通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减的制作方法

通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减的制作方法
【专利摘要】本申请案涉及通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减。斜坡产生器包含供电电压采样电路，所述供电电压采样电路经耦合以在黑色信号读出期间采样黑色信号供电电压，且在像素单元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压。第一积分器电路接收经缓冲的参考电压，及所述供电电压采样电路的输出。第一及第二开关耦合在所述第一积分器电路与第一电容器之间以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器。第二积分器电路耦合到所述第一电容器以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由模/数转换器接收。响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差来调整所述输出斜坡信号的起始值。
【专利说明】
通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减
技术领域
[0001] 本发明大体上设及图像传感器。更特定来说，本发明的实例设及从图像传感器像 素单元读出图像数据的电路。
【背景技术】
[0002] 图像传感器已变得无处不在。它们广泛应用于数码相机，蜂窝电话、安全摄像机， W及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器（且尤其是互补金属氧化物半导体 (C0MS)图像传感器)的技术已持续W迅猛的速度进步。举例来说，对更高分辨率及更低能耗 的需求已促进CMOS图像传感器的进一步微型化及集成化。
[0003] 在常规CMOS有源像素传感器中，从光敏装置(例如，光电二极管)转移图像电荷且 所述图像电荷被转换成浮动扩散节点上的像素单元内部的电压信号。在常规CMOS图像传感 器中，放大器(例如，源极跟随器电路)用于像素单元中W放大所述浮动扩散节点上的信号， W将图像数据输出到位线，所述图像数据由列读出电路读取。受像素单元的设计及布局约 束的限制，源极跟随器电路可受不合意的电源抑制比（例如，-20地）的影响。不合意的电源 抑制比可带来许多挑战，包含可进入输出信号路径的来自电源的噪声。此外，电源的链波可 造成所捕获的图像中的非所要的水平链波。

【发明内容】

[0004] -方面，本申请案设及一种用于在图像传感器的读出电路中使用的斜坡产生器。 所述斜坡产生器包括:供电电压采样电路，其禪合到所述图像传感器的像素单元W在所述 像素单元的黑色信号读出期间采样所述像素单元的黑色信号供电电压，且W在所述像素单 元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压;第一积分器电路，其具有 第一输入，所述第一输入经禪合W接收经缓冲的参考电压;及第二输入，所述第二输入禪合 到所述供电电压采样电路的输出；第一开关，其禪合在所述第一积分器电路的所述第一输 入与第一电容器之间；第二开关，其禪合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器 之间，其中所述第一及第二开关经切换W将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供 电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器；W及第二积分器电路，其禪合到所述第一 电容器，其中所述第二积分器电路经禪合W产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经禪合 W由模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间 的所述差而调整所述输出斜坡信号的起始值。
[0005] 另一方面，本申请案设及一种成像系统。所述成像系统包括:像素阵列，其包含多 个像素单元，所述多个像素单元经组织成多个行及列W用于捕获图像数据;控制电路，其禪 合到所述像素阵列W控制所述像素阵列的操作；W及读出电路，其禪合到所述像素阵列W 从所述像素单元读出所述图像数据。所述读出电路包含:感测放大器电路，其禪合到位线， 所述位线禪合到所述像素阵列的所述多个列中的一者W采样图像数据;模/数转换器，其禪 合到所述感测放大器电路W转换由所述感测放大器电路感测的所述图像数据；W及斜坡产 生器，其经禪合w产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经禪合w由所述模/数转换器接 收。所述斜坡产生器包含:供电电压采样电路，其禪合到所述像素阵列W在所述像素阵列的 黑色信号读出期间采样所述像素阵列的黑色信号供电电压，且W在所述像素阵列的图像信 号读出期间采样所述像素阵列的图像信号供电电压;第一积分器电路，其具有第一输入，所 述第一输入经禪合W接收经缓冲的参考电压;及第二输入，所述第二输入禪合到所述供电 电压采样电路的输出；第一开关，其禪合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电 容器之间；第二开关，其禪合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所 述第一及第二开关经切换W将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间 的差的信号传送到所述第一电容器；W及第二积分器电路，其禪合到所述第一电容器，其中 所述第二积分器电路经禪合W产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经禪合W由所述 模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所 述差而调整输出斜坡信号的起始值。
