CN110784669B - 斜坡信号发生装置及使用其的cmos图像传感器 - Google Patents

斜坡信号发生装置及使用其的cmos图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN110784669B
CN110784669B CN201811631815.4A CN201811631815A CN110784669B CN 110784669 B CN110784669 B CN 110784669B CN 201811631815 A CN201811631815 A CN 201811631815A CN 110784669 B CN110784669 B CN 110784669B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ramp signal
local
ramp
coupled
generating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811631815.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110784669A (zh
Inventor
金贤俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Hynix Inc
Original Assignee
SK Hynix Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK Hynix Inc filed Critical SK Hynix Inc
Publication of CN110784669A publication Critical patent/CN110784669A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110784669B publication Critical patent/CN110784669B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/709—Circuitry for control of the power supply
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/7795—Circuitry for generating timing or clock signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

一种斜坡信号发生装置及使用其的CMOS图像传感器。可以提供一种斜坡信号发生装置，其包括：斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器包括多个局部斜坡信号发生器，每个局部斜坡信号发生器被构造为基于外部控制单元的控制而产生具有局部斜坡范围的局部斜坡信号；AC耦合器，该AC耦合器联接到所述斜坡信号发生器以从所述斜坡信号发生器接收局部斜坡信号，AC耦合器被构造为对所接收的局部斜坡信号执行AC耦合并产生经AC耦合的斜坡信号；以及积分器，该积分器联接到AC耦合器以接收经AC耦合的斜坡信号，并且被构造为将经AC耦合的斜坡信号积分成具有完整斜坡范围的斜坡信号。

Description

斜坡信号发生装置及使用其的CMOS图像传感器
技术领域
本专利文档中公开的技术和实施方案涉及一种包括斜坡信号发生装置的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。
背景技术
随着近来信息通信产业的发展和电子设备的数字化，具有改进性能的图像传感器已经被用于诸如数码相机、便携式摄像机、移动电话、PCS(个人通信***)、游戏机、安全摄像机和医用***机的各种领域。此外，随着对用于移动产品的CIS的需求的增加，对用于实现具有低功率的CIS的技术的需求已经增加。
发明内容
各种实施方式涉及一种斜坡信号发生装置和包括该斜坡信号发生装置的图像传感器。根据各种实施方式，斜坡信号发生装置可包括多个局部斜坡信号发生器，从而确保具有低功率的斜坡信号发生器的操作裕度。
