差分放大器和使用差分放大器的双模式比较器的制造方法
【专利说明】差分放大器和使用差分放大器的双模式比较器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年10月30日提交的申请号为10-2013-0130008的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明的各种实施例涉及一种图像传感器，更具体而言，涉及一种基于输入共模电压采样的差分放大器和使用该差分放大器的双模式比较器。
【背景技术】
[0004]A类类型的差分放大器用作包括在用于执行模数转换操作的模数转换器中的比较器，以消除发生在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中的带噪声。
[0005]在CMOS图像传感器中，用于对从像素接收的像素输出电压与斜坡电压(即，参考电压)进行比较的差分放大器用在比较器的第一放大级中。然而，在第一放大级的输出输入至比较器的第二放大级的两个输入端子中的一个(即，单端型)的情况下，当差分放大器用作第二放大级时，第二放大级的另一个端子接收具有预定电压电平的输入共模电压。
[0006]在这种情况下，当输入共模电压提供给多个比较器时，例如具有5百万像素的CMOS图像传感器中的2500个比较器，根据每个比较器的操作条件，输入共模电压与每个比较器内的相邻节点之间会发生各种耦合。因而，如果这些比较器在不同时间点进行操作，则在执行模数转换时输入信号处理会发生失真。
[0007]为了解决这个问题，采用了对输入共模电压执行自采样操作的常规电路。在该常规电路中，由于要采样具有预定电平的固定电压，所以对于第一放大级和第二放大级这二者而言可以施加相同的电源电压。此外，由于操作裕度，所以在低压下不可以使用该电路。
[0008]因而，会需要新的技术来处理这个问题。
【发明内容】
[0009]本发明的各种实施例针对一种基于输入共模电压米样的差分放大器以及一种使用该差分放大器的双模式比较器，所述差分放大器可以通过选择性地产生和采样输入共模电压以及改变输入共模电压来灵活地获得操作裕度。
[0010]根据本发明的一个实施例，一种差分放大器可以包括:输入共模电压发生单兀，其适于产生输入共模电压；输入共模电压采样单元，其适于对输入共模电压执行独立的采样操作；以及差分放大单兀，其适于对输入电压和米样输入共模电压执行差分放大操作。
[0011 ] 输入共模电压发生单元可以选择性地产生预定电压电平或者通过输入设置预设的电压电平的输入共模电压。
[0012]共模电压采样单元可以包括:切换单元，其适于响应于控制信号来选择性地切换输入共模电压；以及电容器,其适于对输入共模电压执行米样操作。
[0013]差分放大单元可以通过其第一输入端子接收输入电压，通过其第二输入端子接收米样输入共模电压，以及输出与输入电压和米样输入共模电压之间的放大的电压差相对应的电压。
[0014]输入电压可以是从前一个差分放大单元提供的第一比较电压。
[0015]根据本发明的一个实施例，一种双模式比较器可以包括:第一差分放大单元，其适于对从像素阵列提供的像素输出电压和从斜坡信号发生器提供的斜坡电压执行差分放大操作，以及输出第一比较电压；输入共模电压发生单兀，其适于产生输入共模电压；输入共模电压采样单元，其适于对输入共模电压执行独立的采样操作；以及第二差分放大单元，其适于对第一比较电压和所提供的采样输入共模电压执行差分放大操作。
[0016]输入共模电压发生单元可以选择性地产生预定电压电平或者通过输入设置预设的电压电平的输入共模电压。
[0017]共模电压采样单元可以包括:切换单元，其适于响应于控制信号来选择性地切换输入共模电压；以及电容器,其适于对输入共模电压执行米样操作。
[0018]双模式比较器还可以包括耦接在第一放大单元与第二放大单元之间用于自动归零的电容器。
[0019]双模式比较器还可以包括串联耦接至第二放大单元的多个差分放大单元。
[0020]多个差分放大单元中的每个可以接收采样输入共模电压和从前一个差分放大单元提供的比较电压。
[0021 ] 根据本发明的一个实施例，一种双模式比较器可以包括:第一差分放大单元，其适于对输入电压和参考电压执行差分放大操作，以及输出第一比较电压；输入共模电压发生单元，其适于产生输入共模电压；输入共模电压采样单元，其适于对输入共模电压执行独立的采样操作；以及第二差分放大单元，其适于对第一比较电压和所提供的采样输入共模电压执行差分放大操作。
[0022]输入共模电压发生单元可以选择性地产生预定电压电平或者通过输入设置预设的电压电平的输入共模电压。
[0023]共模电压采样单元可以包括切换单元:其适于响应于控制信号来选择性地切换输入共模电压；以及电容器，其适于对输入共模电压执行米样操作。
[0024]双模式比较器还可以包括耦接在第一放大单元和第二放大单元之间用于自动归零的电容器。
[0025]双模式比较器还可以包括第三差分放大单元，其适于对第二比较电压和采样输入共模电压执行差分放大操作。
【附图说明】
[0026]图1是图示双模式比较器的电路图。
[0027]图2是图示根据本发明一个实施例的基于输入共模电压采样的差分放大器的框图。
[0028]图3是图示根据本发明一个实施例的使用基于输入共模电压采样的差分放大器的双模式比较器的框图。
[0029]图4是图示根据本发明另一实施例的使用基于输入共模电压采样的差分放大器的双模式比较器的框图。
【具体实施方式】
[0030]下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以用不同的方式体现，而不应解释为限制于本文所阐述的实施例。确切地说，提供了这些实施例使得本公开将透彻且完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在本公开中，在本发明的各种附图和实施例中附图标记直接对应于同样的部分。
[0031]附图未必按比例绘制，并且在一些情况下，为了清楚图示实施例的特征可能对比例做了夸大处理。在此说明书中，使用了特定的术语。术语是用来描述本发明，而不是用来限定本发明的意义或者限制本发明的范围。
[0032]还应当注意，在此说明书中，“和/或”表示包括布置在“和/或”之前和之后的一个或更多个部件。此外，“连接/耦接”不仅表示一个部件直接耦接另一个部件，还表示通过中间部件间接耦接另一个部件。另外，只要未在句子中具体提及，单数形式可以包括复数形式。此外，在说明书中使用的“包括/包含”或“包括有/包含有”表示存在或增加一个或更多个部件、步骤、操作以及元件。
[0033]图1是图示双模式比较器100的电路图。
[0034]参见图1，双模式比较器100是包括第一比较单元110和第二比较单元120的二级比较器。
[0035]第一比较单元110对像素输出电压POS与斜坡电压RAMP ( S卩，参考电压)进行比较，并且将与比较结果相对应的第一比较电压CMVl输出至第二比较单元120。
[0036]第二比较单元120对第一比较电压CMVl与参考电压RV进行比较，并且输出与比较结果相对应的第二比较电压CMV2。也就是说，如果第一比较单元110将与斜坡电压RAMP与像素输出电压POS之间的放大的电压差相对应的第一比较电压CMVl输出至第二比较单元120，则第二比较单元120输出与第一比较电压CMVl和参考电压RV之间的放大的电压差相对应的第二比较电压CMV2。图1中所示的双模式比较器100可以获得比单个比较器大的操作裕度。
[0037]第一比较单兀110包括:第一目标电压输入单兀112、第一电流镜单兀114、第一偏置单元116以及自动归零单元118。
[0038]第一目标电压输入单兀112基于斜坡电压RAMP产生在第一路径流动的第一电流以及基于像素输出电压POS产生在第二路径流动的第二电流。第一目标电压输入单元112包括第六晶体管T6和第七晶体管T7。