模数转换器和包括模数转换器的cmos图像传感器的制造方法
【专利说明】模数转换器和包括模数转换器的CMOS图像传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年3月28日提交的申请号为10-2014-0036759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互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，且更具体地涉及模数转换器和包括所述模数转换器的CMOS图像传感器。
【背景技术】
[0004]图1是图示包括列并行方案的模数转换器的传统CMOS图像传感器的框图。
[0005]参见图1，传统CMOS图像传感器包括行驱动器110、有源像素阵列120、光学黑(OB, optical black)像素阵列122 (即，虚设像素阵列)、参考电压发生器130、相关双采样(CDS, correlated double sampling)阵列 140 和数字码输出单元 150。
[0006]行驱动器110产生用于控制有源像素阵列120和OB像素阵列122的像素的各种控制信号RX、TX和SEL。有源像素阵列120输出对应于每个列的有源像素信号APS_0，以及OB像素阵列122将OB像素信号0B_0作为列信号输出。
[0007]由于与提供至有源像素阵列的电源电压相同的电源电压被提供至OB像素阵列122，所以或许经由OB像素信号0B_0可能传送与在有源像素阵列120中产生的电源电压噪声(在下文中，被称为“功率噪声”)相同的噪声。OB像素阵列122的上部掺杂有阻断光穿过OB像素阵列122的材料，所以OB像素阵列122可以使用阻断电平信号有效地传送功率噪声。
[0008]参考电压发生器130基于OB像素信号0B_0和第一斜坡信号RAMP_R从OB像素信号0B_0产生相关双采样的OB采样信号，并且基于第一参考电压REF_0B和产生的OB采样信号产生第二参考电压REF_C。
[0009]CDS阵列140接收有源像素信号APS_0、第二斜坡信号RAMP_C*第二参考电压REF_C，并且基于有源像素信号APS_0和第二斜坡信号RAMP_C从有源像素信号APS_0产生相关双采样的有源采样信号。CDS阵列140比较产生的有源采样信号与第二参考电压REF_c以产生用于产生数字码的比较结果信号ras_o。
[0010]第一斜坡信号RAMP_R和第二斜坡信号RAMP_C可以从通用斜坡信号发生器(未不出)产生。由于在斜坡信号发生器中可能出现噪声元素，所以第一斜坡信号RAMP_R和第二斜坡信号RAMP_C可以由单个斜坡信号发生器产生。用于产生参考电压的第一斜坡信号RAMP_R与第二斜坡信号RAMP_C不同，并且保持均匀的电压电平，而在执行斜坡操作之前或之后不改变电压电平。
[0011]数字码输出单元150从CDS阵列140接收比较结果信号⑶S_0，并且基于比较结果信号⑶S_0产生用于图像信号处理器(ISP)的数字信号处理的数字码值。
[0012]图2是在图1中所示的参考电压发生器130和⑶S阵列140的详细示图。
[0013]参见图2，参考电压发生器130可以包括:OB⑶S电路132，用于在差分比较器Al的输入节点ΙΝ_0Β上产生OB采样信号；以及输出放大器A3，用于缓冲OB采样信号以产生第二参考电压REF_C。
[0014]OB⑶S电路132可以包括比较单元133、耦接至比较单元133的信号传输电容器C3、并联耦接至信号传输电容器C3的第四开关S4以及放大器A2。
[0015]比较单元133可以包括:第一开关SI，用于控制OB像素信号0B_0的传输；第二开关S2，用于控制第一斜坡信号RAMP_R的传输；阻断电容器，親接在第一开关SI和第二开关S2之间；储存电容器C2，耦接至第一开关SI用来提供OB采样信号；第三开关S3，耦接至差分比较器Al ;以及差分比较器Al。比较单元133接收OB采样信号，并且比较OB采样信号与第一参考电压REF_0B。
[0016]阻断电容器Cl传送与斜坡信号的电压电平无关的电压变化量。
[0017]⑶S阵列140在每个列包括第一有源⑶S电路142、第二有源⑶S电路144和第N有源⑶S电路146，第一有源⑶S电路142、第二有源⑶S电路144和第N有源⑶S电路146基于第一有源像素信号APS_0_1、第二有源像素信号APS_0_2、第N有源像素信号APS_0_n进行操作。有源⑶S电路142、144和146中的每个具有与参考电压发生器130的OB⑶S电路132相同的结构。
[0018]提供至有源像素阵列120的电源电压被提供至OB像素阵列122和参考电压发生器130。有源采样操作的噪声元素可以经由参考电压去除，所述参考电压利用具有与有源⑶S电路142、144和146相同的结构的OB⑶S电路152来产生。
[0019]然而，由于上述的传统噪声降低方案通过利用从沿着列方向排列的OB像素(即，虚设像素)输出的OB像素信号0B_0产生参考电压且将产生的参考电压用作所有有源像素列的参考电压来降低像素的功率噪声，所以传统的噪声降低方案具有缺点，原因在于需要单独的参考电压发生器和许多用于获取代表值的OB像素。
[0020]此外，由于传统的噪声降低方案获取了代表值，所以降低了准确性，并且未完全去除像素的功率噪声。
[0021]在传统的噪声降低方案中，当参考电压发生器执行OB像素信号0B_0的处理时，第一参考电压REF_0B和另外的电路(例如，输出放大器A3)可以是不同的噪声源。
【发明内容】
[0022]本发明的各种实施例针对模数转换器和包括所述模数转换器的CMOS图像传感器，用于通过利用行方向的有源像素和OB像素的一对一匹配操作去除从像素阵列产生的功率噪声来减少水平方向噪声。
[0023]另外，本发明的各种实施例针对模数转换器和包括所述模数转换器的CMOS图像传感器，用于通过利用比较器的输入节点的匹配操作去除从斜坡信号发生器产生的斜坡噪声来降低水平方向噪声。
[0024]根据本发明的一个实施例，一种模数转换器包括:虚设采样信号发生单元，其适于基于第一斜坡信号产生虚设采样信号，所述虚设采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；有源采样信号发生单元，其适于基于第二斜坡信号产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及比较单元，适于对所述虚设采样信号与所述有源采样信号进行比较。
[0025]虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。
[0026]所述虚设采样信号发生单元和所述有源采样信号发生单元可以利用相同电路来具有差分输入结构。
[0027]虚设采样信号发生单元可以包括:第一开关，其适于控制所述虚设像素信号的传输；第一阻断电容器，其耦接在所述第一斜坡信号的输入节点和所述第一开关的输出节点之间；以及第一信号储存电容器，其耦接至所述第一开关的输出节点，并且适于提供所述OB米样信号。
[0028]有源采样信号发生单元可以包括:第二开关，其适于控制所述有源像素信号的传输；第二阻断电容器，其耦接在所述第二斜坡信号的输入节点和所述第二开关的输出节点之间；以及第二信号储存电容器，其耦接至所述第二开关的输出节点，并且适于提供所述有源采样信号。
[0029]所述第一开关和所述第二开关可以具有相同元件，所述第一阻断电容器和所述第二电容器具有相同元件，以及所述第一信号储存电容器和所述第二信号储存电容器具有相同元件。
[0030]所述有源像素信号和所述虚设像素信号可以具有相同噪声特性，以及所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号可以具有相同噪声特性。
[0031]所述比较单元的输入可以表达为，Vinp - Vinm = (RAMP - RAMP_REF) - (APS_0 -0B_0),其中，Vinp-Vinm意指所述比较单元的输入，RAMP意指所述第一斜坡信号，RAMP_REF意指所述第二斜坡信号，APS_0意指所述有源像素信号，以及0B_0意指所述虚设像素信号。
[0032]所述虚设像素阵列具有与所述有源像素阵列相同的水平特性。
[0033]在每个列，包括在所述虚设像素阵列中的虚设像素与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一匹配。
[0034]根据本发明的另一个实施例，一种模数转换器包括:虚设采样信号发生单元，其适于产生OB采样信号，所述OB采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；有源采样信号发生单元，其适于产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及比较单元，其适于比较所述虚设采样信号与所述有源采样信号。
[0035]虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。
[0036]根据本发明的另一个实施例