单斜率比较装置及包括其的模数转换装置和CMOS图像传感器制造方法及图纸

单斜率比较装置及包括其的模数转换装置和CMOS图像传感器。一种比较装置包括：偏移发生电路，其包括接收偏移控制信号的输入端口并被构造为基于所接收的偏移控制信号来生成偏移；比较电路，其包括联接到偏移发生电路以接收第一输入信号的第一输入端口以及被联接以接收偏移了由偏移发生电路生成的偏移的第二输入信号的第二输入端口，并且能够操作以比较第一输入信号与第二输入信号以生成比较信号；以及控制电路，其联接到比较电路以接收比较信号并且能够操作以根据该比较信号来检测第一输入信号和第二输入信号的交叉并向偏移发生电路输出偏移控制信号。

Single slope comparison device and analog-to-digital conversion device including the device and CMOS image sensor

【技术实现步骤摘要】
单斜率比较装置及包括其的模数转换装置和CMOS图像传感器
本专利文献所公开的技术和实现方式涉及模数转换装置和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
技术介绍
高速读出和低功耗是设计CMOS图像传感器时要考虑的重要参数。然而，高速读出与低功耗之间存在权衡。对具有越来越多像素的CMOS图像传感器的需求导致读出电路的带宽增加，以便在短时间帧内读出增加数量的像素。因此，为了方便大像素阵列的高速读出而无需消耗太多功率，可使用列并行架构。在CMOS图像传感器的列并行模数转换器(ADC)架构中，常常使用单斜率ADC，因为其可使用非常简单的列电路来实现并且需要远小于其它类型的ADC的芯片面积。最近，已提出了多采样技术以通过对输入信号多次采样并进行模数转换并且通过对采样的输入信号取平均来改进CMOS图像传感器中的噪声消除性能。然而，单斜率ADC装置常常伴随着时钟数量的增加以对输入信号多次采样并对采样的输入信号进行模数转换。例如，10位模数转换需要1024个时钟，因此10位多采样模数转换可能需要至少2048个时钟。用于处理的时钟周期的这种增加降低了成像装置的图像处理速度，因此是不可取的。作为上面所讨论的多采样技术的替代方案，可通过在1024个时钟期间将斜坡信号的斜率增加多倍(例如，从×1至×16)来执行多采样操作，以执行10位模数转换。然而，随着斜坡信号的斜率增加，正确地处理斜坡信号变得更困难。由于噪声性能是在低照度下维持令人满意的成像性能的重要因素，所以ADC转换器常常使用不同类型的斜坡信号发生装置，包括用于低照度的斜坡信号发生装置以及用于高照度的另一斜坡信号发生装置。例如，如果输入信号在1024最低有效位(LSB)的整个基准值的300LSB内，则其照度条件被识别为低照度，因此通过以1-300LSB的斜率对斜坡信号多采样三次来执行模数转换。如果输入信号超过1024LSB的整个基准值的300LSB，则其照度条件被识别为高照度，因此通过以1-1024LSB的斜率对斜坡信号采样来执行模数转换。然而，由于两个不同的斜坡信号发生装置之间的特性差异，上述技术的各种实现方式往往会表现出非线性特性。作为不同的方法，可通过经由具有不同偏移值的不同缓冲器驱动从两个不同斜坡信号发生装置输出的两个斜坡信号来执行双模数转换。两个斜坡信号与输入信号具有多次交叉，所述多次交叉以预定延迟依次发生。然而，难以保证各个缓冲器的特性差异(例如，温度变化)和偏移发生。
技术实现思路
除了别的以外，本专利文献提供了具有单斜率比较装置的图像感测装置的设计，所述单斜率比较装置通过对输入信号应用偏移来允许输入信号和斜坡信号彼此具有多次交叉，从而在不增加时钟数量的情况下获取多采样效果，因此提供基于所公开的技术的成像感测装置的期望的处理速度和能量高效操作。在实施方式中，一种比较装置可包括：偏移发生电路，其包括接收偏移控制信号的输入端口并被构造为基于所接收的偏移控制信号来生成偏移；比较电路，其包括联接到偏移发生电路以接收第一输入信号的第一输入端口以及被联接以接收偏移了由偏移发生电路生成的偏移的第二输入信号的第二输入端口，并且能够操作以比较第一输入信号与第二输入信号以生成比较信号；以及控制电路，其联接到比较电路以接收比较信号并且能够操作以根据该比较信号来检测第一输入信号和第二输入信号的交叉并向偏移发生电路输出偏移控制信号。