CN109314755A - 单斜率adc中的用于复位扩展减少的主动复位电路 - Google Patents

单斜率adc中的用于复位扩展减少的主动复位电路 Download PDF

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Abstract

一种图像传感器，包括：像素电路，其包括复位晶体管，并被配置成输出像素信号；以及差分比较器，其包括像素输入、参考输入和比较器输出，其中，所述复位晶体管的源极或漏极连接到所述比较器输出。以这种方式，主动复位方法可以被纳入到所述图像传感器中。

Description

单斜率ADC中的用于复位扩展减少的主动复位电路
技术领域
本申请一般涉及图像传感器。更具体地，本申请涉及图像传感器中的复位扩展(reset spread)的减少。
背景技术
图像传感设备通常包括：图像传感器(一般是像素电路的阵列)；以及信号处理电路和任何相关的控制或时序电路。在图像传感器本身内，由于光的照射，电荷被收集在像素电路的光电转换装置中。现代图像传感器通常包括数千万个像素(megapixels或MP的数十倍)。
然后，累积的电荷被转换为数字值。这种转换通常需要若干电路组件，例如采样保持(S/H：sample-and-hold)电路、模数转换器(ADC：analog-to-digital converter)、以及时序和控制电路等，其中每个电路组件都在上述转换中起到一定作用。例如，S/H电路的作用可以是对来自光电转换装置操作的不同时间相位的模拟信号进行采样，此后，这些模拟信号可以被ADC转换为数字形式。为了在具有大量像素电路的阵列中将模拟信号有效地转换为数字形式，一组ADC并行地工作，其中让多个像素共用一个ADC。特定的共用布置取决于图像传感器的架构。例如，该布置可以是：基于列的布置，其中，阵列的列中的所有像素电路共用一个ADC；共用列布置，其中，像素电路的若干列共用一个ADC；基于区块的布置，其中，矩形的像素电路区块共用一个ADC；等等。
为了减少图像传感器中的噪声，经常使用相关双采样(CDS：correlated doublesampling)方法。在CDS中，图像传感器中的每个像素电路被采样两次。在第一次测量中，使像素电路复位，并测量来自像素电路的复位电压。这被称为复位信号或“P相”信号。在第一次测量之后，让像素电路曝露于光，使得光电转换装置根据入射光的电平收集电荷。在第二次测量中测量这些电荷，其给出的模拟信号等于曝光值(light-exposed value)加上复位值。这被称为数据信号或“D相”信号。两次测量之间的差值相当于像素电路的曝光信号。
然而，为了让CDS方法有效地发挥作用，让复位信号的变化最小化是有帮助的。在实际的CMOS图像传感器电路中，尤其是当在高的模拟增益下操作该传感器时，必须通过增益放大器和ADC函数这两者来调和图像传感器中所有像素的复位值的总变化。
例如，在ADC的输入电压范围为1V且复位电压信号的变化为100mV的情况下，因为ADC必须再现既包括复位变化又包括光电二极管变化的数据信号，所以分配给光电二极管信号的电压范围为900mV。随着放大器的增益的增加，复位电压值和数据电压值都被放大，以使得：8倍(或18dB)的增益导致在ADC输入处的复位信号的电压变化为800mV，且因此光电二极管信号变化仅为200mV。然而，在该示例中，因为在所允许的ADC输入电压范围内将不会允许复位加光电二极管信号变化，所以诸如16倍(24dB)等增益水平是不可能的。
这种可允许的光电二极管信号范围被称为“动态范围”，并且是图像传感器设计中的重要参数。为了在任何增益水平下实现更高的动态范围，并为了增加图像传感器的最大可用动态范围，需要减少ADC电路中的复位信号变化(reset signal variation)。
发明内容
本公开的各个方面涉及一种能够利用单斜率ADC来实现主动复位方法的图像传感器。
在本公开的一个方面中，图像传感器包括：像素电路，所述像素电路包括复位晶体管，并被配置成输出像素信号；以及差分比较器，所述差分比较器包括像素输入、参考输入和比较器输出，其中，所述复位晶体管的源极或漏极连接到所述比较器输出。
在本公开的另一方面中，图像处理方法包括：从包括复位晶体管的像素电路输出像素信号；以及从包括像素输入、参考输入和比较器输出的差分比较器输出差分信号，其中，所述复位晶体管的源极或漏极连接到所述比较器输出。
在本公开的以上各方面中，还提供了被配置成输出具有斜坡波形的参考信号的数模转换器。所述数模转换器可以被配置成初始化为初始信号电平且接着输出所述斜坡波形，此时所述差分比较器被配置成执行与所述像素电路的复位电平对应的P相测量；并且所述数模转换器可以被配置成随后重新初始化为所述初始信号电平且接着输出所述斜坡波形，此时所述差分比较器被配置成执行与所述像素电路的数据电平对应的D相测量。
本公开能够被体现为各种形式，这些形式包括：被由计算机实现的方法控制的硬件或电路、计算机程序产品、计算机***和网络、用户接口、及应用程序编程界面；以及由硬件实现的方法、信号处理电路、图像传感器电路、应用程序专用集成电路、和场可编程门阵列等。前述发明内容仅旨在给出本公开的各个方面的一般概念，并且不以任何方式限制本公开的范围。
附图说明
在以下结合附图的说明中，将会更全面地公开各种实施例的上述这些和其他更详细和具体的特征。在附图中：
图1示出了根据本公开的各个方面的一个示例性图像传感器；
图2A示出了根据本公开的各个方面的一个示例性像素电路；
图2B示出了根据本公开的各个方面的另一示例性像素电路；
图3示出了根据本公开的各个方面的又一示例性像素电路；
图4A示出了利用模拟CDS操作的根据本公开的各个方面的图像传感器中的一个示例性处理链；
图4B示出了利用数字CDS操作的根据本公开的各个方面的图像传感器中的一个示例性处理链；
图5示出了根据本公开的各个方面的具有匹配的比较器电路的一个示例性像素电路；
图6示出了根据本公开的各个方面的具有单斜率ADC的一个示例性像素电路；
图7A示出了根据图6的示例性像素电路的一个示例性信号波形图；
图7B示出了根据图6的示例性像素电路的一个示例性信号波形图，其包括信号漂移；
图8示出了根据本公开的各个方面的用于单斜率ADC的一个示例性主动复位电路；以及
图9示出了根据图8的示例性主动复位电路的一个示例性信号波形图。
具体实施方式
在以下的说明中，阐述了许多细节，例如流程图、数据表和***配置。对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些具体细节仅仅是示例性的，而并不旨在限制本申请的范围。
此外，虽然本公开主要关注于在图像传感器中使用ADC电路的示例，但是应该理解，这仅仅是实施方式的一个示例。还应该理解，所公开的S/H电路能够用于需要将信号从模拟转换为数字和/或需要比较两个电压的任何设备中；例如，能够用于音频信号处理电路、工业测量和控制电路等中。
以这种方式，本公开在信号处理技术领域中以及在图像传感和图像处理的相关技术领域中提供了改进。
[图像传感器]
图1示出了在列共用架构中实现模式切换的示例性图像传感器100，在该列共用架构中，像素电路的每一列共用CDS电路。图像传感器100包括像素电路111的阵列110。像素电路111将在下面更详细地予以说明。像素电路111位于水平信号线112和垂直信号线113彼此交叉的交叉点处。水平信号线112可操作地连接到像素阵列外部的某一处的垂直驱动电路120(其也被称为“行扫描电路”)，并且将信号从垂直驱动电路120传送到像素电路111的特定行。特定列中的像素电路111将与入射光量对应的模拟信号输出到垂直信号线113。出于图示的目的，图1中实际仅示出了少量的像素电路111；然而，在实践中，图像传感器100可以具有高达数千万个像素电路(“百万像素(megapixels)”或MP的数十倍)或更多。
垂直信号线113将特定列的模拟信号传送到列电路130。虽然图1针对像素阵列110中的每一列都示出了一条垂直信号线113，但是本公开不限于此。例如，可以为每一列提供不止一条垂直信号线113，或者每条垂直信号线113可以对应于不止一列。在任一情况下，列电路130优选地包括多个CDS电路131。下面将更详细地说明个别CDS电路131。为了清楚起见，图1的图示中省略了列电路130的其他可能电路组件，例如S/H电路、电压-电流(V2I)电路、和计数器等。
列电路130由水平驱动电路140控制，水平驱动电路140也被称为“列扫描电路”。垂直驱动电路120、列电路130和水平驱动电路140各者均从控制器150接收一个或多个时钟信号。控制器150控制各个图像传感器组件的时序和操作，以使得来自像素阵列110的模拟信号(其已经在列电路130中被转换为数字信号)经由输出电路160输出，由此用于信号处理、存储、和传输等。
在读出过程中，每行中的像素电路111被一起读取，并且不同行中的像素电路111逐行地依次读取。在处理时段开始时，一行像素电路111通过垂直信号线113连接到CDS电路131。CDS电路131对一行像素电路111进行采样并且将其转换成数字形式。在处理了一行像素电路111之后，图像传感器100转向像素电路111的下一行，并重复该处理。这一直持续到整个帧被读出。
如图2A和图2B所示，像素电路111的两个示例是像素电路210a和210b，它们是所谓的3T型像素电路。如图2A所示，像素电路210a包括光电转换装置201a(例如，光电二极管)、浮动扩散部FD、复位晶体管202a、源极跟随器晶体管203a(有时称为“放大器晶体管”)、选择晶体管204a和垂直信号线205a。复位晶体管202a的栅极电极和选择晶体管204a的栅极电极分别接收信号RST和SEL。这些信号例如可以由控制或时序电路(例如，上文所述的垂直驱动电路120)提供。像素电路210a通过首先施加信号RST的值来进行操作，该信号RST的值致使光电二极管201a被清除电荷且不断复位。然而，当信号RST返回到接地时，若干效应可能会导致源极跟随器晶体管203a的栅极端子处的值具有与复位电压Vrst不同的值。由垂直信号线205a测量出来的复位电压电平变化的主要来源包括来自像素210a内的变化和来自像素210a外的变化。
来自像素210a内的变化包括：kTC噪声，其由复位晶体管202a的沟道电阻与源极跟随器晶体管203a的栅极端子处的电容相结合的随机变化引起；复位电荷注入，其由通过复位晶体管202a的栅极端子与源极端子之间的寄生电容Cgs的信号RST耦合的高-低转变引起；晶体管的过程变化，其包括源极跟随器晶体管203a的阈值电压Vt和复位晶体管202a的漏极-源极电压Vds；以及额外寄生电容耦合效应，例如RST信号线跟光电二极管201a或与连接到源极跟随器晶体管204的感测节点相关联的金属布线之间的寄生电容耦合效应。来自像素210a外的变化包括：功率和信号分布效应，例如与像素电压相关联的IR压降和跨越大的像素阵列的控制信号；以及在用于处理垂直信号线205a的输出的读出电路中出现的偏移和随机噪声。
图2B示出了3T型的另一配置以作为像素电路210b。在该电路中，到源极跟随器晶体管204b和复位晶体管203b的各自电源电压是不同的。未使用图2A的选择晶体管204a，而在光电二极管201b与浮动扩散部FD之间设置传输晶体管202b。在操作中，通过在复位晶体管203b和传输晶体管202b处施加高电压来复位光电二极管201b。然后，关断传输晶体管202b，之后，使浮动扩散部FD复位，在此时测量复位电压。在像素曝露于光后，接通传输晶体管202b，以将电荷从光电二极管201b移动到浮动扩散部FD。然后，测量来自光电二极管201b的复位加曝光值。
虽然图2A至图2B示出了具有呈特定配置的三个晶体管的像素电路，但是本公开不限于此，并可以应用于具有更少或更多晶体管以及其他元件(例如电容器、电阻器等)的像素电路。另外，本公开可以扩展到在多个光电转换装置之间共用一个或多个晶体管的配置。
具有不同数量的晶体管的像素电路111的另一示例是如图3所示的像素电路310。如图3所示，所谓的4T型像素电路310包括光电转换装置301(例如，光电二极管)、浮动扩散部FD、传输晶体管302、复位晶体管303、源极跟随器晶体管304(有时称为“放大晶体管”)、选择晶体管305和垂直信号线306。传输晶体管302的栅极电极、复位晶体管303的栅极电极和选择晶体管305的栅极电极分别接收信号TRG、RST和SEL。例如，这些信号可以由控制或时序电路(例如，上文所述的垂直驱动电路120)提供。
在操作中，通过将复位晶体管303的栅极处的信号RST置为有效(assert)和置为无效(de-assert)来复位浮动扩散部FD。在复位之后，完成第一次测量，以通过将信号SEL置为有效并且将复位信号变化存储于像素外来获取该复位信号变化。接着，将信号TRG置为有效，从而允许将光电二极管上所收集的信号添加到复位信号上。然后，完成第二次测量，以通过将信号SEL置为有效来获取复位加光电二极管信号变化。最后，在模拟或数字电路中使用减法方法从第二次测量中减去先前获得的复位信号。
图4A和图4B示出了分别用于在模拟或数字电路中实施减法方法的示例性处理链400a和400b。如图4A所示，处理链400a包括：像素410，其可以是像素210a/b、像素310或另一像素；开关420；模拟放大器430，其被配置成将增益提供至模拟信号；模拟CDS减法电路440a，其被配置成提供差分信号；以及ADC450，其被配置成产生输出像素值。因此，可以在模拟域中执行CDS减法。
如图4B所示，处理链400b包括：像素410，其可以是像素210a/b、像素310或另一像素；开关420；模拟放大器430，其被配置成将增益提供至模拟信号；ADC450，其被配置成从模拟值转换为数字值；以及数字CDS减法电路440b，其被配置成提供差分信号以作为输出信号。因此，可以在数字域中执行CDS减法。
在实际电路实施方案中，处理链400a和400b两者都可以由时序电路(例如上文所述的控制器150)控制，并且可以设置有存储器和/或寄存器以存储任何必要的中间值。取决于具体的实施方案，该存储器和/或寄存器可以设置用于单个像素、像素行、整个图像等。在任一实施方案中，像素输出在ADC450中被转换为数字之前经历模拟增益过程。
[匹配的比较器主动复位电路]
图5示出了包括主动复位电路500和像素电路510的示例性匹配比较器配置。虽然像素电路510被图示为具有其自身的匹配比较器，但是其他配置也是可能的。例如，每列可能有一个主动复位电路500，其中在给定列中的各个像素电路510共用用于该列的主动复位电路500。像素电路510被图示为4T型电路，其包括光电二极管501、传输晶体管502、复位晶体管503、源极跟随器晶体管504、选择晶体管505和保持电容器508。如图所示，主动复位电路500与像素电路510共用源极跟随器晶体管504和选择晶体管505。主动复位电路500另外还包括与像素电路510分开地提供的晶体管521至525。
晶体管522、源极跟随器晶体管504和选择晶体管505被设置在电源电压Vdd2与列信号线506之间的第一电流路径中。晶体管523至525被设置在电源电压Vdd2与列信号线506之间的第二电流路径中。如上所述，在多个像素电路510连接到或可连接到单个主动复位电路500的情况下，可以存在多个“第一电流路径”和一个“第二电流路径”。
如图所示，晶体管522至523的栅极互相连接，并且晶体管523被布置成二极管配置。晶体管525由其栅极处的主动复位信号RST2控制。晶体管524的栅极接收FD电压复位信号RST3。晶体管521被设置在复位电压Vr与电源线Vdd之间。在操作中，晶体管521和525被控制成在相关的图像传感器的操作期间具有相反的导电状态。如图所示，通过使晶体管521和525具有相反的信道时间并同时向它们两者提供相同的控制信号RST2来实现主动/被动(active/passive)复位选择。因此，当RST2为高时，晶体管521处于关断(OFF)状态，并且晶体管525处于导通(ON)状态，并且当RST2为低时，晶体管521处于导通状态，并且晶体管525处于关断状态。可替代地，晶体管521和525可以具有相同的信道时间，且替代性地具有向它们提供过来的相反控制信号。
晶体管521和525用于控制像素电路510是否将会执行被动复位操作或主动复位操作。当RST2为低时，像素电源电压Vdd连接到复位电压Vr，同时由晶体管525切断通过晶体管523至525的第二电流路径。这允许通过控制复位信号RST来执行被动复位操作。另一方面，当RST2为高时，像素电源电压Vdd被晶体管521从复位电压Vr切断，并且当选择信号SEL也为高时，通过晶体管504至505和522的第一电流路径以及通过晶体管523至525的第二电流路径都被启用以执行主动复位操作，从而稳定浮动扩散电容器中的电荷并且导致具有较小变化的复位电压。
[单斜率ADC]
单斜率ADC使用由数模转换器(DAC:digital-to-analog converter)产生的斜坡信号，并通过计数该斜坡信号与来自光电二极管的模拟信号交叉所需的时间来测量来自传感器的模拟信号，从而提供模拟信号的数字表示。与所有其他类型的ADC一样，单斜率ADC也会受到电路噪声的影响。在传感器操作中，高电平的模拟增益可以用来放大光电二极管信号超过放大器和ADC电路的电路噪声电平，从而允许图像传感器在低光电平和低读出噪声下产生有用的图像。因此，读出噪声电平是图像传感器实施方案的重要参数。
图6示出了示例性像素电路和单斜率ADC。如图6所示，4T像素电路610通过信号线606在差分比较器620的一个输入处连接到差分比较器620，并且差分比较器620的另一个输入从DAC 630接收斜坡信号。DAC 630和像素电路610将它们各自的信号分别通过第一耦合电容器641和第二耦合电容器642向差分比较器620提供。
如图所示，像素电路610包括光电二极管601、传输晶体管602、复位晶体管603、源极跟随器晶体管604、选择晶体管605、电流源607和保持电容器608。其他像素电路设计(例如3T或5T+配置)可以用于类似的布置中。差分比较器620包括晶体管621至629。
当对来自像素电路610的模拟信号进行采样时，DAC 630***作以发出斜坡信号。图7A示出了示例性的一组信号，其中，来自像素电路610的模拟信号被显示为实线，并且由DAC 630产生的斜坡信号被显示为虚线。因为执行CDS，所以对于两个测量时段来操作斜坡信号。在第一测量时段，像素电路610被复位。紧接在第一测量时段之前，DAC 630被复位到初始电平，接着斜坡信号在DAC 630的控制下下降。当斜坡信号与像素信号交叉时，数字比较器620改变状态。在DAC 630中计数该状态改变发生的时间就提供了P相信号的测量。
此后，像素电路610曝露于光，并且DAC 630从初始电平重新开始，接着再次使斜坡信号下降。计数该后续状态改变发生的时间就提供了D相信号的测量。D相信号与P相信号之间的差值给出了像素电路630的输出值。
为了提高测量的精确性，可以执行自动调零(AZ)功能。通过接通晶体管622和626来执行AZ，从而致使差分比较器620的两个输入变得相等。结果，电容器641和642被充电，使得差分比较器620两侧上的任何DC不平衡都会致使电容器641和642充电到适当的电平。即使当晶体管622和626关断时，电容器641和642中的电荷也能被维持。因此，差分比较器620的两个输入仅感测由于像素信号的改变或斜坡信号的改变引起的差异。
AZ过程可以被解释为这样的过程：其存储由于电容器641和642中的电路噪声或其他参数差异而引起的变化。当这些变化信号被存储且考虑时，AZ电路有效地执行没有噪声分量(例如，像素电路中的热噪声、来自像素电路的直通色散(pass-through dispersion)、源极跟随器晶体管中的偏移误差、差分比较器的两个输入端子中的非零偏移(non-zerooffset)等)的测量。然而，在图像传感器利用共用ADC结构(在该共用ADC结构中，多列像素共用一个ADC)的配置中，AZ方法不能消除由不同列中的像素读出所引起的变化。这是因为，即使各列可能具有不同的变化，但共用单个ADC的列必须使用单个AZ设定；即，针对各变化的单个存储值。
可能存在着AZ电路未消除的额外的不精确性来源。例如，来自像素电路610的信号线可能在P相测量期间漂移一个非零量ΔP，如图7B所示。这种漂移可能归因于以下因素：例如，AZ开关(晶体管622和626)中的热噪声、由于非零导通阻抗引起的切换噪声、图像传感器内的比较器之间的参数差异、斜坡信号中的不同延迟，等等。
[利用单斜率ADC的主动复位]
为了进一步提高测量精度，优选使用用于单斜率ADC的主动复位方法。图8示出了使用4T像素电路810和单斜率ADC的示例性主动复位电路800，该单斜率ADC包括差分比较器820和DAC 830。如图所示，像素电路810包括光电二极管801、传输晶体管802、复位晶体管803、源极跟随器晶体管804、选择晶体管805、电流源807和保持电容器808(有时称为“电荷-电压转换电容器”或“浮动扩散电容器”)。像素电路810通过信号线806连接到差分比较器820。如上所述，其他像素电路设计(例如3T或5T+配置)可以用于类似的布置中。差分比较器820包括晶体管821、823至825和827至829。也就是，与差分比较器620相比，省略了两个晶体管以及两个电容器。此外，与图6相比，主动复位电路800具有从比较器输出线到复位晶体管803的源极的连接。因为在DAC830与差分比较器820的输入之间不存在电容器，所以可能较佳的是，重新调整DAC 830的复位电平以匹配差分比较器820的DC操作范围。
为了使用主动复位电路800测量像素信号，将DAC 830初始化为复位电平；例如，上文所述的初始电平。此后，将复位信号RST置为有效，以接通复位晶体管803。此时，电流从差分比较器820的输出流过复位晶体管803，从而为保持电容器808充电。这一直持续直到将保持电容器808充电至在差分比较器820处达到平衡状态的电平。当这种情形出现时，差分比较器820已经达到考虑了电路的所有噪声源的中性启动状态，所述所有噪声源包括电路元件的电阻差异和电容差异、寄生电阻和电容的差异、诸如比较器偏移等偏移、及时序差异等。特别地，消除了两个潜在的较大噪声源，即，源极跟随器晶体管804中的电压变化和差分比较器820中的失配变化。在该步骤之后，将复位信号RST变为无效，以关断复位晶体管803，并且现在该电路已准备好对光电二极管信号进行测量。
可替代地，可以应用两步式复位晶体管关断控制。图9示出了两步式复位晶体管关断控制的示例性波形图。在该配置中，将DAC 830复位和将复位晶体管803接通的步骤与上文所述相同。此时，复位晶体管803处于导通状态，并且复位晶体管803的栅极电压处于高电平，如图9的第一部分所示。随后，复位晶体管803的栅极电压从高电平降低到中间电平。该中间电平略低于复位晶体管803的栅极电压阈值，使得复位晶体管803处于“弱导通”状态。最后，复位晶体管803的栅极电压降低到低电平。该低电平高于栅极电压阈值，使得复位晶体管803处于关断状态。因为复位晶体管803在弱导通状态下仍然传导，所以将复位晶体管803转变为关断状态的更渐进方法允许保持电容器808充电到更准确地表示电路元件中的变化的电平。换句话说，两步复位晶体管关断控制减小了通过变化(through variation)，因为它减小了复位晶体管803的摆动。
在执行了两步复位晶体管关断控制之后，可以用类似于上文中如图7A所示的方式(即，通过从DAC 830开启斜坡信号并测量该斜坡信号与像素输出信号交叉所需的时间)来测量来自光电二极管801的P相信号和D相信号。因为各个特定的ADC电路的噪声变化存储在相应的保持电容器808中，因此获得了P相信号和D相信号的更精确测量。
主动复位电路800具有许多效果。例如，因为在连接到特定的像素电路810时执行主动复位，所以主动复位电路800在多列像素共用单个ADC的列共用方案中是高效的。在这种情况下，当进行测量时，各列的复位电位被存储在保持电容器803中，因此克服了传统AZ方法(凭借该方法，为各个ADC仅可以存储一组噪声变化)的限制。
此外，主动复位电路800允许在图像传感器中更高效地使用硅。具体地，与图6的电路相比，每个ADC去除了两个晶体管和两个电容器。在数千个ADC并行工作的图像传感器实施方案中，主动复位电路800导致了更有效的设计，该设计由于减少的电路元件而占据更小的面积。
此外，主动复位电路800通过馈送差分比较器820的输出电平并将其存储在保持电容器803中来控制像素电路810中的浮动扩散部的复位电平。这就允许通过调节DAC 830的复位电平来控制该电路的复位电平。以这种方式，可以通过将像素电路810复位到当在任何给定的***增益下(也就是说，在电路的任何模拟增益下)支持所使用的动态范围时所需的最低电压电平，来最小化像素电路810中的暗电流。
此外，主动复位电路800允许按照与未纳入主动复位的单斜率ADC实质上相同的速度对模拟像素信号进行模数转换，同时仍然能实现完整的CDS并且允许使用高模拟增益电平。
[结论]
关于本文中所说明的过程、***、方法、启发等，应该理解的是，尽管这些过程等的步骤已经被说明为是根据一定的有序序列发生的，但是也可以使用依照除了本文中所说明的顺序以外的顺序而被执行的所说明的步骤来实践这些过程。还应该理解的是，可以同时执行某些步骤，可以添加其他步骤，或者可以省略本文中所说明的某些步骤。换句话说，本文中的过程的说明是出于阐述某些实施例的目的而提供的，并且绝不应被解释为限制本发明的权利要求范围。
因此，应该理解，上述说明旨在是阐述性的而非限制性的。在阅读以上说明后，将会明白除了所提供的示例之外的许多实施例和应用。本发明的范围不应该参考以上的说明来确定，而是应该参考随附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。可预计并预期的是，在本文讨论的技术中将会发生未来的发展，并且所公开的***和方法将会被并入到这样的未来实施例中。总之，应该理解的是，本发明能够进行修改和变化。
如本文所述技术中的技术人员所理解的，本发明权利要求中使用的所有术语旨在被赋予它们最广泛的合理构造和它们的一般含义，除非在本文中做出了明确的相反指示。特别地，例如“一个”、“该”、“所述”等单数冠词的使用应该被理解为是在叙述一个或多个所指示的元件，除非权利要求相反地记载了明确的限制。
提供了本发明的摘要以允许读者快速地确定本技术公开的本质。应该理解的是，提交的摘要将不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，为了简化本公开，各种特征在各个实施例中被组合在一起。本公开的方法不应被解释为反映所主张的实施例需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。而实情是，如随附权利要求所反映的，本发明主题在于少于单个所公开实施例的所有特征。因此，随附权利要求在此也被并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独主张的主题。

Claims (20)

1.一种图像传感器，其包括：
像素电路，其包括复位晶体管，并且被配置成输出像素信号；以及
差分比较器，其包括像素输入、参考输入和比较器输出，
其中，所述复位晶体管的源极或漏极连接到所述比较器输出。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其还包括：
数模转换器，其被配置成输出具有斜坡波形的参考信号。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述差分比较器被配置成在所述像素输入处接收所述像素信号和在所述参考输入处接收所述参考信号，并且输出数字信号的表示。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，
所述数模转换器被配置成初始化为初始信号电平且接着输出所述斜坡波形，此时所述差分比较器被配置成执行与所述像素电路的复位电平对应的P相测量，并且
所述数模转换器被配置成随后重新初始化为所述初始信号电平、且然后输出所述斜坡波形，此时所述差分比较器被配置成执行与所述像素电路的数据电平对应的D相测量。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述初始信号电平基于所述图像传感器的***增益。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述复位晶体管的栅极被配置成依次接收高复位电平、中间复位电平和低复位电平。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述高复位电平和所述中间复位电平高于所述复位晶体管的栅极阈值，并且所述低复位电平低于所述复位晶体管的栅极阈值。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素电路还包括光电二极管、传输晶体管、源极跟随器晶体管和保持电容器。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述像素电路还包括选择晶体管。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述像素电路是以矩阵布置的多个像素电路之中的一者，并且
所述差分比较器对应于所述矩阵的多个列。
11.一种图像处理方法，其包括：
从包括复位晶体管的像素电路输出像素信号；以及
从包括像素输入、参考输入和比较器输出的差分比较器输出差分信号，
其中，所述复位晶体管的源极或漏极连接到所述比较器输出。
12.根据权利要求11所述的图像处理方法，其还包括：
从数模转换器输出具有斜坡波形的参考信号。
13.根据权利要求12所述的图像处理方法，其还包括：
在所述差分比较器的所述参考输入处接收所述参考信号；和
在所述差分比较器的所述像素输入处接收所述像素信号。
14.根据权利要求12所述的图像处理方法，其还包括：
将所述数模转换器初始化为初始信号电平，且接着输出所述斜坡波形；
然后，执行与所述像素电路的复位电平对应的P相测量；
然后，将所述数模转换器重新初始化为所述初始信号电平，且接着输出所述斜坡波形；并且
然后，执行与所述像素电路的数据电平对应的D相测量。
15.根据权利要求14所述的图像处理方法，其中，所述初始信号电平基于所述图像传感器的***增益。
16.根据权利要求11所述的图像处理方法，其还包括：
在所述复位晶体管的栅极处，依次接收高复位电平、中间复位电平和低复位电平。
17.根据权利要求16所述的图像处理方法，其中，所述高复位电平和所述中间复位电平高于所述复位晶体管的栅极阈值，并且所述低复位电平低于所述复位晶体管的栅极阈值。
18.根据权利要求11所述的图像处理方法，其中，所述像素电路还包括光电二极管、传输晶体管、源极跟随器晶体管和保持电容器。
19.根据权利要求18所述的图像处理方法，其中，所述像素电路还包括选择晶体管。
20.根据权利要求11所述的图像处理方法，其中
所述像素电路是以矩阵布置的多个像素电路之中的一者，并且
所述差分比较器对应于所述矩阵的多个列。
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