斜坡信号发生器、图像传感器的制作方法

1.本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种斜坡信号发生器和一种图像传感器。


背景技术：

2.目前，斜坡信号发生器一般采用如图1所示的结构，包括：电流源阵列idac0和电阻r。电流源阵列idac0的电流逐次开启，在r电阻上产生一个斜坡信号。由于电流源阵列idac0的输出阻抗远大于r，所以输出电压vramp的噪声跟随地vssa，对vssa的增益为1倍，对直流电源vdda的增益接近于0，该噪声增益系数无法改变。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器可以调节输出对电源噪声的增益系数，当该斜坡信号发生器应用于图像传感器时，可以将图像传感器的电源噪声从模拟端减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
4.本发明的第二个目的在于提出一种图像传感器。
5.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器包括：斜坡信号发生模块，用于生成并输出第一斜坡信号，所述第一斜坡信号中含有电源噪声信号；噪声系数调节模块，用于根据所述图像传感器的像素单元的电源噪声系数，对所述第一斜坡信号进行噪声系数调节，以生成第二斜坡信号，并输出所述第二斜坡信号。
6.根据本发明实施例的斜坡信号发生器，通过斜坡信号发生模块生成并输出第一斜坡信号，其中，第一斜坡信号中含有电源噪声信号，噪声系数调节模块根据图像传感器的像素单元的电源噪声系数，对第一斜坡信号进行噪声系数调节，以生成第二斜坡信号，并输出第二斜坡信号。该斜坡信号发生器可以调节输出对电源噪声的增益系数，当该斜坡信号发生器应用于图像传感器时，可以将图像传感器的电源噪声从模拟端减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
7.另外，根据本发明上述实施例提出的斜坡信号发生器还可具有如下附加技术特征：
8.根据本发明的一个实施例，所述噪声系数调节模块用于将所述第一斜坡信号的电源噪声系数调节为与所述图像传感器的像素单元的电源噪声系数相同。
9.根据本发明的一个实施例，上述的斜坡信号发生器还包括：缓存器，用于对所述第二斜坡信号进行缓存输出。
10.根据本发明的一个实施例，所述噪声系数调节模块包括：第一电容，所述第一电容的第一端与所述斜坡信号发生模块连接，所述第一电容的第二端与所述缓存器连接；第二电容，所述第二电容的第一端与第一直流电源连接，所述第二电容的第二端与所述第一电
容的第二端连接；所述第一电容和/或所述第二电容为可调电容。
11.根据本发明的一个实施例，所述第二电容为可调电容，所述第二电容为电容阵列；所述电容阵列包括多个并联的电容单元，所述电容单元包括串联的第一开关和固定容值的电容；所述第一开关用于接通或断开所述固定容值的电容与所述第一直流电源之间的连接，或用于接通或断开所述固定容值的电容与所述第一电容的第二端之间的连接。
12.根据本发明的一个实施例，所述噪声系数调节模块还包括：第二开关，所述第二开关与所述第一电容并联。
13.根据本发明的一个实施例，所述斜坡信号发生模块包括：电流源阵列，所述电流源阵列的第一端与第二直流电源连接，所述电流源阵列的第二端与所述噪声系数调节模块连接；电阻，所述电阻的第一端与所述电流源阵列的第二端连接，所述电阻的第二端接地。
14.为达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出了一种图像传感器，包括：像素单元、比较器和本发明第一方面实施例所述的斜坡信号发生器，所述像素单元与所述比较器的输入负端连接，所述斜坡信号发生器与所述比较器的输入正端连接。
15.本发明实施例的图像传感器，斜坡信号发生器的电源噪声增益系数和像素单元的源噪声增益系数可在较器的输入端相互抵消，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
16.另外，根据本发明上述实施例提出的图像传感器还可具有如下附加技术特征：
17.根据本发明的一个实施例，所述像素单元包括：第一晶体管，所述第一晶体管的第一极与第一直流电源连接；第二晶体管，所述第二晶体管的第一极与所述第一晶体管的第二极连接；发光二极管，所述发光二极管的阴极接地，所述发光二极管的阳极与所述第二晶体管的第二极连接；第三电容，所述第三电容的第一端与所述第一晶体管的第二极连接，所述第三电容的第二端接地；第三晶体管，所述第三晶体管的第一极与所述第一直流电源连接，所述第三晶体管的控制极与所述第一晶体管的第二极连接；第四晶体管，所述第四晶体管的第一极与所述第三晶体管的第二极连接；电流源，所述电流源的第一端分别与所述第四晶体管的第二极和所述比较器的输入负端连接，所述电流源的第二端接地。
18.根据本发明的一个实施例，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