在实施方式中，一种模数转换装置可包括：偏移发生电路，其被设置为根据偏移控制信号生成偏移；比较电路，其被设置为比较第一输入信号与应用了所述偏移的第二输入信号并输出比较信号；控制电路，其被设置为根据从比较电路输出的比较信号来检测第一输入信号和第二输入信号的交叉并向偏移发生电路输出偏移控制信号；以及计数器，其被设置为基于从比较电路输出的比较信号来执行计数操作。在实施方式中，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可包括：像素阵列，其包括按照行和列布置的像素，其中，各个像素能够操作以生成与各个像素处接收的入射光对应的像素信号；行解码器，其联接到像素阵列并且能够操作以逐行地选择并控制像素阵列的像素；斜坡信号发生电路，其被构造为生成斜坡信号；偏移发生电路，其被设置为根据偏移控制信号来生成偏移；比较电路，其联接到斜坡信号发生电路以接收斜坡信号并且能够操作以比较斜坡信号与应用了偏移的像素信号以输出比较信号；控制电路，其联接到比较电路以接收比较信号并且能够操作以根据比较信号来检测斜坡信号和像素信号的交叉以向偏移发生电路输出偏移控制信号；计数器，其联接到比较电路以接收比较信号的版本并且能够操作以基于比较信号来执行计数操作；存储器，其联接到计数器并且能够操作以存储从计数器输出的信息；列读出电路，其联接到存储器并且能够操作以输出存储在存储器中的信息；以及控制电路，其联接到行解码器、斜坡信号发生电路、比较电路、计数器、存储器和列读出电路并且能够操作以控制行解码器、斜坡信号发生电路、比较电路、计数器、存储器和列读出电路。在实施方式中，一种模数转换装置可包括：比较器，其包括接收待采样的信号的第一输入端子以及接收要与待采样的信号进行比较的斜坡信号的第二输入端子；并联联接的多个电容器，各个电容器包括能够联接到电源电压和接地电压中的一个的一个电极；并联联接的多个开关电路，各个开关电路联接到多个电容器中的一个电容器以将多个电容器中的所述一个电容器连接到第一输入端子；控制电路，当第一输入端子和第二输入端子的电压电平变得彼此相同时，该控制电路向多个开关电路提供偏移控制信号；以及计数器，其基于第一输入端子和第二输入端子之间的电压差来输出数字码，其中，多个电容器和多个开关电路用作电荷泵(chargepump)，该电荷泵在斜坡信号具有正斜率时升高第一输入端子的电压电平，在斜坡信号具有负斜率时降低第一输入端子的电压电平。附图说明图1是示出CMOS图像传感器的示例的图。图2A是示出根据所公开的技术的实施方式的比较装置的示例的图。图2B是示出根据所公开的技术的实施方式的包括图2A所示的比较装置的模数转换装置的示例的图。图2C是示出图2A所示的比较装置和图2B所示的模数转换装置的模数转换的时序图。图2D是示出图2A所示的比较装置和图2B所示的模数转换装置处的斜坡信号和像素信号的交叉定时的时序图。图3A是示出图2A和图2B所示的偏移发生电路的示例的图。图3B是示出图3A所示的偏移发生电路的示例的图。图4A是示出根据所公开的技术的另一实施方式的比较装置的示例的图。图4B是示出根据所公开的技术的另一实施方式的包括图4A所示的比较装置的模数转换装置的示例的图。图4C是示出图4A所示的比较装置和图4B所示的模数转换装置的交叉定时的时序图。图5是示出根据所公开的技术的实施方式的CMOS图像传感器的示例的图。具体实施方式图1是示出CMOS图像传感器的示例的图。图1所示的CMOS图像传感器表示使用单斜率模数转换装置的列并行结构的CMOS图像传感器。参照图1，CMOS图像传感器包括按照行和列布置的成像像素的像素阵列10、行解码器20、斜坡信号发生电路30、比较电路40、计数电路50、存储器电路60、列读出电路70和控制电路80。图1中的特定示例示出了彩色成像像素的像素布置方式，其中红色像素标记为“R”，绿色本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比较装置，该比较装置包括：偏移发生电路，该偏移发生电路包括接收偏移控制信号的输入端口并被构造为基于所接收的偏移控制信号来生成偏移；比较电路，该比较电路包括联接到所述偏移发生电路以接收第一输入信号的第一输入端口以及被联接以接收偏移了由所述偏移发生电路生成的所述偏移的第二输入信号的第二输入端口，并且能够操作以对所述第一输入信号与所述第二输入信号进行比较来生成比较信号；以及控制电路，该控制电路联接到所述比较电路以接收所述比较信号并且能够操作以根据所述比较信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉并向所述偏移发生电路输出所述偏移控制信号。

