述第六nmos管的栅极连接，所述第二pmos管和所述第三pmos管的栅极均用于接收第五控制信号。其有益效果在于：能够实现电路的复位，避免电路未复位导致的信号不准确。
16.优选地，所述电流镜电路包括第四pmos管和第五pmos管，所述第四pmos管的源极和所述第五pmos管的源极均连接工作电压，所述第四pmos管的漏极连接所述第五nmos管的漏极，所述第五pmos管的漏极连接所述第六nmos管的漏极，所述第四pmos管的栅极和所述第五pmos管的栅极连接，且所述第四pmos管的栅极和漏极短接。
17.本发明还提供了一种读出电路，应用于cmos图像传感器，包括：
18.至少一个比较电路；以及
19.与所述比较电路相适配的计数器电路，所述计数器电路与所述比较电路一一对应连接。
20.所述读出电路的有益效果在于：能够有效的降低漏电流对电路的影响。
21.本发明还提供了一种图像传感器电路，包括：
22.像素阵列单元，用于感光后输出像素信号；
23.行选译码驱动单元，与所述像素阵列单元连接，用于驱动所述像素阵列单元；
24.斜波发生单元，用于产生斜波信号；
25.读出电路，与所述斜波发生单元和所述像素阵列单元连接，用于比较所述像素信号和所述斜波信号并计数，以输出数字信号；
26.输出信号处理单元，与所述读出电路连接，以将所述数字信号转化为图像并输出；
27.时序控制单元，与所述行选译码驱动单元、所述斜波发生单元、所述读出电路以及所述输出信号处理单元连接，用于向所述行选译码驱动单元、所述斜波发生单元、所述读出电路以及所述输出信号处理单元发送时钟信号。
28.所述图像传感器电路的有益效果在于：能够有效的降低漏电流对电路的影响。
29.优选地，所述像素阵列单元包括至少一个像素单元，所述像素单元包括第八nmos管、第九nmos管、第十nmos管、第十一nmos管以及光电二极管，所述第八nmso管的漏极连接工作电压，所述第八nmos管的源极连接所述第九nmos管的栅极和所述第十nmos管的漏极，所述第八nmos管的栅极用于接收第六控制信号，所述第十nmos管源极与所述光电二极管的
负极连接，所述第十nmos管的栅极用于接收第七控制信号，所述光电二极管的正极接地，所述第九nmos管的漏极连接工作电压，所述第九nmos管的源极与所述第十一nmos管的漏极连接，所述第十一nmos管的栅极用于接收第八控制信号，所述第十一nmos管的源极与所述读出电路连接，以将所述像素信号发送给所述读出电路。其有益效果在于：便于产生像素信号。
附图说明
30.图1为本发明图像传感器电路的电路示意图；
31.图2为本发明一些实施中像素单元的电路示意图；
32.图3为本发明一些实施例中像素单元的时序示意图；
33.图4为现有技术中比较电路的电路示意图；
34.图5为本发明一些实施例比较电路的电路示意图；
35.图6为现有技术中图像传感器电路的时序示意图；
36.图7为本发明一些实施例中图像传感器电路的时序示意图。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
38.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种图像传感器电路，参照图1，所述图像传感器电路100包括像素阵列单元101、读出电路102、行选译码驱动单元103、斜波发生单元104、输出信号处理单元105以及时序控制单元106。其中，所述像素阵列单元101用于感光后输出像素信号；所述行选译码驱动单元103与所述像素阵列单元101连接，用于驱动所述像素阵列单元101；所述斜波发生单元104用于产生斜波信号ramp；所述读出电路102与所述斜波发生单元104和所述像素阵列单元101连接，用于比较所述像素信号和所述斜波信号并计数，以输出数字信号；所述输出信号处理单元105与所述读出电路102连接，以将所述数字信号转化为图像并输出；所述时序控制单元103与所述行选译码驱动单元103、所述斜波发生单元104、所述读出电路102以及所述输出信号处理单元105连接，用于向所述行选译码驱动单元103、所述斜波发生单元104、所述读出电路102以及所述输出信号处理单元105发送时钟信号。其中，所述像素阵列单元101包括至少一个像素单元1011。其中，所述行选译码驱动单元103、所述斜波发生单元104、所述输出信号处理单元105以及所述时序控制单元106均为本领域内的公知技术，在此不再详细赘述。
39.图2为本发明一些实施中像素单元的电路示意图。参照图2，所述像素单元1011包括第八nmos管10111、第九nmos管10112、第十nmos管10113、第十一nmos管10114以及光电二极管10115，所述第八nmso管10111的漏极连接工作电压vdd，所述第八nmos管10111的源极
连接所述第九nmos管10112的栅极和所述第十nmos管10113的漏极，所述第八nmos管10111的栅极用于接收第六控制信号rx，所述第十nmos管10113源极与所述光电二极管10115的负极连接，所述第十nmos管10113的栅极用于接收第七控制信号tx，所述光电二极管的正极接地，所述第九nmos管10112的漏极连接工作电压vdd，所述第九nmos管10112的源极与所述第十一nmos管10114的漏极连接，所述第十一nmos管10114的栅极用于接收第八控制信号sel，所述第十一nmos管10114的源极与所述读出电路102连接，以将所述像素信号发送给所述读出电路102。
40.参照图2，所述第十nmos管10113的漏极与第一连接线10116的一端连接，所述第九nmso管10112的栅极与所述第一连接线10116的另一端连接，所述第八nmos管10111的源极与第二连接线10117的一端连接，所述第二连接线10117的另一端与所述第一连接线10116，所述第二连接线10117与所述第一连接线10116的连接点为浮空节点10118。
41.图3为本发明一些实施例中像素单元的时序示意图。参照图2和图3，rst表示所述像素单元1011的复位阶段，exp表示所述像素单元1011的曝光阶段，read表示所述像素单元1011的信号读取阶段，sel表示施加在所述第十一nmos管10114栅极上的第八控制信号，rx表示施加在所述第八nmos管10111栅极上的第六控制信号，tx表示施加在所述第十nmos管10113栅极上的第七控制信号。
42.参照图2和图3，在所述像素单元1011处于所述复位阶段时，所述第八控制信号sel维持低电平，所述第六控制信号rx维持高电平，所述第七控制信号tx由高电平转变为低电平。所述第六控制信号rx和所述第七控制信号tx均为高点平，所述第八nmos管10111和所述第十nmos管10113均导通，所述浮空节点10115的电位被拉高到工作电压vdd，以完成复位。
43.参照图2和图3，所述第六控制信号rx和所述第七控制信号tx均由高电平转变为低电平后，所述像素单元1011由所述复位阶段进入所述曝光阶段，所述第八控制信号sel维持低电平，所述第六控制信号rx维持低电平，所述第七控制信号tx维持低电平。所述第六控制信号rx和所述第七控制信号tx均为低点平，所述第八nmos管10111和所述第十nmos管10113均关断，所述光电二极管10115感光并生成与光照强度成正比的光电子。
44.参照图2和图3，所述第八控制信号sel由低电平转变为高电平后，所述第十一nmso管10114导通，所述像素单元1011由所述曝光阶段进入所述信号读取阶段，所述第六控制信号rx先由低电平变为高电平，以复位所述浮空节点10118，此时所述第九nmos管10112受控于所述浮空节点的电位，并由所述第十一nmos管10114的源极输出第一复位电位，然后所述第六控制信号rx由高电平变为低电平；所述第七控制信号tx由低电平变为高电平，所述光电二极管10115内的光电子转移到所述浮空节点10118，此时所述第九nmos管10112受控于所述浮空节点10118的电位，并由所述第十一nmos管10114的源极输出第二复位电位，然后所述第七控制信号tx由高电平变为低电平。
45.参照图1，所述读出电路102包括至少一个比较电路1021以及与所述比较路相适配的计数器电路1022，所述计数器电路1022与所述比较电路1021一一对应连接。
46.图4为现有技术中比较电路的电路示意图。图5为本发明一些实施例比较电路的电路示意图。参照图4和图5，图5与图4的区别在于新增了漏电补偿单元。参照图4和图5，所述比较电路1021包括一级放大单元和二级放大单元，所述一级放大单元包括电流镜电路10211、第五nmos管10212、第六nmos管10213、第七nmos管10214、第三电容10215和第四电容
10216，所述第五nmos管10212的漏极和所述第六nmos管10213的漏极分别与所述电流镜电路10211的两个电流输出端连接，所述第五nmos管10212的栅极与所述第三电容10215的一端连接，所述第三电容10215的另一端用于接收斜波信号ramp，所述第六nmos管10213的栅极连接所述第四电容10216的一端，所述第四电容10216的另一端用于接收像素信号pix_out，所述第五nmos管10212的源极和所述第六nmos管10213的源极均与所述第七nmos管10214的漏极连接，所述第七nmos管10214的源极接地，所述第七nmos管10214的栅极用于接收第四控制信号vbn_cm，所述第六nmos管10213的漏极还与所述二级放大电路连接，以向所述二级放大电路输出数据cm1_out。其中，所述第七nmos管10214为电流源管，为所述第一级放大单元提供固定的偏置电流ib。