附图说明
19.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
20.图1是根据本发明一个实施例的斜坡信号发生器的方框示意图；
21.图2是根据本发明一个实施例的斜坡信号发生器的电路拓扑图；
22.图3是根据本发明一个实施例的图像传感器的方框示意图；
23.图4是根据本发明一个实施例的图像传感器的电路拓扑图；
24.图5是图4中所示的像素单元的简化图。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.下面参考附图来描述本发明实施例提出的斜坡信号发生器和图像传感器。
27.图1是根据本发明一个实施例的斜坡信号发生器的方框示意图。如图1所示，该斜坡信号发生器应用于图像传感器，包括：斜坡信号发生模块1和噪声系数调节模块2。
28.其中，斜坡信号发生模块1用于生成并输出第一斜坡信号vramp0其中，第一斜坡信号中含有电源噪声信号v0，并输出第一斜坡信号vramp0和第一噪声信号v0。噪声系数调节模块2用于对第一斜坡信号vramp0和第一噪声信号v0进行噪声系数调节，生成第二斜坡信号vramp，并输出第二斜坡信号vramp。
29.根据本发明的一个实施例，噪声系数调节模块2用于述第一斜坡信号vr0的电源噪声系数调节为与图像传感器的像素单元的电源噪声系数相同。
30.具体地，斜坡信号发生模块1可以生成第一斜坡信号vr0，同时第一斜坡信号vramp01还存在电源噪声，即斜坡信号发生模块1的输出的第一斜坡信号vr0包括斜坡信号vramp0和电源噪声信号vn_vssa，即vr0＝vramp0+vn_vssa。噪声系数调节模块2可以对第一斜坡信号vr0的电源噪声信号vn_vssa的噪声系数进行调节。如果将该斜坡信号发生器应用于图像传感器时，通过噪声系数调节模块2对第一斜坡信号vr0的电源噪声信号vn_vssa的噪声系数进行调节，使斜坡信号发生器的噪声系数与图像传感器的像素单元的噪声系数相同，第二斜坡信号的电源噪声与像素单元的电源噪声相互抵消，从而可以将图像传感器的电源噪声从模拟端减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目的。
31.根据本发明的一个实施例，如图2所示，上述的斜坡信号发生器还可以包括：缓存器3，缓存器3用于对第二斜坡信号vramp进行缓存输出。
32.其中，缓存器3可以起阻抗变换作用，其输入电阻极高，前级电路不需要输出功率，输出电阻极低，负载电阻变化不影响输出电压，从而可以减小信号失真、抗干扰。
33.下面结合具体的实施例描述本发明的实施例提出的斜坡信号发生器的具体工作原理。
34.根据本发明的一个实施例，如图2所示，斜坡信号发生模块1可以包括：电流源阵列idac0和电阻r。其中，电流源阵列idac0的第一端与第二直流电源vdda连接，电流源阵列idac0的第二端与噪声系数调节模块2连接；电阻r的第一端与电流源阵列idac0的第二端连接，电阻r的第二端接地vssa。
35.具体的，电流源阵列idac0的电流逐次开启，在r上产生一个斜坡信号vramp0。假设vssa的噪声为vn_vssa，即电源噪声信号为vn_vssa，则斜坡信号发生模块1的输出信号vr0＝vramp0+vn_vssa。
36.根据本发明的一个实施例，如图2所示，噪声系数调节模块2可以包括：第一电容c1、第二电容c2。其中，第一电容c1的第一端与斜坡信号发生模块1连接，第一电容c2的第二端与缓存器3连接。第二电容c2的第一端与第一直流电源vddp连接，第二电容c2的第二端与第一电容c1的第二端连接。第一电容c1和/或第二电容c2为可调电容。
37.具体的，如图2所示，第一直流电源vddp的噪声为vn_vddp，假设c1＝ac2
38.则：
[0039][0040]
由于vr0＝vramp0+vn_vssa，因此，
[0041][0042]
vn经缓存器3缓存输出后，
[0043][0044]
因此，通过调节噪声系数调节模块2的c1与c2的关系，即调节a的大小，即可调节斜坡信号发生器的电源噪声的增益系数。当该斜坡信号发生器应用于图像传感器时，通过调节a的大小，使斜坡信号发生器的噪声系数与图像传感器的像素单元的噪声系数相同，将第二斜坡信号vramp的电源噪声与像素单元的电源噪声相互抵消，从而可以将图像传感器的电源噪声从模拟端完全减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
[0045]
在本发明的实施例中，如图2所示，第二电容c2可以为可调电容，第二电容c2为电容阵列。电容阵列包括多个并联的电容单元，电容单元包括串联的第一开关k1和固定容值的电容c；第一开关k1用于接通或断开固定容值的电容c与第一直流电源vddp之间的连接，或用于接通或断开固定容值的电容c与第一电容c1的第二端之间的连接。
[0046]