在一个实施方式中，斜坡信号发生装置可包括斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器包括多个局部斜坡信号发生器。每个局部斜坡信号发生器可被构造为基于外部控制单元的控制而产生具有局部斜坡范围的局部斜坡信号。斜坡信号发生装置可包括AC耦合器，该AC耦合器联接到斜坡信号发生器，以从斜坡信号发生器接收局部斜坡信号。AC耦合器可被构造为对所接收的局部斜坡信号执行AC耦合并产生经AC耦合的斜坡信号。斜坡信号发生装置可包括积分器，该积分器联接到AC耦合器以接收经AC耦合的斜坡信号，并且被构造为将经AC耦合的斜坡信号积分成具有完整斜坡范围的斜坡信号。这里，可通过将完整斜坡范围除以局部斜坡信号发生器的数量来确定局部斜坡范围。
斜坡信号发生装置可包括缓冲器，该缓冲器联接到积分器以缓冲斜坡信号。
在斜坡信号发生装置中，具有电压电平的功率被提供至斜坡信号发生器、积分器和缓冲器，并且所述电压电平低于2.8V。作为示例而非限制，具有低于2.8V的第一电压电平的功率被提供至积分器和缓冲器。具有低于第一电压电平的第二电压电平的另一功率被提供至斜坡信号发生器。
局部斜坡信号发生器可基于控制单元的控制而被依次操作以产生局部斜坡信号。
AC耦合器可包括多个耦合电容器，每个耦合电容器联接到每个局部斜坡信号发生器。
作为示例而非限制，斜坡信号被设计为用于至少10位的像素分辨率，并且被提供至所述多个局部斜坡信号发生器的功率具有低于2.0V的电压电平。
在一个实施方式中，每一个局部斜坡信号发生器可包括多个单位电流单元。与斜坡信号发生器直接产生斜坡信号而不包括局部斜坡信号发生器时的情况相比，单位电流单元的数量可减少。
在一个实施方式中，与斜坡信号发生器直接产生斜坡信号而不包括局部斜坡信号发生器的情况相比，包括在所述多个局部斜坡信号发生器中的单位电流单元的数量没有改变。
在一个实施方式中，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)可包括：像素阵列，该像素阵列包括按行和列排列的像素，所述像素被构造为输出对应于入射光的像素信号；行解码器，该行解码器联接到像素阵列，并且被构造为选择像素阵列内的行；斜坡信号发生装置，该斜坡信号发生装置联接到像素阵列，并且包括斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器包括多个局部斜坡信号发生器，每个局部斜坡信号发生器产生局部斜坡信号，并且斜坡信号发生器被构造为通过将由所述多个局部斜坡信号发生器产生的局部斜坡信号组合来提供斜坡信号；比较单元，该比较单元联接到斜坡信号发生装置和像素阵列，并且被构造为比较斜坡信号与像素信号并产生比较结果；计数单元，该计数单元联接到比较单元，并被构造为根据多个所述比较结果中的每一个来对时钟计数；存储单元，该存储单元联接到计数单元，并被构造为存储来自计数单元的计数信息；控制单元，该控制单元联接到行解码器、斜坡信号发生装置、比较单元、计数单元以及存储单元，并且被构造为控制行解码器、斜坡信号发生装置、比较单元、计数单元以及存储单元；以及列读出电路，该列读出电路联接到控制单元和存储单元，并且被构造为根据控制单元的控制而输出存储单元的数据。
斜坡信号发生装置还可以包括：AC耦合器，该AC耦合器联接到斜坡信号发生器以从斜坡信号发生器接收局部斜坡信号，AC耦合器被构造为对所接收的局部斜坡信号执行AC耦合并产生经AC耦合的斜坡信号；以及积分器，该积分器联接到AC耦合器以接收经AC耦合的斜坡信号，并被构造为对经AC耦合的斜坡信号进行积分以产生斜坡信号。斜坡信号具有完整斜坡范围，并且每个局部斜坡信号具有通过将完整斜坡范围除以所述多个局部斜坡信号发生器的数量而确定的局部斜坡范围。
附图说明
图1示出了用于促进对实施方式的理解的CIS的整体结构。
图2A是示出用于促进对实施方式的理解的斜坡信号发生装置的框图。
图2B是示出用于促进对实施方式的理解的斜坡信号发生装置的电路图。
图3A和图3B是示出根据本公开的技术的实施方式的斜坡信号发生装置的配置图的示例。
图4是示出根据本公开的技术的实施方式的斜坡信号发生装置的示例的电路图。
图5是示出根据本公开的技术的实施方式的斜坡信号发生装置的操作的时序图的示例。
图6示出了根据本公开的技术的实施方式的从斜坡信号发生装置输出的斜坡电压的示例。
图7是示出根据本公开的技术的实施方式的CIS的配置图的示例。
具体实施方式
本公开的技术可实现为提供一种斜坡发生装置和包括该斜坡发生装置的CMOS图像传感器(CIS)，其中，斜坡发生装置被构造为即使在向斜坡发生装置提供较低的电源电压时也能确保其性能。
如上所述，对于以低功率操作的CIS的需求已经增加。为了实现这种以低功率操作的CIS，需要一种将CIS的动态性能保持在与具有常规功率的CIS相同的水平的技术。然而，随着斜坡发生装置的电源电压降低，要使诸如斜坡信号发生器的模拟电路确保其操作裕度(operation margin)存在许多限制或困难。
