计数器、模数转换器以及图像感测器件的制作方法
【专利说明】计数器、模数转换器以及图像感测器件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年5月7日提交的申请号为10-2014-0054338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]各种示例性实施例涉及半导体设计技术，且更具体而言，涉及一种计数器、一种包括该计数器的模数转换器、以及一种包括该模数转换器的图像感测器件。
【背景技术】
[0004]图像传感器利用半导体对入射光的反应的特性来捕获图像。图像传感器被分类为电荷耦合器件(CXD)类型和CMOS图像传感器(CIS)类型。近来，CIS类型的图像传感器由于直接将模数控制电路集成在单个集成电路(IC)中的优点而流行。
【发明内容】
[0005]各种示例性实施例针对一种能够在累积计数操作期间交替地对斜坡部分的前部和后部进行计数的计数器、包括所述计数器的模数转换器、以及包括所述模数转换器的图像感测器件。
[0006]另外，各种示例性实施例针对一种能够进行时钟门控的计数器、包括所述计数器的模数转换器、以及包括所述模数转换器的图像感测器件。
[0007]在一个示例性实施例中，一种计数器可以包括:采样单元，其适于在计数保持部分期间对最低有效位(LSB)的逻辑状态进行采样，计数保持部分存在于第一斜坡部分与第二斜坡部分之间；以及触发控制单元，其适于响应于时钟和从采样单元输出的采样信号，在第一斜坡部分的第二部分期间根据计数目标信号的第一电压电平来产生LSB，而在第二斜坡部分的第一部分期间根据计数目标信号的第二电压电平来产生LSB。
[0008]第二部分可以是参照计数目标信号的第一电压电平的第一斜坡部分的前部和后部中的一个，而第一部分可以是参照计数目标信号的第二电压电平的第二斜坡部分的前部和后部中的一个。
[0009]采样单元可以包括:第一锁存装置，其适于在计数保持部分期间锁存LSB ;以及第二锁存装置，其适于把通过第一锁存装置锁存的LSB锁存为采样信号。
[0010]触发控制单元可以包括:第三锁存装置，其适于响应于锁存使能信号，在第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分期间将时钟反相并且输出反相的时钟，以及适于在第一斜坡部分的第一部分和第二斜坡部分的第二部分期间对时钟的逻辑状态进行采样；以及LSB输出装置，其适于响应于包括第一输出控制信号和第二输出控制信号、时钟、采样信号和从第三锁存装置输出的锁存信号的信号来输出LSB。
[0011]LSB输出装置可以包括:第一触发信号发生单元，其适于响应于第一控制信号、采样信号和时钟来在产生第一斜坡部分的第二部分期间触发的第一触发信号；第二触发信号发生单元，其适于响应于第二控制信号和锁存信号来产生在第二斜坡部分的第一部分期间触发的第二触发信号；以及输出单元，其适于响应于第一触发信号和第二触发信号来输出LSB0
[0012]第一触发信号发生单元可以包括:第一切换器，其适于响应于第一控制信号来操作，并且在计数保持部分和第二斜坡部分期间将采样信号作为第一触发信号输出；以及第一逻辑运算器，其响应于反相的第一输出控制信号来激活，并且适于在第一斜坡部分期间将通过对采样信号和时钟执行异或运算获得的信号作为第一触发信号输出。
[0013]第一触发信号发生单元可以当采样信号具有逻辑低电平时将时钟作为第一触发信号输出，而当采样信号具有高电平时将反相的时钟作为第一触发信号输出。
[0014]第二触发信号发生单元可以包括:第二切换器，其适于响应于第二控制信号来操作，并且在计数保持部分期间将接地电压作为第二触发信号输出；以及第二逻辑运算器，其适于响应于反相的第二输出控制信号来激活，以及适于在第一斜坡部分和第二斜坡部分期间将通过使锁存信号反相获得的信号作为第二触发信号输出。
[0015]第二触发信号发生单元可以在第一斜坡部分期间根据时钟的逻辑状态来产生固定的逻辑电平以作为第二触发信号，并且在计数保持部分期间产生接地电压以作为第二触发信号。
[0016]输出单元可以通过对第一触发信号和第二触发信号执行XOR运算来输出LSB。
[0017]计数器还可以包括:阻断部分，其适于在计数保持部分期间阻断LSB ;以及上有效位发生部分，其适于响应于从阻断部分输出的LSB来产生包括最高有效位(MSB)的上有效位。
[0018]在一个示例性实施例中，一种模数转换器可以包括:检测器，其适于分别在第一斜坡部分和第二斜坡部分期间，基于斜坡电压来检测计数目标信号的第一电压电平和第二电压电平；以及计数器，其适于响应于从检测器输出的检测信号来执行累积计数操作，其中，计数器参照计数目标信号的第一电压电平来对第一斜坡部分的第二部分进行计数，并且参照计数目标信号的第二电压电平来对第二斜坡部分的第一部分进行计数。
[0019]第二部分可以是参照计数目标信号的第一电压电平的第一斜坡部分的前部和后部中的一个，而第一部分可以是参照计数目标信号的第二电压电平的第二斜坡部分的前部和后部中的一个。
[0020]计数器可以包括:采样单元，其适于在存在于第一斜坡部分和第二斜坡部分之间的计数保持部分期间对最低有效位(LSB)的逻辑状态进行采样；触发控制单元，其适于响应于包括时钟和从采样单元输出的采样信号的信号，来产生在第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分期间触发的LSB ;以及控制逻辑单元，其适于控制触发控制单元以选择第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第二部分。
[0021]采样单元可以包括:第一锁存装置，其适于在计数保持部分期间锁存LSB ;以及第二锁存装置，其适于将通过第一锁存装置锁存的LSB锁存为采样信号。