【附图说明】
[0006] 参考W下诸图描述本发明的非限制性及非穷尽实施例，其中相似参考数字贯穿各 种视图是指相似部分，除非另有规定。
[0007] 图1为说明根据本发明的教示的包含具有像素单元及读出电路W提高位线中的电 源抑制比的像素阵列的实例成像系统的框图。
[000引图2为说明根据本发明的教示的禪合到包含禪合到模/数转换器的斜坡产生器(其 通过补偿像素单元的AVDD电源的变化来提高像素单元的电源抑制比）的读出电路的像素单 元的一个实例的示意图。
[0009] 图3为说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统 的读出电路中的斜坡产生器的一个实例的示意图。
[0010] 图4说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统的 读出电路中的实例斜坡产生器中的信号的时序图。
[0011] 对应参考字符贯穿图式的若干视图指示对应组件。所属领域的技术人员应了解， 图中的元件出于简单及清楚的目的而说明，且未必是按比例绘制。举例来说，图中一些元件 的尺寸相对于其它元件可被夸大W帮助提高对本发明的各种实施例的理解。此外，为了促 进对本发明的运些各种实施例的更少的理解障碍，通常不描绘在商业上可行的实施例中有 用的或必要的普通但众所周知的元件。
【具体实施方式】
[0012] 在W下描述中，阐述众多特定细节W便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域 的技术人员将清楚，无需使用特定细节来实践本发明。在其它情况下，尚未详细描述众所周 知的材料或方法W避免混淆本发明。
[OOU]贯穿本说明书的对"一个实施例"、"一实施例"、"一个实例"或"一实例"的参考意 指结合实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。 因此，贯穿本说明书的各种地方的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、"一个实例"或 "一实例"的出现未必皆是指同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可W任 何合适组合及/或子组合的方式组合特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含 于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其它合适组件中。此外，所属 领域的技术人员应了解，在此所提供给的图出于解释目的且未必按比例绘制图式。
[0014] 根据本发明的教示的实例描述斜坡产生器，其经禪合W向包含于图像传感器读出 电路中的模/数转换器提供斜坡信号。在一个实例中，所述斜坡产生器包含供电电压采样电 路，其经禪合W在像素单元的黑色信号读出期间采样所述像素单元的黑色信号供电电压， 且在所述像素单元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压。所述图像 信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差用W确定电源中链波的量。第一积分器电 路禪合到所述供电电压采样电路的输出。第一及第二开关禪合在所述第一积分器电路与第 一电容器之间。所述第一及第二开关经切换W将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信 号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器。第二积分器电路禪合到所述第一电容 器W产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经禪合W由所述图像传感器读出电路中的模/ 数转换器接收。响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差而调整所 述输出斜坡信号的起始值。通过响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之 间的差而调整所述输出斜坡信号的起始值，供电电压中的链波得到补偿，其因此提供根据 本发明的教示的所述图像传感器中的提高的电源抑制比。
[0015] 为了说明，图1为说明根据本发明的教示的包含具有像素单元及读出电路W提高 位线中的电源抑制比的像素阵列的实例成像系统的框图。如所展示，图1描绘根据本发明的 教示的包含具有提供提高的电源抑制比的斜坡产生器的读出电路104的图像感测系统100 的一个实例。如在所描绘的实例中所展示，成像系统100包含像素阵列102,其禪合到控制电 路108;及读出电路104,其禪合到功能逻辑106。
[0016] 在一个实例中，像素阵列102为成像传感器或像素单元（例如，像素单元P1、P2、 P3、……、Pn)的二维(2D)阵列。在一个实例中，每一像素单元为C0MS成像像素。如所说明，将 每一像素布置成行(例如，行R巧化y)及列（例如，列C巧ijCx似获取人员、位置、对象等等的 图像数据，其能够随后用于呈现人员、位置、对象等等的2D图像。