47.参照图4和图5，所述电流镜电路10211包括第四pmos管102111和第五pmos管102112，所述第四pmos管102111的源极和所述第五pmos管102112的源极均连接工作电压vdd，所述第四pmos管102111的漏极连接所述第五nmos管10212的漏极，所述第五pmos管102112的漏极连接所述第六nmos管10213的漏极，所述第四pmos管102111的栅极和所述第五pmos管102112的栅极连接，且所述第四pmos管102111的栅极和漏极短接。
48.参照图4和图5，所述一级放大单元还包括复位单元，所述复位单元包括第二pmos管10217和第三pmos管10218，所述第二pmos管10217的源极与所述第五nmos管10212的漏极连接，所述第二pmos管10217的漏极与所述第五nmos管10212的栅极连接，所述第三pmos管10218的源极与所述第六nmos管10213的漏极连接，所述第三pmos管10218的漏极与所述第六nmos管10213的栅极连接，所述第二pmos管10217和所述第三pmos管10218的栅极均用于接收第五控制信号rstn_cm。
49.参照图4和图5，所述二级放大单元包括二级放大单元，所述二级放大单元包括第一pmos管1031、第一nmos管1032、第二nmos管1033和第一电容1034，所述第一pmos管1031的源极连接工作电压vdd，所述第一pmos管1031的栅极用于接收比较器的一级放大单元的输出信号cn1_out，所述第一pmos管1031的漏极与所述第一nmos管1032的漏极和所述第二nmos管1033的漏极连接，所述第一nmos管1032的源极接地，所述第一nmos管1032的栅极与所述第二nmos管1033源极和所述第一电容1034的一端连接，所述第一电容1034的另一端接地，所述第二nmos管1032的栅极用于接收第一控制信号rst_cm，所述第一控制信号rst_cm和所述第二控制信号rstn_cm互为反信号。
50.参照图5，所述所述二级放大单元还包括漏电补偿单元，所述漏电补偿单元与所述第一电容1034连接，用于与所述第一电容1034共享电荷，以补偿所述第一电容1034因漏电流流失的电荷，所述漏电补偿单元包括第三nmos管1035、第四nmos管1036和第二电容1037，所述第三nmos管1035的漏极连接工作电压vdd，所述第三nmos管1035的栅极用于接收第二控制信号vcp，所述第三nmos管1035的源极连接所述第四nmos管的源极和所述第二电容1037的一端，所述第二电容1037的另一端接地，所述第四nmos管1036的漏极与所述第二电容1037的一端连接，所述第四nmos管1036的栅极用于接收第三控制信号cp_cm。
51.参照图4，在高温情况下，施加在所述第二nmos管1032栅极上的第一控制信号rst_cm的电位为低时，所述第二nmos管1033处于微弱的导通状态，此时所述第二nmos管1033上则会产生漏电流ileak，所述漏电ileak经过所述第一nmos管1032流向地，从而会导致所述第一电容1034内的电荷会被所述漏电流ileak带走，从而使得所述第一电容1034施加在所
述第一nmos管1032栅极上的电位信号vbn_cm2下降，从而使得电位信号vbn_cm2对所述第一nmos管1032的驱动能力下降，而所述第一pmos管1031的上拉能力相对更高，从而使得所述比较电路1021输出的比较信号从低电平跳高电平的时间提前。
52.图6为现有技术中图像传感器电路的时序示意图。参照图1、图2、图4和图6，rx表示施加在所述第八nmos管10111栅极上的第六控制信号，tx表示施加在所述第十nmos管10113栅极上的第七控制信号，sel表示施加在所述第十一nmos管10114栅极上的第八控制信号，rst_cm表示施加在所述第二nmos管1033上的第一控制信号，ramp表示施加在所述第三电容10215另一端的斜波信号，pix_out表示所述所述第十一nmos管10114漏极输出的像素信号，所述像素信号包括所述第一复位电位和所述第二复位电位，cm_out表示所述比较电路1021输出的比较信号，cnt表示所述读出电路102的输出信号，vr表示第一斜波阶段，vs表示第二斜波阶段，δt1表示第一斜波阶段所述比较电路输出的比较信号从低电平跳高电平的提前时间，δt2表示第二斜波阶段所述比较电路输出的比较信号从低电平跳高电平的提前时间。