具体的，如图2所示，c2由若干并联的电容单元组成，每一支路分别设置有第一开关k1适于控制每一电容通路的导通，调节k1选择c2的等效电容的大小，进而调节c2与c1的比值，进而调节第二斜坡信号vramp的噪声增益系数。其中，k1可以设置在vddp与c之间，也可设置在c与c1的第二端之间，图2中以，k1可以设置在vddp与c之间为例。
[0047]
根据本发明的一个实施例，如图2所示，噪声系数调节模块2还可以包括：第二开关k2。第二开关k2与所第一电容c1并联，第二开关k2为复位开关。
[0048]
具体地，在进行噪声系数调节前，可以通过闭合第二开关k2对vn进行复位，复位结束后，控制k2断开即可。
[0049]
综上所述，根据本发明实施例的斜坡信号发生器，通过斜坡信号发生模块生成第一斜坡信号和第一噪声信号，并输出第一斜坡信号和第一噪声信号，噪声系数调节模块对第一斜坡信号和第一噪声信号进行噪声系数调节，生成第二斜坡信号，并输出第二斜坡信号。该斜坡信号发生器可以调节输出对电源噪声的增益系数，当该斜坡信号发生器应用于图像传感器时，可以将图像传感器的电源噪声从模拟端完全减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
[0050]
基于上述的斜坡信号发生器，本发明的实施例还提出一种图像传感器。如图3所示，该图像传感器包括：像素单元10、比较器20和上述的斜坡信号发生器30。
[0051]
其中，像素单元10与比较器20的输入负端连接，斜坡信号发生器30与比较器20的输入正端连接。
[0052]
具体地，比较器20可以为差分放大器，具有共模抑制能力。通过斜坡信号发生器30的噪声系数调节模块2调节斜坡信号发生器30的噪声系数，使斜坡信号发生器30的噪声系数与图像传感器的像素单元10的噪声系数相同，由于比较器20具有共模抑制能力，因此，将斜坡信号发生器30的电源噪声与像素单元10的电源噪声可以在比较器20的输入端相互抵
消，从而可以将图像传感器的电源噪声从模拟端完全减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
[0053]
根据本发明的一个实施例，如图4所示，像素单元10可以包括：第一晶体管m1、第二晶体管m2、发光二极管led、第三电容c3、第三晶体管m3、第四晶体管m4和电流源ibias。
[0054]
其中，第一晶体管m1的第一极与第一直流电源vddp连接；第二晶体管m2的第一极与第一晶体管m1的第二极连接；发光二极管led的阴极接地，发光二极管led的阳极与第二晶体管m2的第二极连接；第三电容c2的第一端与第一晶体管m1的第二极连接，第三电容c2的第二端接地；第三晶体管m3的第一极与第一直流电源vddp连接，第三晶体管m3的控制极与第一晶体管m1的第二极连接；第四晶体管m4的第一极与第三晶体管m3的第二极连接；电流源ibias的第一端分别与第四晶体管m4的第二极和比较器20的输入负端连接，电流源ibias的第二端接地vssa。
[0055]
具体地，图5为图4中所示的像素单元的图简图。c4和c3是fd到vddp和vssa的等效电容，由版图走线寄生和m1、m2及m3的寄生电容构成。
[0056]
fd除固有电压为vsig0，第一直流电源vddp的噪声为vn_vddp，vssa的噪声为vn_vssa，假设c3＝bc4，则：
[0057][0058][0059]
则
[0060]
由上述可以知道，
[0061]
如果a＝b，即那么，vramp和vpix的噪声系数相同，即斜坡信号发生器30的噪声系数与图像传感器的像素单元10的噪声系数相同，由于比较器20具有共模抑制能力，因此，将斜坡信号发生器30的电源噪声与像素单元10的电源噪声可以在比较器20的输入端相互抵消，从而可以将图像传感器的电源噪声从模拟端减掉，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
[0062]
在本发明的实施例中，第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3和第四晶体管m4可以为金属氧化物半导体场效应晶体管，即mos(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)管。
[0063]
综上所述，本发明实施例的图像传感器，斜坡信号发生器的电源噪声增益系数和像素单元的源噪声增益系数可在较器的输入端相互抵消，起到抗电源干扰、减小图像噪声、提高图像质量的目。
[0064]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0065]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0066]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0067]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0068]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。