[0017] 在一个实例中，在每一像素单元已累积其图像数据或图像电荷之后，所述图像数 据由读出电路104通过列位线110读出且随后传送到功能逻辑106。在各种实例中，读出电路 104可包含额外放大电路、采样电路、额外模/数(ADC)转换电路或其它电路。功能逻辑106可 仅存储图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整 对比度或W其它方式)操纵图像数据。在一个实例中，读出电路104可沿读出列位线110-次 读出一行图像数据（已说明）或可使用各种其它技术读出图像数据(未说明），例如，串行读 出或同时完全并行读出全部像素。
[0018] 在一个实例中，控制电路108禪合到像素阵列102W控制像素阵列102的操作特性。 举例来说，控制电路108可产生用于控制图像获取的快口信号。在一个实例中，所述快口信 号为全局快口信号，其用于同时使像素阵列102内的所有像素能够在单一获取窗口期间同 时捕获其相应图像数据。在另一实例中，所述快口信号为滚动快口信号，使得像素的每一 行、列或群组在连续获取窗口期间被循序地启用。
[0019] 图2为说明根据本发明的教示的禪合到包含禪合到模/数转换器的斜坡产生器(其 通过补偿像素单元的AVDD电源的链波或变化来提高像素单元的电源抑制比）的读出电路的 像素单元的一个实例的示意图。特定来说，图2展示根据本发明的教示的禪合到具有读出架 构(其补偿像素阵列202的像素单元212的AVDD电源的链波或变化)的读出电路204的列的像 素阵列202的像素单元212的一个实例的示意图。应注意，图2的像素单元212、像素阵列202 及读出电路204可为图1的实例像素单元P1、P2、……、Pn，像素阵列102及读出电路104,且下 文参考的类似命名及编号的元件因此类似于如上文所描述而禪合及起作用。
[0020] 在图2所描绘的实例中，说明像素单元212为四晶体管(4T)像素单元。应了解，像素 单元212为用于实施像素阵列202内的每一像素单元的像素电路架构的一个可能实例。然 而，应了解，未必将根据本发明的教示的其它实例限于4T像素架构。受益于本发明的所属领 域的技术人员应理解，本教示还适用于根据本发明的教示的3T设计、5T设计及各种其它像 素单元架构。
[0021] 在图2所描绘的实例中，像素单元212包含光敏元件(其也可被称作累积图像电荷 的光电二极管(PD)214)、转移晶体管T1 216、复位晶体管T2 218、浮动扩散(FD)节点222、放 大器晶体管（其说明为源极跟随器（SF)晶体管T3 224)及行选择晶体管T4 226。在操作期 间，转移晶体管T1 216接收转移信号TX，其选择性的将在光敏元件PD 214中累积的图像电 荷转移到浮动扩散FD节点222。
[0022] 如在所说明的实例中所展示，复位晶体管T2 218禪合在供电电压AVDD 220与浮动 扩散节点FD 222之间W响应于复位信号RST而复位像素单元212中的电平（例如，将浮动扩 散节点FD 222及光敏元件PD 214放电或充电到预设电压）。浮动扩散节点FD 222经禪合W 控制放大器晶体管SF T3 224的栅极。放大器晶体管SF T3 224禪合在供电电压AVDD 220与 行选择晶体管RS T4 226之间。放大器晶体管SF T3 224作为源极跟随器放大器而操作，从 而提供到浮动扩散节点FD 222的高阻抗连接。行选择晶体管RS T4 226响应于行选择信号 RS而选择性地将像素单元212的图像数据输出禪合到读出列位线210。在所说明的实例中， 位线210经禪合W选择性地从像素阵列202的一列读出图像数据。
[0023] 图2中所描绘的实例还说明读出电路204的列，其包含感测放大器电路228,感测放 大器电路228禪合到位线210W从像素阵列202的像素单元212读出图像数据。在一个实施例 中，用感测放大器电路228感测的图像数据可被采样，且随后输出到模/数转换器230,模/数 转换器230转换从感测放大器电路228接收的经感测的模拟图像数据。
[0024] 在一个实例中，模/数转换器230也经禪合W从斜坡产生器232接收参考斜坡信号 Ramp_out 234。在模/数转换器230的转换过程期间，参考斜坡信号Ramp_out 234从起始值 减小（或增大）。在一个实例中，模/数转换器230响应于参考斜坡信号Ramp_out 234信号及 从感测放大器电路228接收的模拟图像数据信号而在转换过程完成之后输出数字图像数据 238信号。在一个实例中，数字图像数据238随后可由功能逻辑106(如图1中所展示)接收。
[0025] 如下文将更详细论述，根据本发明的教示，可由斜坡产生器232通过调整参考斜坡 信号Ramp_out 234的起始值来补偿发生在AVDD供电电压220中的变化或链波，W提高电源 抑制比。在实例中，根据本发明的教示，AVDD供电电压220中的链波越大，对参考斜坡信号 Ramp_out 234的起始值的调整就越大。
[0026] 在一个实例中，斜坡产生器232响应于参考带隙电压Vbg236及从像素阵列202的像 素单元220接收的AVDD供电电压220而产生参考斜坡信号Ramp_out 234。如将论述，根据本 发明的教示，由斜坡产生器232通过寻找在从像素阵列202读出黑色信号时与从像素阵列 202读出图像信号时之间的AVDD供电电压220中的差来确定AVDD供电电压220中的变化或链 波。
[0027] 为了说明，图3为说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图 像感测系统的读出电路中的斜坡产生器332的一个实例的示意图。应注意，图3的斜坡产生 器332可为图2的斜坡产生器232的实例，且下文参考的类似命名及编号的元件因此类似于 如上文所描述而禪合及起作用。
