比较器、读出电路及图像传感器的制作方法

本发明涉及图像传感器，尤其涉及一种比较器、读出电路及图像传感器。

背景技术：

1、cmos图像传感器在各类应用中的要求分辨率、帧率不断提高，并且功耗也随之不断提高，温度的升高到来很多问题，例如像素暗电流噪声的升高、封装任散热问题等，都会直接应用最终的成像质量。

2、现有技术中cmos图像传感器的读出电路是以并行模数转换器为主的架构，要降低cmos图像传感器的整体功耗，最重要的就是降低模数转换器的功耗，而模数转换器的功耗主要来源于比较器，传统比较器需要再持续的静态电流下才能保证正常工作，消耗较大的功耗。

3、因此，有必要提供一种新型的比较器、读出电路及图像传感器以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种比较器、读出电路及图像传感器，降低了功耗。

2、为实现上述目的，本发明的所述比较器，包括第一级放大电路和第二级放大电路，所述第一级放大电路包括输入放大单元、有源负载单元、有源负载复位单元和可变电流提供单元，所述输入放大单元用于对第一比较数据和第二比较数据进行放大，所述有源负载单元用于在所述输入放大单元的作用下输出驱动电压，所述有源负载复位单元用于对所述有源负载单元进行复位，所述可变电流提供单元用于为所述输入放大单元和所述有源负载单元提供可变的电流，所述第二级放大电路包括共源放大管和输出单元，所述共源放大管的栅极接所述驱动电压，以在所述驱动电压为低电平时导通，使所述输出单元输出高电平，在所述驱动电压为高电平时关断，使所述输出单元输出低电平。

3、可选地，所述可变电流提供单元包括第一nmos管、第二nmos管和第一电容，所述第一nmos管的漏极与所述输入放大单元连接，所述第一nmos管的源极与所述第二nmos管的漏极和所述第一电容的一端连接，所述第二nmos管的源极接地，所述第一电容的另一端接地，所述第一nmos管的栅极接第一控制信号，所述第二nmos管的栅极接第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号互为反信号。

4、可选地，所述输入放大单元包括第三nmos管、第四nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第二电容和第三电容，所述第三nmos管源极和所述第四nmos管的源极均与所述第一nmos管的漏极连接，所述第三nmos管的漏极与所述第一pmos管的源极连接，所述第三nmos管的栅极与所述第一pmos管的漏极和所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接第一比较数据，所述第四nmos管的漏极与所述第二pmos管的源极连接，所述第四nmos管的栅极与所述第二pmos管的漏极和所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接第二比较数据，所述第一pmos管的栅极和所述第二pmos管的栅极接比较器复位信号。

5、可选地，所述有源负载单元包括第三pmos管和第四pmos管，所述第三pmos管的源极和所述第四pmos管的源极均接电源电压，所述第三pmos管的栅极与所述第三pmos管的漏极、所述第三nmos管的漏极和所述第四pmos管的栅极连接，所述第四pmos管的漏极与所述第四nmos管的漏极和所述源放大管的栅极连接。

6、可选地，所述有源负载复位单元包括第五pmos管、第六pmos管和第四电容，所述第五pmos管的源极和所述第六pmos管的源极均接电源电压，所述第五pmos管的漏极与所述第三pmos管的漏极连接，所述第六pmos管的漏极与所述第四pmos管的漏极和所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地，所述第五pmos管的栅极和所述第六pmos管的栅极均接第三控制信号。

7、可选地，所述输出单元包括第五nmos管、第六nmos管和第五电容，所述第五nmos管的漏极与所述共源放大管的漏极连接，所述第五nmos管的源极与所述第六nmos管的漏极和所述第五电容的一端连接，作为所述比较器的输出端，所述第六nmos管的源极和所述第五电容的另一端接地，所述第五nmos管的栅极接第四控制信号，所述第六nmos管的栅极接第五控制信号。

8、本发明还提供了一种读出电路，包括计数器和所述比较器，所述比较器的输出端与所述计数器的输入端连接。

9、本发明还提供了一种图像传感器，包括像素阵列、时序控制模块、译码驱动模块、斜坡发生器、输出模块和至少一个所述读出电路，所述像素阵列用于采集光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述时序控制模块用于控制所述译码驱动模块、所述斜坡发生器、所述读出电路以及所述输出模块的工作时序；所述译码驱动模块用于驱动所述像素阵列，所述斜坡发生器用于产生斜坡信号；所述读出电路用于将所述电信号转换为数字信号；所述输出模块用于将所述数字信号转换为图像并输出。

10、本发明的有益效果在于：所述第一级放大电路包括输入放大单元、有源负载单元、有源负载复位单元和可变电流提供单元，所述输入放大单元用于对第一比较数据和第二比较数据进行放大，所述有源负载单元用于在所述输入放大单元的作用下输出驱动电压，所述有源负载复位单元用于对所述有源负载单元进行复位，所述可变电流提供单元用于为所述输入放大单元和所述有源负载单元提供可变的电流，所述第二级放大电路包括共源放大管和输出单元，所述共源放大管的栅极接所述驱动电压，以在所述驱动电压为低电平时导通，使所述输出单元输出高电平，在所述驱动电压为高电平时关断，使所述输出单元输出低电平，极大地降低了功耗。

技术特征：

1.一种比较器，其特征在于，包括第一级放大电路和第二级放大电路，所述第一级放大电路包括输入放大单元、有源负载单元、有源负载复位单元和可变电流提供单元，所述输入放大单元用于对第一比较数据和第二比较数据进行放大，所述有源负载单元用于在所述输入放大单元的作用下输出驱动电压，所述有源负载复位单元用于对所述有源负载单元进行复位，所述可变电流提供单元用于为所述输入放大单元和所述有源负载单元提供可变的电流，所述第二级放大电路包括共源放大管和输出单元，所述共源放大管的栅极接所述驱动电压，以在所述驱动电压为低电平时导通，使所述输出单元输出高电平，在所述驱动电压为高电平时关断，使所述输出单元输出低电平。

2.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述可变电流提供单元包括第一nmos管、第二nmos管和第一电容，所述第一nmos管的漏极与所述输入放大单元连接，所述第一nmos管的源极与所述第二nmos管的漏极和所述第一电容的一端连接，所述第二nmos管的源极接地，所述第一电容的另一端接地，所述第一nmos管的栅极接第一控制信号，所述第二nmos管的栅极接第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号互为反信号。

3.根据权利要求2所述的比较器，其特征在于，所述输入放大单元包括第三nmos管、第四nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第二电容和第三电容，所述第三nmos管源极和所述第四nmos管的源极均与所述第一nmos管的漏极连接，所述第三nmos管的漏极与所述第一pmos管的源极连接，所述第三nmos管的栅极与所述第一pmos管的漏极和所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接第一比较数据，所述第四nmos管的漏极与所述第二pmos管的源极连接，所述第四nmos管的栅极与所述第二pmos管的漏极和所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接第二比较数据，所述第一pmos管的栅极和所述第二pmos管的栅极接比较器复位信号。

4.根据权利要求3所述的比较器，其特征在于，所述有源负载单元包括第三pmos管和第四pmos管，所述第三pmos管的源极和所述第四pmos管的源极均接电源电压，所述第三pmos管的栅极与所述第三pmos管的漏极、所述第三nmos管的漏极和所述第四pmos管的栅极连接，所述第四pmos管的漏极与所述第四nmos管的漏极和所述源放大管的栅极连接。

5.根据权利要求4所述的比较器，其特征在于，所述有源负载复位单元包括第五pmos管、第六pmos管和第四电容，所述第五pmos管的源极和所述第六pmos管的源极均接电源电压，所述第五pmos管的漏极与所述第三pmos管的漏极连接，所述第六pmos管的漏极与所述第四pmos管的漏极和所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地，所述第五pmos管的栅极和所述第六pmos管的栅极均接第三控制信号。

6.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述输出单元包括第五nmos管、第六nmos管和第五电容，所述第五nmos管的漏极与所述共源放大管的漏极连接，所述第五nmos管的源极与所述第六nmos管的漏极和所述第五电容的一端连接，作为所述比较器的输出端，所述第六nmos管的源极和所述第五电容的另一端接地，所述第五nmos管的栅极接第四控制信号，所述第六nmos管的栅极接第五控制信号。

7.一种读出电路，其特征在于，包括计数器和如权利要求1～6任意一项所述的比较器，所述比较器的输出端与所述计数器的输入端连接。

8.一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列、时序控制模块、译码驱动模块、斜坡发生器、输出模块和至少一个如权利要求7所述的读出电路，所述像素阵列用于采集光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述时序控制模块用于控制所述译码驱动模块、所述斜坡发生器、所述读出电路以及所述输出模块的工作时序；所述译码驱动模块用于驱动所述像素阵列，所述斜坡发生器用于产生斜坡信号；所述读出电路用于将所述电信号转换为数字信号；所述输出模块用于将所述数字信号转换为图像并输出。

技术总结
本发明提供了一种比较器、读出电路及图像传感器，所述比较器包括第一级放大电路和第二级放大电路，第一级放大电路包括输入放大单元、有源负载单元、有源负载复位单元和可变电流提供单元，输入放大单元用于对第一比较数据和第二比较数据进行放大，有源负载单元用于在输入放大单元的作用下输出驱动电压，有源负载复位单元用于对有源负载单元进行复位，可变电流提供单元用于为输入放大单元和有源负载单元提供可变的电流，第二级放大电路包括共源放大管和输出单元，共源放大管的栅极接驱动电压，以在驱动电压为低电平时导通，使输出单元输出高电平，在驱动电压为高电平时关断，使输出单元输出低电平，极大地降低了功耗。

技术研发人员：蔡化,夏天,陈飞,陈正,王勇
受保护的技术使用者：成都微光集电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24