例如，在利用单位电流单元阵列(unit current cell array)实现的斜坡信号发生器中，当电源电压降低时，会变得难以确保其操作裕度。因此，在开环电路的情况下，会出现各种非线性问题，这使得后级的比较器在将模拟像素信号转换为数字信号时使用非线性斜坡信号。因此，非线性问题导致噪声数字码值(noisy digital code value)并降低信噪比(SNR)或动态范围(DR)的性能。
认识到上述情况，本公开的技术的一些实施方案提出了用于确保斜坡发生装置的操作裕度的技术和电路。在下文中，将参照附图描述示例性实施方式。
在整个说明书中，当一个元件被称为“连接到(connected to)”或“联接到(coupled to)”另一个元件时，其可表明前一元件“直接连接或联接到”后一元件，或者前一元件在另一元件插置其间的情况下“电连接或联接到”后一元件。此外，除非进行了相反的描述，当元件“包括”或“具有”一个组件时，这可表明该元件并不排除另一组件，而是可进一步包括另一组件。
图1示出了互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)的示例，其示出了具有列并行结构的CIS，所述CIS利用通用单斜率模数转换器实现。
如图1所示，用于促进对实施方式的理解的CIS可包括像素阵列10、行解码器20、斜坡信号发生装置30、比较单元40、计数单元50、存储单元60、控制单元80和列读出电路70。像素阵列10可输出与入射光相对应的像素信号。行解码器20可在控制单元80的控制下在对应的行线处选择像素阵列10中的像素并控制所选择的像素的操作。斜坡信号发生装置30可在控制单元80的控制下产生斜坡信号。比较单元40可在控制单元80的控制下将从斜坡信号发生装置30施加的斜坡信号的值与从像素阵列10输出的像素信号的值进行比较。计数单元50可根据比较单元40的多个输出信号的每一个对从控制单元80施加的时钟进行计数。存储单元60可在控制单元80的控制下存储来自计数单元50的计数信息。控制单元80可控制行解码器20、斜坡信号发生装置30、比较单元40、计数单元50、存储单元60和列读出电路70的操作。列读出电路70可在控制单元80的控制下依次输出存储单元60的数据作为像素数据PXDATA。
在一些实施方式中，CIS可将从像素阵列10的不同像素(例如，暗或基准单元和实际光输入单元)获得的像素信号(像素输出电压)彼此进行比较，以去除像素的并非由入射光引起的偏移值，并且仅测量响应于入射光而产生的像素信号。这种技术可以被称为相关双采样(CDS)。CDS可由比较单元40执行。
比较单元40可包括多个比较器，计数单元50可包括多个计数器，并且存储单元60可包括多个存储器。因此，可在各个列处设置比较器、计数器和存储器。
参照图1，一个比较器、一个计数器和一个存储器的操作将描述如下。
首先，第一比较器41可具有用于接收从像素阵列10的第一列输出的像素信号的端子和用于接收从斜坡信号发生装置30施加的斜坡信号的另一端子。第一比较器41可根据来自控制单元80的控制信号将所接收的像素信号与所接收的斜坡信号进行比较，并输出比较信号。
由于斜坡信号VRAMP具有随着初始化开始后经过的时间而增加或减小到预定幅度的电压电平，所以被输入到比较器的各个端子的两个信号的值可在特定时间点彼此一致。在两个信号的值彼此一致的时间点之后，从每个比较器输出的比较信号的值可以反相。
第一计数器51可以在从斜坡信号减小时到从比较器41输出的比较信号反相时的时间段内对从控制单元80施加的时钟进行计数，并输出计数信息。可根据来自控制单元80的复位控制信号来将每个计数器复位。
第一存储器61可根据来自控制单元80的负载控制信号存储来自计数器51的计数信息，并将计数信息输出到列读出电路70。
此时，CIS可对复位信号(复位电压)进行计数，然后对图像信号(信号电压)进行计数。
图2A是示出用于促进对实施方式的理解的斜坡信号发生装置的框图，图2B是示出用于促进对实施方式的理解的斜坡信号发生装置的电路图。
如图2A所示，斜坡信号发生装置210可包括：斜坡信号发生器211，该斜坡信号发生器211用于在控制单元(例如，图1的控制单元80)的控制下产生斜坡信号(斜坡电压)；以及缓冲器212，该缓冲器212用于缓冲由斜坡信号发生器211产生的斜坡信号，并将经缓冲的斜坡信号施加至比较器220(例如，图1的比较单元)。
在一些情况下，斜坡信号发生装置210可接收2.8V的电源电压以确保操作裕度。