[0028] 如在所描绘的实例中所展示，斜坡产生器332包含供电电压采样电路340,其禪合 到图像传感器的像素单元312W在像素单元312的黑色信号读出期间采样像素单元312的 AV孤供电电压320的黑色信号供电电压值。此外，供电电压采样电路340也适于在像素单元 312的图像信号读出期间采样像素单元312的AVDD供电电压320的图像信号供电电压值。随 后可确定差(在本发明中指A AVDD):
[0029] Δ AVDD = V_avdd_si 即 al-V_avdd_black (等式 1)
[0030] 其中V_av(M_signal为在像素单元312的图像信号读出期间的像素单元312的AVDD 供电电压320的图像信号供电电压值，且其中￥_曰乂(1(1_61曰〇4为在像素单元312的黑色信号读 出期间的像素单元312的AVDD供电电压320的黑色信号供电电压值。在实例中，所述图像信 号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的A AVDD差可用W确定像素单元312的AVDD电源 中的链波或变化。
[0031] 在一个实例中，供电电压采样电路340包含感测放大器SA1 342,其经禪合W从像 素单元312接收供电电压AVDD 320。在实例中，感测放大器SA1 342为单输入/单输出放大器 0P2，其具有单反相输入端子且不具有非反相端子(即，无 V'端子）。因此，在实例中，感测放 大器SA1 342具有负增益al，其用W匹配真实信号路径。
[0032] 图3中所描绘的实例还展示供电电压采样电路340包含均衡开关EQ 346,均衡开关 EQ 346禪合在感测放大器SA1 342的输入与感测放大器SA1 342的输出之间。在操作中，均 衡开关EQ 346可闭合或接通W在黑色信号供电电压的采样之前（即，在采样V_avdd_black 之前)均衡感测放大器SA1 342的输出与感测放大器SA1 342的输入。
[0033] 在所描绘的实例中，图3还展示供电电压采样电路340包含供电电压采样开关SP0 348,其禪合在感测放大器SA1 342的输出与感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350之间。
[0034] 如在图3中所描绘的实例中所展示，第一积分器电路354具有第一输入，其经禪合 W接收经缓冲的参考电压Vbg_buf 368。在一个实例中，经缓冲的参考电压Vbgjxif 36圳向 应于参考带隙电压Vbg336而具备电压跟随器禪合的运算放大器0P1 370。例如，如在实例中 所展示，参考带隙电压Vbg336被采样到电容器C1 372上，电容器C1 372响应于Samp_vrn 374 信号而禪合到运算放大器0P1 370的非反相（ν'）端子。运算放大器0P1 370的输出禪合到 运算放大器0Ρ1 370的反相Γ-")端子，其因此将运算放大器0Ρ1 370配置为电压跟随器。因 而，在运算放大器0Ρ1 370的输出处提供经缓冲的参考电压Vbgjxif 368到第一积分器电路 354的第一输入。
[0035] 在图3中所展示的实例中，第一积分器电路354还包含第二输入，其禪合到供电电 压采样电路340的输出。特定来说，所描绘的实例展示第一积分器电路354包含第一积分器 禪合的运算放大器0P3 356,其包含第一输入，所述第一输入通过第Ξ电容器C4 352电容禪 合到供电电压采样电路340。在实例中，第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的第一输入 为反向（)输入。第一积分器禪合的运算放大器OPS 356的第一输入通过第四电容器巧 358进一步电容禪合到第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的输出。如在实例中所展示， 第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的第二输入经禪合W接收经缓冲的参考电压Vbg_ buf 368。在实例中，第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的第二输入为非反相Γ+")输 入。在所描绘的实例中，第一积分器输出电容器C6 362禪合到第一积分器电路354的输出， 如所展示。
[0036] 图3中所展示的实例说明第一积分器电路354还包含第一积分器均衡开关AZ1 360,其禪合在第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的第一输入(即，第一积分器禪合的运 算放大器0P3 356的反相端子)与输出之间。如下文将进一步详细论述，第一积分器均衡开 关AZ1 360经调适为接通，同时采样黑色信号供电电压（即，V_avdd_black)。此外，在采样黑 色信号供电电压之后，第一积分器均衡开关AZ1 360经调适为断开。
[0037] 图3中所说明的实例还展示第一开关T_cvdn_b 364,其禪合在第一积分器电路354 的第二输入与第一电容器C7 378之间。第二开关T_cvdn 366禪合在第一积分器电路354的 输出与第一电容器口 378之间。如下文将论述，第一开关T_cvdn_b 364及第二开关T_cvdn 366经调适(为接通及断开）W将表示Δ AVDD(即，所述图像信号供电电压与所述黑色信号供 电电压之间的差)的信号传送到第一电容器C7 378。
[0038] 在操作中，当第二开关T_cvdn 366断开时，第一开关T_cvdn_b 364经调适为接通。 类似地，当第二开关T_cvdn 366接通时，第一开关T_cvdn_b 364经调适为断开。当第一开关 T_cvdn_b 364接通时，表示所述黑色信号供电电压（即，V_avdd_black)的信号被传送到第 一电容器C7 378。当第二开关T_cvdn 366接通时，表示 AAVDD(即，V_avdd_si即al-V_avdd_ black)的信号被传送到第一电容器C7 378。