53.参照图1、图2、图4和图6，当所述斜波信号ramp高于所述像素信号pix_out时，所述一级放大单元的输出信号cm1_out为高电平，所述比较电路1021输出的比较信号cm_out为低电平；当所述斜波信号低于所述像素信号时，所述一级放大单元的输出信号cm1_out为低电平，所述比较电路输出的比较信号cm_out为高电平。
54.参照图2、图4和图6，所述第一斜波阶段和所述第二斜波阶段所述斜波信号均由高电位向低电位变化，所述斜波信号ramp的电位先高于所述像素信号pix_out，然后低于所述像素信号pix_out。
55.参照图1、图2、图4和图6，在所述第一控制信号rst_cm由高电平变为低电平后，所述第二nmos管1033处于微弱的导通状态，从而持续的产生漏电流ileak，在所述第二斜波阶段所述第一电容1034施加在所述第一nmos管1032栅极上的电位信号vbn_cm2会比在所述第一斜波阶段所述第一电容1034施加在所述第一nmos管1032栅极上的电位信号vbn_cm2的电位更低，进而使得在所述第二斜波阶段所述比较电路1021输出的比较信号cm_out从低电平跳高电平的提前的时间大于在所述第一斜波阶段所述比较电路输出的比较信号cm_out从低电平跳高电平的提前的时间，从而导致所述计数器电路1022计数出现偏差，导致实际计数值会小于理想值，由于加工工艺所致不同比较电路中第二nmos管1033的器件尺寸、阈值电压存在差异，计数值的偏差对于不同比较电路来说也是有差异的，漏电流相对较大的比较电路最终输出值偏小，进而使图像上现出一列暗竖纹。
56.图7为本发明一些实施例中图像传感器电路的时序示意图。参照图5和图7，rx表示施加在所述第八nmos管10111栅极上的第六控制信号，tx表示施加在所述第十nmos管10113栅极上的第七控制信号，sel表示施加在所述第十一nmos管10114栅极上的第八控制信号，cp_cm表示施加在所述第四nmos管1036栅极上的第三控制信号，vcp表示施加在所述第三nmos管1035栅极上的第二控制信号，rst_cm表示施加在所述第二nmos管1033上的第一控制信号，ramp表示施加在所述第三电容10215另一端的斜波信号，pix_out表示所述所述第十一nmos管10114漏极输出的像素信号，所述像素信号包括所述第一复位电位和所述第二复位电位，cm_out表示所述比较电路1021输出的比较信号，cnt表示所述读出电路1022的输出信号，vr表示第一斜波阶段，vs表示第二斜波阶段。
57.参照图2、图5和图7，施加在所述第三nmos管1035栅极上的第二控制信号vcp为高电平，使得所述第三nmos管1035导通，并使所述第二电容1037上的电压稳定在vx-vthn，vx表示为高电平的所述第二控制信号，vthn表示所述第三nmos管1035的阈值电压，所述第二电容1037的电容为c2，所述第二电容1037上的电荷量为q4，q4＝c2
×
(vx-v
thn
)。
58.参照图2、图5和图7，进入所述第一斜波阶段和所述第二斜波阶段前，施加在所述第三nmos管1035栅极上的第二控制信号vcp变为低电平，所述第三nmos管1035关断。当所述比较电路1021处于工作状态时，所述第一电容1034的电容为c1，所述第一电容1034上的电荷量为q1，q1＝c1
×
vgs，vgs表示所述第一nmos管1032的栅极电压，所述第二nmos管1032的漏电流导致的所述第一电容1034的电荷损失量为δq1，δq1＝c1
×
δvgs，δvgs表示所述第一nmos管1032的栅极的电压变化差值。
59.施加在所述第四nmos管1036栅极上的第三控制信号cp_cm维持在低电平，在所述比较电路1021进入所述第一斜波阶段前，施加在所述第四nmos管1036栅极上的第三控制信号cp_cm产生一个持续ts时间的高电平的脉冲，在ts时间内，所述第四nmos管1036导通，以使所述第一电容1034和所述第二电容1037并联，此时所述第一电容1034和所述第二电容1037进行电荷共享，通过c2
×
(vx-vthn)＝c1
×
δvgs，可以得到vx＝vthn+c1
×
δvgs/c2，即当vx＝vthn+c1
×
δvgs/c2时，就可以使所述第一电容1034流失的电荷得到补偿，进而不会使图像上出暗竖纹。
60.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。