【技术特征摘要】
2017.10.20 KR 10-2017-01364661.一种比较装置，该比较装置包括：偏移发生电路，该偏移发生电路包括接收偏移控制信号的输入端口并被构造为基于所接收的偏移控制信号来生成偏移；比较电路，该比较电路包括联接到所述偏移发生电路以接收第一输入信号的第一输入端口以及被联接以接收偏移了由所述偏移发生电路生成的所述偏移的第二输入信号的第二输入端口，并且能够操作以对所述第一输入信号与所述第二输入信号进行比较来生成比较信号；以及控制电路，该控制电路联接到所述比较电路以接收所述比较信号并且能够操作以根据所述比较信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉并向所述偏移发生电路输出所述偏移控制信号。2.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述比较电路在模数转换期间重复地执行比较处理多次，在初始时间，所述比较处理比较所述第一输入信号与第三输入信号并输出所述比较信号，在所述初始时间之后，所述比较处理比较所述第一输入信号与应用了所述偏移的所述第二输入信号并输出所述比较信号。3.根据权利要求2所述的比较装置，其中，通过将所述第三输入信号减小或增大从所述偏移发生电路输出的所述偏移来生成所述第二输入信号。4.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述控制电路包括：交叉检测器，该交叉检测器被构造为根据所述比较电路的所述比较信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉以生成指示所述交叉的检测结果的输出并向所述偏移发生电路输出所述偏移控制信号；以及偏移大小控制器，该偏移大小控制器联接到所述交叉检测器以接收该交叉检测器的输出并且能够操作以根据从所述交叉检测器输出的交叉检测结果向所述偏移发生电路输出偏移大小控制信号，其中，所述偏移发生电路在生成所述偏移时还对所述偏移大小控制信号做出响应。5.根据权利要求4所述的比较装置，其中，所述偏移发生电路包括：偏移大小调节器，该偏移大小调节器联接到所述控制电路以接收所述偏移大小控制信号并响应于所述偏移大小控制信号来调节所述偏移的偏移大小；偏移控制器，该偏移控制器联接到所述控制电路以接收所述偏移发生控制信号和所述偏移大小控制信号并且能够操作以根据所述偏移发生控制信号来控制所述偏移的生成；以及偏移发生器，该偏移发生器联接到所述偏移大小调节器和所述偏移控制器并且能够操作以根据所述偏移控制器的控制来生成大小由所述偏移大小调节器调节的偏移。6.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述第一输入信号是斜坡信号并且所述第二输入信号是像素信号。7.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述第一输入信号是像素信号并且所述第二输入信号是斜坡信号。8.一种模数转换装置，该模数转换装置包括：偏移发生电路，该偏移发生电路被设置为根据偏移控制信号生成偏移；比较电路，该比较电路被设置为比较第一输入信号与应用了所述偏移的第二输入信号并输出比较信号；控制电路，该控制电路被设置为根据从所述比较电路输出的所述比较信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉并向所述偏移发生电路输出所述偏移控制信号；以及计数器，该计数器被设置为基于从所述比较电路输出的所述比较信号来执行计数操作。9.根据权利要求8所述的模数转换装置，其中，所述比较电路在行模数转换期间重复地执行比较处理多次，在初始时间，所述比较处理比较所述第一输入信号与第三输入信号并输出所述比较信号，在所述初始时间之后，所述比较处理比较所述第一输入信号与应用了所述偏移的所述第二输入信号并输出所述比较信号。10.根据权利要求9所述的模数转换装置，其中，通过将所述第三输入信号减小或增大从所述偏移发生电路输出的所述偏移来生成所述第二输入信号。11.根据权利要求8所述的模数转换装置，其中，所述控制电路包括：交叉检测器，该交叉检测器被设置为根据所述比较电路的所述比较信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉并向所述偏移发生电路输出偏移发生控制信号；以及偏移大小控制器，该偏移大小控制器被设置为根据从所述交叉检测器输出的交叉检测结果向所述偏移发生电路输出偏移大小控制信号。12.根据权利要求11所述的模数转换装置，其中，所述偏移发生电路包括：偏移大小调节器，该偏移大小调节器被设置为根据从所述控制电路输出的所述偏移大小控制信号来调节偏移大小；偏移控制器，该偏移控制器被设置为根据从所述控制电路输出的所述偏移发生控制信号来控制所述偏移的生...

【专利技术属性】
技术研发人员：金贤俊，金珉圭，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR