图像传感器、模数转换器及图像传感器的操作方法技术

本申请涉及图像传感器、模数转换器及图像传感器的操作方法。一种图像传感器包括：像素，其输出像素信号；斜坡电压发生电路，其适于在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压，并且在跟随在第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，其适于在第一区段和第二区段期间将像素信号与斜坡电压进行比较；以及计数器电路，其适于响应于运算放大器的输出而生成与像素信号相对应的数字代码。码。码。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、模数转换器及图像传感器的操作方法


[0001]本专利技术的各个实施方式涉及图像传感器和模数转换器。

技术介绍

[0002]在CMOS图像传感器(CIS)中，速度和功率具有折衷关系。因此，当前CMOS图像传感器主要采用其中速度和功率具有最佳折衷关系的列并行结构，并且为此原因，由于难以将模数转换器(ADC)集成到窄的像素宽度中，因此主要使用简单类型的单斜率模数转换器(ADC)。
[0003]随着图像传感器的发展，对提高模数转换的精度(分辨率)的需求更高。过去，将像素电压转换为10位数字代码是足够的，但是现在需要将像素电压转换为12位或14位数字代码。然而，随着模数转换的精度(分辨率)提高，模数转换所需的时间增加，这是有问题的。例如，当将电压转换为12位数字代码时，所花费的时间可以是将电压转换为10位数字代码所花费的时间的四倍。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施方式涉及一种在短时间内将像素信号转换为具有高精度的数字代码的图像传感器。
[0005]根据本专利技术的实施方式，一种图像传感器包括：像素，其输出像素信号；斜坡电压发生电路，其适于在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压，并且在跟随在第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，其适于在第一区段和第二区段期间将像素信号与斜坡电压进行比较；以及计数器电路，其适于响应于运算放大器的输出而生成与像素信号相对应的数字代码。
[0006]根据本专利技术的另一实施方式，一种用于操作图像传感器的方法包括：生成像素信号；在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压；在第一区段中通过对时钟进行计数来生成数字代码；当在第一区段期间斜坡电压的电平未达到像素信号的电压电平时，初始化数字代码；在第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；在第二区段中通过对时钟进行计数来生成数字代码；以及响应于斜坡电压的电平，当斜坡电压的电平达到像素信号的电压电平时，停止对时钟的计数，并提供与像素信号相对应的数字代码。
[0007]根据本专利技术的又一实施方式，一种模数转换器包括：斜坡电压发生电路，其适于在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压，并且在跟随在第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，其适于在第一区段和第二区段中将要转换的电压与斜坡电压进行比较；以及计数器电路，其适于响应于运算放大器的输出而生成与要转换的电压相对应的数字代码。
[0008]根据本专利技术的又一实施方式，一种图像传感器可以包括：斜坡电压发生电路，其适于分别在第一时间区段至第N时间区段期间依次生成初始电平的第一斜坡电压至第N斜坡
电压，在第一斜坡电压至第N斜坡电压当中，第M斜坡电压比第(M
‑
1)斜坡电压具有更大的下降率，M在2至N之间；运算放大器，其适于生成第一斜坡电压至第N斜坡电压当中的任何斜坡电压何时首先达到像素信号的电平的指示；以及计数器电路，其适于生成与像素信号相对应的图像信号，并具有取决于指示的分辨率。
附图说明
[0009]图1是例示根据本专利技术的实施方式的图像传感器100的框图。
[0010]图2是例示根据本专利技术的实施方式的图1所示的像素110的示意图。
[0011]图3和图4是例示根据本专利技术的实施方式的图1所示的图像传感器100的操作的定时图。
[0012]图5是例示根据本专利技术的实施方式的信号读出区段SR中的斜坡电压RAMP的斜坡操作的另一示例的定时图。
具体实施方式
[0013]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的各种实施方式。然而，本专利技术可以以不同形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式以使得本公开将是透彻的和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本专利技术的范围。贯穿本公开，在本专利技术的各个附图和实施方式中，相似的附图标记指代相似的部件。
[0014]图1是例示根据本专利技术的实施方式的图像传感器100的框图。
[0015]参照图1，图像传感器100可以包括像素110、斜坡电压发生电路120、运算放大器130、计数器电路140、控制器150、开关131和132以及电容器133和134。
[0016]像素110可以基于感测到的光来输出像素信号PIXEL。可以以包括多个行和多个列的阵列的形式来提供多个像素110。这里，为了便于简要说明，仅示出一个像素110。
[0017]斜坡电压发生电路120可以生成斜坡电压RAMP。由斜坡电压发生电路120生成的斜坡电压RAMP的斜率可以针对每个操作区段而变化。稍后将参照图3至图5对此进行详细描述。
[0018]运算放大器130可以分别通过电容器133和134接收像素信号PIXEL和斜坡电压RAMP。运算放大器130可以将通过电容器133输入到输入端子INN的像素信号PIXEL的电平与通过电容器134输入到输入端子INP的斜坡电压RAMP的电平进行比较，并将比较结果输出到输出端子OUTP。输入端子INN可以是负(
‑
)输入端子，而输入端子INP可以是正(+)输入端子，并且输出端子OUTP可以是正(+)输出端子，而输出端子OUTN可以是为负(
‑
)输出端子。开关131和132可以用于运算放大器130的自动调零操作。在自动调零操作期间，开关131和132可以接通。开关131可以将输入端子INN和输出端子OUTP彼此电连接，并且开关132可以将输入端子INP和输出端子OUTN彼此电连接。开关131和132可以响应于信号SW而接通/断开。
[0019]计数器电路140可以响应于来自运算放大器130的输出端子OUTP的信号而对时钟CNT_CLK进行计数，结果，计数器电路140可以生成数字代码DOUT。
[0020]控制器150可以以使得执行适合于复位读取区段、第一区段和第二区段的每个区段的操作的方式来控制斜坡电压发生电路120、开关131和132以及计数器电路140。稍后将参照图3至图5详细描述控制器150的控制操作。在附图中，“CONTROL”可以表示控制器150的
控制。
[0021]在图1的图像传感器100中，除了像素110之外的组成元件可以是用于将从像素110输出的模拟电压PIXEL转换为数字代码DOUT的组成元件。因此，本专利技术不仅可以应用于图像传感器，而且可以应用于用于将模拟电压转换为数字代码的通用模数转换器。
[0022]图2是例示根据本专利技术的实施方式的图1所示的像素110的示意图。
[0023]参照图2，像素110可以包括光电传感器201、传输晶体管203、复位晶体管205、电容器207、驱动晶体管209、选择晶体管211和电流源213。
[0024]光电传感器201可以执行光电转换功能。光电传感器201可以联接在接地电压端子与传输晶体管203之间。光电传感器201可以从外部接收光并且基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，该图像传感器包括：像素，所述像素输出像素信号；斜坡电压发生电路，所述斜坡电压发生电路在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压并且在跟随在所述第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，所述第二斜率比所述第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，所述运算放大器在所述第一区段和所述第二区段期间将所述像素信号与所述斜坡电压进行比较；以及计数器电路，所述计数器电路响应于所述运算放大器的输出而生成与所述像素信号相对应的数字代码。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述计数器电路在所述第一区段中通过对时钟进行计数直到所述运算放大器的输出转变来生成所述数字代码，并且其中，当在所述第一区段中所述运算放大器的输出没有转变时，所述计数器电路在所述第二区段中通过对所述时钟进行计数直到所述运算放大器的输出转变来生成所述数字代码。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二斜率的绝对值是所述第一斜率的绝对值的2
N
倍，N是等于或大于1的整数。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述斜坡电压发生电路还在跟随在所述第二区段之后的第三区段中生成以第三斜率变化的斜坡电压，所述第三斜率比所述第二斜率具有更大的绝对值，并且其中，当在所述第二区段中所述运算放大器的输出没有转变时，所述计数器电路在所述第三区段中通过对所述时钟进行计数直到所述运算放大器的输出转变来生成所述数字代码。5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述像素还在复位读取区段中输出复位信号，其中，所述斜坡电压发生电路在所述复位读取区段中生成以所述第一斜率变化的斜坡电压，并且其中，所述运算放大器还在所述复位读取区段中将所述复位信号与所述斜坡电压进行比较。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述计数器电路还在所述复位读取区段中通过对所述时钟进行计数直到所述运算放大器的输出转变来生成与所述复位信号相对应的数字代码。7.一种用于操作图像传感器的方法，该方法包括以下步骤：生成像素信号；在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压；在所述第一区段中通过对时钟进行计数来生成数字代码；当在所述第一区段期间所述斜坡电压的电平未达到所述像素信号的电压电平时，初始化所述数字代码；在第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，所述第二斜率比所述第一斜率具有更
大的绝对值；在所述第二区段中通过对所述时钟进行计数来生成数字代码；以及响应于所述斜坡电压的电平，当所述斜坡电压的电平达到所述像素信号的电压电平时，停止对所述时钟的计数，并提供与所述像素信号相对应的数字代码。8.根据权利要求7所述的...

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