用于低噪声图像传感器的斜坡产生器制造技术

本申请案涉及用于低噪声图像传感器的斜坡产生器。一种用于图像传感器中的读出电路包含感测放大器电路，所述感测放大器电路耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据。模/数转换器耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据。斜坡产生器电路经耦合以产生第一斜坡信号。所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据。第一电容性分压器耦合到所述斜坡产生器。所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及图像传感器。更具体地，本专利技术的实例涉及从图像传感器像素单元读出图像数据的电路。
技术介绍
图像传感器已变得无所不在。图像传感器在数码相机、蜂窝式电话、监控摄像机、以及医疗、汽车及其它应用中广泛使用。用于制造图像传感器及(特定来说)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术持续大幅进步。举例来说，对高分辨率及低功率消耗的需求促使CMOS图像传感器的进一步小型化及集成。在CMOS图像传感器中，例如水平噪声(h噪声)、电路电源抑制比(PSRR)、功率消耗等等的性能因素已成为近年来努力改善的关键参数。因为人类视觉对图像中的水平条带/噪声特别敏感，所以已做出巨大努力来减少这种类型的噪声。具体地，关于最常见的图像传感器读出结构，逐列模/数转换器往往会产生大量水平噪声，这是因为斜坡产生器为逐行信号。因此，斜坡产生器斜坡输出中的任何噪声导致不同的逐行读出性能。类似地，归因于单端型斜坡产生器的性质，电源抑制比也为待考虑的重要因素。不足的电源抑制比将导致归因于模拟电源中的脉动的图像水平条带。图像传感器芯片的另一问题是模拟功率消耗。最先进的图像传感器的典型模拟电源为约2.8V。此高模拟VDD电压是必要的，以便使像素输出全阱信号。然而，在以更激进的方式产生图像像素的情况下，较小尺寸像素还具有较低的全阱要求。因此，与先前图像像素相比，约1V、约500mV或甚至更低的像素输出范围是足够的。在具有较低像素输出范围的这些情况下，较低模拟VDD供应电压为极大地减小功率消耗的未来图像传感器设计的趋势。因此，读出电路还需要适应此较低模拟VDD供应电压趋势，同时仍维持相同的低噪声性能。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例涉及一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：感测放大器电路，其耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据；以及第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。本专利技术的另一实施例涉及一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含组织成多个行和列以用于捕获图像数据的多个像素单元；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，其耦合到位线以从像素阵列感测模拟图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据；以及第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。附图说明参看以下各图描述本专利技术的非限制性和非详尽性实施例，其中除非另外指定，否则贯穿各视图相似参考数字指相似部分。图1为说明根据本专利技术的教示的实例成像系统的框图，所述成像系统包含具有像素单元和带有用于实现低噪声的斜坡产生器的读出电路的像素阵列。图2为说明根据本专利技术的教示的像素单元的一个实例的示意图，所述像素单元耦合到包含用于实现低噪声的斜坡产生器的读出电路。图3为说明根据本专利技术的教示的包含在具有低噪声的读出电路中的斜坡产生器的一个实例的更详细细节的示意图。图4为说明根据本专利技术的教示的包含在具有低噪声的读出电路中的斜坡产生器的另一实例的更详细细节的示意图。图5说明根据本专利技术的教示的包含在具有低噪声的读出电路中的实例斜坡产生器中的信号的时序图。贯穿图式的若干视图，对应的参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图式中的元件是出于简化及清楚目的而说明且未必是按比例绘制。举例来说，图式中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大以帮助改善对本专利技术的各种实施例的理解。并且，通常未描绘在商业可行实施例中有用或有必要的常见而容易理解的元件，以促进更容易地查看本专利技术的这些各种实施例。具体实施方式在以下描述中，阐述许多特定细节以便提供对本专利技术的彻底了解。然而，所属领域的一般技术人员将显而易见，不需要采用所述特定细节实践本专利技术。在其它情况下，尚未详细描述众所周知的材料或方法以避免混淆本专利技术。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”的引用意味着结合所述实施例或实例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”在贯穿本说明书的各处的出现未必全都是指同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何合适组合和/或子组合来组合特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能性的其它合适组件中。另外，应了解，本文提供的图式是出于向所属领域的一般技术人员解释的目的且图式未必是按比例绘制。根据本专利技术的教示的实例描述经耦合以提供用于模/数转换器的斜坡信号的斜坡产生器。在一个实例中，斜坡产生器在以电容性分压器接收以减少噪声的输出斜坡信号上具有相对大的输出电压摆幅。通过电容性分压器减小斜坡信号的输出电压摆幅。在一个实例中，斜坡产生器提供具有两个输出斜坡信号的差动斜坡输出。在实例中，两个输出斜坡信号为具有相对大的输出电压摆幅的互补信号。在实例中，存在耦合到斜坡产生器的每一差动斜坡输出以减少噪声的电容性分压器。通过相应电容性分压器减小每一斜坡信号的输出电压摆幅以减小输出电压摆幅。为了说明，图1为说明根据本专利技术的教示的实例成像系统的框图，所述实例成像系统包含具有像素单元和用于提高位线中的电源抑制比的读出电路的像素阵列。具体地，图1描绘根据本专利技术的教示的图像感测系统100的一个实例，所述图像感测系统包含具有带有低噪声的斜坡产生器的读出电路104。如所描绘的实例中所显示，成像系统100包含耦合到控制电路108及读出电路104的像素阵列102，所述读出电路耦合到功能逻辑106。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CMOS成像像素。如所说明，每一像素单元布置成行(例如，行R1到行Ry)及列(例如，列C1到列Cx)以获取人物、场所、物体等等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人物、场所、物体等等的2D图像。在一个实例中，在每一像素单元已积累其图像数据或图像电荷之后，由读出电路104通过列位线110读出图像数据且接着将所述图像数据转移到功能逻辑106。如将显示，在各个实例中，读出电路104还可包含放大电路、取样电路、模/数转换器电路、斜坡产生器电路或其它电路。功能逻辑106可简单地存储图像数据或甚至可通过施加后处理图像效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：感测放大器电路，其耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据；以及第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。

【技术特征摘要】
2015.04.16 US 14/688,2601.一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：感测放大器电路，其耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据；以及第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。2.根据权利要求1所述的读出电路，其中所述第一电容性分压器包括耦合到第二电容器的第一电容器，其中所述第一电容器耦合在所述斜坡产生器电路与所述模/数转换器的第一输入端子之间，且其中所述第二电容器耦合在所述模/数转换器的所述第一输入端子与第一参考电压端子之间。3.根据权利要求2所述的读出电路，其中所述模/数转换器包含第一运算放大器，所述第一运算放大器具有耦合到所述第一电容性分压器的所述第一和第二电容器的第一输入端子，其中所述第一运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述第一运算放大器的输出端子的第二输入端子，且其中所述第一运算放大器的所述第二输入端子通过模/数转换器均压开关进一步耦合到所述第一运算放大器的所述输出端子。4.根据权利要求3所述的读出电路，其中所述斜坡产生器电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器具有电容性地耦合到所述第二运算放大器的输出端子的第一输入端子，其中所述第二运算放大器的所述第一输入端子通过第一斜坡产生器均压开关进一步耦合到所述第二运算放大器的所述输出端子，且其中所述第二运算放大器进一步包含耦合到第二参考电压端子的第二输入端子。5.根据权利要求3所述的读出电路，其中所述斜坡产生器电路进一步经耦合以产生第二斜坡信号，使得由所述斜坡产生器电路产生的所述第一和第二斜坡信号形成所述斜坡产生器电路的差动斜坡输出，其中所述第一和第二信号是互补信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据、所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号产生所述数字图像数据。6.根据权利要求5所述的读出电路，其进一步包含耦合到所述斜坡产生器的第二电容性分压器，其中所述第二电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第二斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第二斜坡信号中的噪声。7.根据权利要求6所述的读出电路，其中所述第二电容性分压器包括耦合到第四电容器的第三电容器，其中所述第三电容器耦合在所述斜坡产生器电路与所述模/数转换器的第二端子之间，且其中所述第四电容器耦合在所述模/数转换器的所述第二端子与所述第一参考电压端子之间。8.根据权利要求7所述的读出电路，其中所述斜坡产生器电路包括差动输出运算放大器，所述差动输出运算放大器具有经耦合以产生所述第一斜坡信号的第一输出端子，且其中所述差动输出运算放大器进一步包含经耦合以产生所述第二斜坡信号的第二输出端子。9.根据权利要求8所述的读出电路，其中所述差动输出运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述差动输出运算放大器的所述第一输出端子的第一输入端子，其中所述差动输出运算放大器的所述第一输入端子通过第一差动输出运算放大器均压开关进一步耦合到所述差动输出运算放大器的所述第一输出端子，其中所述差动输出运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述差动输出运算放大器的所述第二输出端子的第二输入端子，其中所述差动输出运算放大器的所述第二输入端子通过第二差动输出运算放大器均压开关进一步耦合到所述差动输出运算放大器的所述第二输出端子。10.一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含组织成多个行和列以用于捕获图像数据的多个像素单元；控制电路，其耦合到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：左亮，宋志强，邓黎平，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US