[0039] 如在图3中所描绘的实例中所展示，第一电容器C7 378禪合到第二电容器C8 380。 第一电容器C7 378及第二电容器C8 380包含于电容分压器376中。在实例中，电容分压器 376的第一电容器口 378与第二电容器C8 380的电容比匹配像素单元312的供电电压AVDD 320与像素单元312的位线输出比的比。例如，在一个实例中，第一电容器C7 378与第二电容 器C8 380的电容比为1:6,如图3中所说明。
[0040] 如在实例中所展示，第二积分器电路384禪合到第一电容器C7 378及第二电容器 C8 380。第二积分器电路384经禪合W产生输出斜坡信号Ramp_out 334,输出斜坡信号 Ramp_out 334经禪合W由模/数转换器(其可(例如)为图2中所说明的模/数转换器230)接 收。应了解，图3的输出斜坡信号Ramp_out 334可因此为图2的参考斜坡信号Ramp_out 234 的实例。如将论述，响应于A AVDD而调整输出斜坡信号334的起始值，其根据本发明的教示 补偿AV孤供电电压320中的链波或变化，且因此提高电源抑制比。
[0041] 在图3所描绘的实例中，第二积分器电路384包含第二积分器禪合的运算放大器 0P4 388,其包含第一输入，所述第一输入禪合到第一电容器C7 378W接收斜坡产生器输入 参考信号382。第二积分器禪合的运算放大器0P4 388的第二输入通过第五电容器C9 392电 容禪合到第二积分器禪合的运算放大器0P4 388的输出。在一个实例中，第二积分器禪合的 运算放大器0P4 388的所述第二输入进一步经禪合W接收恒定输入信号IN 386。例如，在一 个实例中，恒定输入信号IN 386经禪合W从恒定电流源被接收。在实例中，第二积分器禪合 的运算放大器0P4 388的所述输出经禪合W提供输出斜坡信号Ramp_out 334,其在一个实 例中经禪合W由模/数转换器(例如，图2的模/数转换器230)接收。
[0042] 在图3所描绘的实例中，第二积分器均衡开关Ramp_en 390禪合在第二积分器禪合 的运算放大器0P4 388的所述第二输入与所述输出之间。在实例中，第二积分器均衡开关 Ramp_en 390经调适为接通W均衡第二积分器均衡开关Ramp_en 390的第二输入与输出。在 实例中，响应于第二积分器均衡开关Ramp_en 390可启用或禁用输出斜坡信号Ramp_out 334的操作。
[0043] 图4说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统的 读出电路中的实例斜坡产生器中的信号的时序图490。应注意，图4的时序图490中所说明的 信号可为在操作期间的关于图3的斜坡产生器332所描述的元件中发现的对应信号的实例。 相应地，应了解，下文参考的类似命名及编号的元件因此类似于如上文所描述而禪合及起 作用。此外，应了解，下文使用指示断言/解除断言、打开/关闭等等的术语高/低或接通/断 开来描述数字逻辑信号。当然应注意，所属领域的技术人员应了解，在其它实例中，根据本 发明的教示，可颠倒逻辑电路的极性且因此使本文所描述的信号反相W实现类似或等效功 能。
[0044] 如时序图498中所展示，在时间T0，EQ 446信号为高，其因此初始化在感测放大器 SA1 342的输出处的电压W等于感测放大器SA1 342的输入。此经均衡的SA1电压为Va494在 时间TO的初始电压，其为跨越感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350的电压。
[0045] AZ1 360信号在时间TO也为高，其因此初始化在第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的输出处的电压W等于第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的第一输入（即，反相输 入）。在实例中，第一积分器禪合的运算放大器0P3 356在操作期间均衡所述第一输入与所 述第二输入（即，反相输入与非反相输入)之间的电压差。由于第一积分器禪合的运算放大 器0P3 356的第二输入禪合到经缓冲的参考电压Vbgjxif 368,因此所述第一输入因此也被 设定为经缓冲的参考电压Vbgjxif 368。此经缓冲的参考电压Vbgjxif 368因此为如所展示 的Vb496的恒定电压，其为在第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的第一输入处的电压。
[0046] 在时间T1，EQ 446信号变为低，其因此使感测放大器SA1 342能够开始采样AVDD供 电电压320,同时开关SP0信号448为高。在实例中，像素312在此时正读出黑色信号，且从 AV孤供电电压320采样的信号因此为黑色信号供电电压，其也可被称作￥_曰乂(1(1_61曰〇4。
[0047] 在时间T2,开关SP0信号448变为低，其因此完成将所述黑色信号供电电压（V_ avdd_black)采样到感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350。
[004引在时间T3，Samp_vrn 474信号从高变为低，其因此完成将化η电压采样到第二电容 器C8 380, W及将参考带隙电压Vbg336采样到电容器C1 372。在所描绘的实例中，应注意，被 采样到第二电容器C8 380的化η电压为如所展示的Ramp_out 434信号的电压。
[0049] 在时间T4，AZ1 460信号从高变为低，其因此使第一积分器禪合的运算放大器0P3 356能够积分。在实例中，其中AZ1 460信号现在断开，第一开关T_cvdn_b 464信号接通，且 第二开关了_。乂血466断开，黑色信号供电电压（即，V_avckl_black)被传送到第一电容器C7 378。