[0022]触发控制单元可以包括:第三锁存装置，其适于响应于锁存使能信号，在第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分期间将时钟反相并且输出反相的时钟，以及适于在第一斜坡部分的第一部分和第二斜坡部分的第二部分期间对时钟的逻辑状态进行采样；以及LSB输出装置，其适于响应于包括第一输出控制信号和第二输出控制信号、时钟、采样信号和从第三锁存装置输出的锁存信号的信号来输出LSB。
[0023]LSB输出装置可以包括:第一触发信号发生单元，其适于响应于包括第一控制信号、采样信号和时钟的信号来产生在第一斜坡部分的第二部分期间触发的第一触发信号；第二触发信号发生单元，其适于响应于第二控制信号和锁存信号来产生在第二斜坡部分的第一部分期间触发的第二触发信号；以及输出单元，其适于响应于第一触发信号和第二触发信号来输出LSB。
[0024]第一触发信号发生单元可以包括:第一切换器，其适于响应于第一控制信号来操作，并且在计数保持部分和第二斜坡部分期间将采样信号作为第一触发信号输出；以及第一逻辑运算器，其响应于反相的第一输出控制信号来激活，并且适于在第一斜坡部分期间将通过对采样信号和时钟执行异或运算获得的信号作为第一触发信号输出。
[0025]第一触发信号发生单元可以当采样信号具有逻辑低电平时将时钟作为第一触发信号输出，而当采样信号具有逻辑高电平时将反相的时钟作为第一触发信号输出。
[0026]第二触发信号发生单元可以包括:第二切换器，其适于响应于第二控制信号来操作，并且在计数保持部分期间将接地电压作为第二触发信号输出；以及第二逻辑运算器，其响应于反相的第二输出控制信号来激活，并且适于在第一斜坡部分和第二斜坡部分期间将通过将锁存信号反相获得的信号作为第二触发信号输出。
[0027]第二触发信号发生单元可以在第一斜坡部分期间根据时钟的逻辑状态来产生具有固定的逻辑电平的第二触发信号，以及在计数保持部分期间产生接地电压以作为第二触发信号。
[0028]输出单元可以将对第一触发信号和第二触发信号执行异或运算获得的信号作为LSB输出。
[0029]模数转换器还可以包括:阻断部分，其适于在计数保持部分期间阻断LSB ;以及上有效位发生部分，其适于响应于从阻断部分输出的LSB来产生包括最高有效位(MSB)的上有效位。
[0030]在一个示例性实施例中，一种图像感测器件可以包括:像素阵列，其包括布置在行方向和列方向上的多个像素；以及读出电路部，其适于将从像素阵列输出的像素信号转换成数字信号，其中，读出电路部通过利用像素信号的第一信息和第二信息来产生数字信号，并且其中，第一信息参照像素信号的第一电压电平与第一斜坡部分的第二部分相对应，以及第二信息参照像素信号的第二电压电平与第二斜坡部分的第一部分相对应。
[0031]第二部分可以是参照计数目标信号的第一电压电平的第一斜坡部分的前部和后部中的一个，而第一部分可以是参照计数目标信号的第二电压电平的第二斜坡部分的前部和后部中的一个。
[0032]读出电路部可以包括:检测器，其适于分别基于在第一斜坡部分和第二斜坡部分成斜坡的斜坡电压来检测像素信号的第一电压电平和第二电压电平；以及计数器，其适于根据通过检测器检测出的第一电压电平和第二电压电平来执行累积计数操作，其中，计数器对第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分顺序地计数。
[0033]计数器可以包括:采样单元，其适于在存在于第一斜坡部分和第二斜坡部分之间的计数保持部分期间对最低有效位(LSB)的逻辑状态进行采样；触发控制单元，其适于响应于时钟和从采样单元输出的采样信号，来产生在第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分期间触发的LSB ;以及控制逻辑单元，其适于控制触发控制单元，以选择第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分。
[0034]采样单元可以包括:第一锁存装置，其适于在计数保持部分期间锁存LSB ;以及第二锁存装置，其适于将通过第一锁存装置锁存的LSB锁存为采样信号。
[0035]触发控制单元可以包括:第三锁存装置，其适于响应于锁存使能信号，分别在第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分期间将时钟反相并且输出反相的时钟，以及适于在第一斜坡部分的第一部分和第二斜坡部分的第二部分期间对时钟的逻辑状态进行采样；以及LSB输出装置，其适于响应于包括第一输出控制信号和第二输出控制信号、时钟、采样信号和从第三锁存装置输出的锁存信号的信号，输出在第一斜坡部分的第二部分和第二斜坡部分的第一部分期间交替触发的LSB。
[0036]LSB输出装置可以包括:第一触发信号发生单元，其适于响应于包括第一控制信号、采样信号和时钟的信号来产生在第一斜坡部分的第二部分期间触发的第一触发信号；第二触发信号发生单元，其适于响应于包括第二控制信号和锁存信号的信号来产生在第二斜坡部分的第一部分期间触发的第二触发信号；以及输出单元，其适于响应于第一触发信号和第二触发信号来输出LSB。
[0037]第一触发信号发生单元可以包括:第一切换器，其适于响应于第一控制信号来操作，并且在计数保持部分和第二斜坡部分期间将采样信号作为第一触发信号输出；以及第一逻辑运算器，其适于响应于反相的第一输出控制信号来激活，并且适于在第一斜坡部分期间将通过对采样信号和时钟执行异或运算获得的信号作为第一触发信号输出。
[0038]第一触发信号发生单元可以当采样信号具有逻辑低电平时将时钟作为第一触发信号输出，而当采样信号具有逻辑高电平时将反相的时钟作为第一触发信号输出。
[0039]第二触发信号发