[0050] 在时间巧，SP0 448再次从低变为高，其因此使感测放大器SA1 342能够再次开始 采样AVDD供电电压320。在实例中，像素312在此时正读出图像信号，且从AV孤供电电压320 采样的信号因此为图像信号供电电压，其也可被称作V_avdd_signal。当图像信号供电电压 V_avcM_signal被采样到输出电容器C3 350时，电压Va494升高(如所展示）。
[0051]在时间T6,开关SP0信号448变为低，其因此完成将图像信号供电电压（V_avdd_ signal)采样到感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350上。在此时，跨越输出电容器C3 350的电压Va494已变为：
[0化2] Va=经均衡的 SAl-alXAAVDD (等式 2)
[0053] 其中al为感测放大器SA1 342的增益的绝对值，其用W匹配真实信号路径，且Δ AVDD为图像信号供电电压(V_avdd_signal)与黑色信号供电电压(V_avdd_black)之间的 差。此外，在此时，当AZ1 460信号断开时，第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的输出可 描述如下：
[0054] V〇p3_out = Vbg_buf-AAVDDX(C4/C5)(等式 3)
[0055] 其中Vop3_out为在第一积分器禪合的运算放大器0P3 356的输出处的电压，Vbg_ buf为经缓冲的参考电压Vbg_buf 368, AAVDD为图像信号供电电压(V_avdd_signal)与黑 色信号供电电压(V_avdd_black)之间的差，C4为第Ξ电容器C4 352的电容，且巧为第四电 容器巧358的电容。
[0056]在时间T7,第一开关1'_(3乂血_6 464信号从高变为低，且第二开关T_cvdn 466信号 从低变为高。在实例中，AZ1 460信号断开，图像信号供电电压与黑色信号供电电压之间的 差（即，Δ AVDD = V_avdd_signa 1 -V_avdd_b 1 ack)被传送到第一电容器C7 378。如在图4中所 展示，现在时间T7将Δ AVDD传送到第一电容器C7 378,将Ramp_out 434信号的电压从Vrn调 整到
[0 化 7] Ramp_out =化η+δΧΔΑν 孤（等式 4)
[005引其中化η为在响应于Δ AVDD而被调整之前的Ramp_out 424信号的电压。根据W下 等式来确定乘数δ
[0化9]
[0060] 其中C7为第一电容器C7 378的电容，且C8为电容分压器376的第二电容器C8 380 的电容，其用W匹配供电电压AVDD与位线输出比的比。因此应了解，A AV孤越大，AVDD供电 电压链波就越大，且对Ramp_out 424信号的起始值的调整就越大，W根据本发明的教示补 偿电源中的变化且提高电源抑制比。此外，如果不存在A AVDD，那么不存在AV孤供电电压链 波，且不存在对Ramp_out 424信号的起始值的调整。
[0061 ] 在时间T8,接通斜坡启用Ramp_en 490信号，其使Ramp_out 424信号能够开始产生 斜坡（如所展示）。在一个实例中，Ramp_en 490信号经启用W向模/数转换器（例如，图2的 模/数转换器230)提供参考信号W将来自像素阵列202的模拟图像数据转换成数字图像数 据 238。
[0062] 在时间T9,断开斜坡启用Ramp_en 490信号，且借助于根据本发明的教示的提高的 电源比来完成模/数转换。在实例中，第一开关T_cvdn_b 464信号从低变回高，且第二开关 T_cvdn 466从高变回低（如所展示），W准备根据本发明的教示的下一个模/数转换的斜坡 产生器。
[0063] 不希望本发明的所说明的实例的W上描述(包含摘要中所描述的内容)为穷尽性 或限于所掲示的精确形式。尽管本文描述本发明的特定实施例及本发明的实例是出于说明 性目的，但在不脱离本发明的更广精神及范围的情况下的各种等效修改为可能的。
[0064]依据W上详细描述可对本发明的实例做出运些修改。所附权利要求书中使用的术 语不应解释为将本发明限于本说明书和权利要求书中所掲示的特定实施例。而是，本发明 的范围全部由所附权利要求书确定，应根据权利要求解释的既定原则来解释所附权利要求 书。本说明书及图应相应地被视为说明性的而非限制性的。
【主权项】
1. 一种用于在图像传感器的读出电路中使用的斜坡产生器，其包括： 供电电压采样电路，其耦合到所述图像传感器的像素单元以在所述像素单元的黑色信 号读出期间采样所述像素单元的黑色信号供电电压，且以在所述像素单元的图像信号读出 期间采样所述像素单元的图像信号供电电压； 第一积分器电路，其具有第一输入，所述第一输入经耦合以接收经缓冲的参考电压;及 第二输入，所述第二输入耦合到所述供电电压采样电路的输出； 第一开关，其耦合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电容器之间； 第二开关，其耦合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所述第 一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差 的信号传送到所述第一电容器;以及 第二积分器电路，其耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器电路经耦合以产生 输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号 供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差而调整所述输出斜坡信号的起始值。2. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中当所述第二开关为断开时，所述第一开关经 调适为接通，且其中当所述第二开关为接通时，所述第一开关经调适为断开，其中当所述第 一开关为接通时，将表示所述黑色信号供电电压的信号传送到所述第一电容器，且其中当 所述第二开关为接通时，将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所 述差的所述信号传送到所述第一电容器。3. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述第一电容器耦合到第二电容器，其中所 述第一及第二电容器包含于电容分压器中，其中所述电容分压器的所述第一电容器与所述 第二电容器的电容比匹配所述像素单元的所述供电电压与所述像素单元的位线输出的比。4. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述供电电压采样电路包含感测放大器，其 经耦合以接收所述像素单元的所述供电电压，其中所述感测放大器具有负增益。5. 根据权利要求4所述的斜坡产生器，其中所述供电电压采样电路进一步包含均衡开 关，其耦合在所述感测放大器的输入与所述感测放大器的输出之间以在所述黑色信号供电 电压的所述采样之前来均衡所述感测放大器的所述输出与所述感测放大器的所述输入。6. 根据权利要求4所述的斜坡产生器，其中所述供电电压采样电路进一步包含供电电 压采样开关，其耦合在所述感测放大器的输出与所述感测放大器的输出电容器之间。7. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其进一步包括电压跟随器耦合的运算放大器，其 经耦合以响应于带隙电压而向所述第一积分器电路的所述第一输入提供所述经缓冲的参 考电压。8. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述第一积分器电路包含： 第一积分器親合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入通过第三电容器电容 耦合到所述供电电压采样电路，其中所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入通 过第四电容器进一步电容耦合到所述第一积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第一 积分器耦合的运算放大器的第二输入经耦合以接收所述经缓冲的参考电压；以及 第一积分器均衡开关，其耦合在所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入与 所述输出之间，其中在采样所述黑色信号供电电压时，所述第一积分器均衡开关经调适为 接通，且其中在采样所述黑色信号供电电压之后，所述第一积分器均衡开关经调适为断开。9. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其进一步包括第一积分器输出电容器，所述第一 积分器输出电容器親合到所述第一积分器电路的所述输出。10. 根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述第二积分器电路包含： 第二积分器耦合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入耦合到所述第一电容 器，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的第二输入通过第五电容器电容耦合到所述第 二积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输 入经进一步耦合以接收恒定输入信号，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述输出 经耦合以产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收；以 及 第二积分器均衡开关，其耦合在所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入与 所述输出之间，其中所述第二积分器均衡开关经调适为接通以均衡所述第二积分器耦合的 运算放大器的所述第二输入与所述输出。11. 一种成像系统，其包括： 像素阵列，其包含多个像素单元，所述多个像素单元经组织成多个行及列以用于捕获 图像数据； 控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及 读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素单元读出所述图像数据，所述读出电 路包含： 感测放大器电路，其耦合到位线，所述位线耦合到所述像素阵列的所述多个列中的一 者以采样图像数据； 模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以转换由所述感测放大器电路感测的所 述图像数据；以及 斜坡产生器，其经耦合以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数 转换器接收，所述斜坡产生器包含： 供电电压采样电路，其耦合到所述像素阵列以在所述像素阵列的黑色信号读出期间采 样所述像素阵列的黑色信号供电电压，且以在所述像素阵列的图像信号读出期间采样所述 像素阵列的图像信号供电电压； 第一积分器电路，其具有第一输入，所述第一输入经耦合以接收经缓冲的参考电压;及 第二输入，所述第二输入耦合到所述供电电压采样电路的输出； 第一开关，其耦合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电容器之间； 第二开关，其耦合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所述第 一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差 的信号传送到所述第一电容器;以及 第二积分器电路，其耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器电路经耦合以产生 所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收，其中响应于所述 图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差而调整输出斜坡信号的起始值。12. 根据权利要求11所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑耦合到所 述读出电路以存储从所述多个像素单元读出的所述图像数据。13. 根据权利要求11所述的成像系统，其中当所述第二开关为断开时，所述第一开关经 调适为接通，且其中当所述第二开关为接通时，所述第一开关经调适为断开，其中当所述第 一开关为接通时，将表示所述黑色信号供电电压的信号传送到所述第一电容器，且其中当 所述第二开关为接通时，将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所 述差的所述信号传送到所述第一电容器。14. 根据权利要求11所述的成像系统，其中所述第一电容器耦合到第二电容器，其中所 述第一及第二电容器包含于电容分压器中，其中所述电容分压器的所述第一电容器与所述 第二电容器的电容比匹配所述像素阵列的所述供电电压与所述像素阵列的位线输出的比。15. 根据权利要求11所述的成像系统，其中所述供电电压采样电路包含感测放大器，其 经耦合以接收所述像素阵列的所述供电电压，其中所述感测放大器具有负增益。16. 根据权利要求15所述的成像系统，其中所述供电电压采样电路进一步包含均衡开 关，其耦合在所述感测放大器的输入与所述感测放大器的输出之间以在所述黑色信号供电 电压的所述采样之前来均衡所述感测放大器的所述输出与所述感测放大器的所述输入。17. 根据权利要求15所述的成像系统，其中所述供电电压采样电路进一步包含供电电 压采样开关，其耦合在所述感测放大器的输出与所述感测放大器的输出电容器之间。18. 根据权利要求11所述的成像系统，其中所述斜坡产生器进一步包含电压跟随器耦 合的运算放大器，其经耦合以响应于带隙电压而向所述第一积分器电路的所述第一输入提 供所述经缓冲的参考电压。19. 根据权利要求11所述的成像系统，其中所述第一积分器电路包含： 第一积分器親合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入通过第三电容器电容 耦合到所述供电电压采样电路，其中所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入通 过第四电容器进一步电容耦合到所述第一积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第一 积分器耦合的运算放大器的第二输入经耦合以接收所述经缓冲的参考电压；以及 第一积分器均衡开关，其耦合在所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入与 所述输出之间，其中在采样所述黑色信号供电电压时，所述第一积分器均衡开关经调适为 接通，且其中在采样所述黑色信号供电电压之后，所述第一积分器均衡开关经调适为断开。20. 根据权利要求11所述的成像系统，其中所述斜坡产生器进一步包含第一积分器输 出电容器，所述第一积分器输出电容器親合到所述第一积分器电路的所述输出。21. 根据权利要求11所述的成像系统，其中所述第二积分器电路包含： 第二积分器耦合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入耦合到所述第一电容 器，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的第二输入通过第五电容器电容耦合到所述第 二积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输 入经进一步耦合以接收恒定输入信号，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述输出 经耦合以产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收；以 及 第二积分器均衡开关，其耦合在所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入与 所述输出之间，其中所述第二积分器均衡开关经调适为接通以均衡所述第二积分器耦合的 运算放大器的所述第二输入与所述输出。
【文档编号】H04N5/3745GK106060434SQ201610079549
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年2月4日 公开号201610079549.3, CN 106060434 A, CN 106060434A, CN 201610079549, CN-A-106060434, CN106060434 A, CN106060434A, CN201610079549, CN201610079549.3
【发明人】袁碧, 金秋峰, 邓黎平, 左亮
【申请人】全视科技有限公司