如图2B所示，斜坡信号发生器211可被配置为包括多个单位电流单元的单位电流单元阵列，并且斜坡电阻器RRoad可联接到单位电流单元阵列的公共节点。此时，斜坡信号发生器211可通过基于VRUC[n]和VRUCB[n]的时序依次开启/关闭单位电流单元的操作来产生斜坡信号VRAMP1。VRUC[n]是操作单位电流单元的开关信号，并且VRUCB[n]是反相开关信号。在这种情况下，可施加2.8V的斜坡电源电压VSUPPLY。此外，'n'表示单位电流单元的总数，指示斜坡信号发生装置的级数。在斜坡信号具有10位的分辨率的情况下，'n'可为1024。
在斜坡信号发生器211和缓冲器212之间，可设置耦合电容器Cc 213。耦合电容器213可以将由斜坡信号发生器211产生的斜坡信号VRAMP1AC耦合，并将经AC耦合的信号施加至缓冲器212。此时，耦合电容器213可容易地调节斜坡信号发生器211和缓冲器212之间的公共信号(例如，DC电平)。
缓冲器212可包括NMOS晶体管和电流源，并且接收和缓冲由耦合电容器213AC耦合的斜坡信号VRAMP2。然后，缓冲器212可将经缓冲的斜坡信号VRAMP3施加至比较器220(例如，图1的比较单元)。
然而，例如，当电源电压从2.8V降低到1.8V时，由于在斜坡信号发生器的操作时段中改变的“基准操作设定电压”，图2B中所示的被配置为单位电流单元阵列的斜坡信号发生器在确保操作裕度方面可能存在限制和/或困难。
因此，提供斜坡信号发生装置的一些实施方式，以便即使在利用1.8V的低电源电压的情况下也确保斜坡信号发生器的操作裕度(例如，通过使用多个局部斜坡信号发生器)。将参照图3A至图7来具体描述这种配置。
图3A和图3B是示出根据一个实施方式的斜坡信号发生装置的示例的配置图。
如图3A和图3B所示，根据该实施方式的斜坡信号发生装置300可包括斜坡信号发生器310、AC耦合器320、积分器330和缓冲器340。斜坡信号发生器310可包括多个局部斜坡信号发生器311，以在控制单元(例如，图1的控制单元80)的控制下产生多个局部斜坡信号。AC耦合器320可以将通过斜坡信号发生器310产生的多个局部斜坡信号AC耦合。积分器330可对通过AC耦合器320而被AC耦合的斜坡信号进行积分。缓冲器340可缓冲由积分器330积分的斜坡信号，并将经缓冲的信号施加至比较器350(例如，图1的比较单元)。在一些实施方式中，可省略缓冲器340。
斜坡信号发生器310可被配置为包括多个局部斜坡信号发生器311的局部斜坡信号发生器阵列，并且在控制单元(例如，图1的控制单元80)的控制下，多个局部斜坡信号发生器311可被依次操作以产生具有局部斜坡范围的局部斜坡信号。可通过将完整斜坡范围划分为多个范围(例如，当'k'是整数时，'k'个范围)来获得局部斜坡范围。
AC耦合器320可被配置为包括多个耦合电容器的耦合电容器阵列，每个耦合电容器的电容对应于通过将图2B的耦合电容器213的电容除以局部斜坡信号发生器311的数量而获得的值。例如，斜坡信号发生器310内的局部斜坡信号发生器311的数量可等于AC耦合器320内的耦合电容器213的数量。
在一个实施方式中，AC耦合器可被联接到斜坡信号发生器310并从斜坡信号发生器310接收局部斜坡信号。AC耦合器320可仅使具有局部斜坡范围的局部斜坡信号的AC分量通过，并从局部斜坡信号中移除DC分量。由于斜坡信号发生器310内的局部斜坡信号发生器311的每个斜坡信号是通过将完整斜坡范围分成多个范围来确定的，所以每个斜坡信号具有小的范围，即比完整斜坡范围小的范围。因此，与斜坡信号具有完整斜坡范围的情形相比，该斜坡信号可包含很少的噪声，并且可在通过AC耦合器320去除斜坡信号的DC分量的同时进一步降低噪声。随着噪声从斜坡信号减少，可进一步改善图像传感器的操作。
积分器330可通过例如利用电阻器、放大器、电容器等的各种方式实现。由于积分器330的实现是公知的，因此这里将省略其描述。积分器330可联接到AC耦合器320并且产生具有大于每个局部斜坡信号的范围的宽范围的斜坡信号。例如，当通过将从AC耦合器320内的耦合电容器阵列输出的多个局部斜坡信号耦合来经由积分器330产生具有宽范围的斜坡信号时，不需要设置与各个局部范围相对应的多个比较器。如果图像传感器的各个列需要与局部斜坡信号发生器311的数量相对应的多个比较器，则可能会增加图像传感器的电路复杂度从而降低图像传感器的集成密度。
如上文参照图2B所述，缓冲器340可包括NMOS晶体管和电流源。
在根据该实施方式的斜坡信号发生装置300中，由每个局部斜坡信号发生器311输出的局部斜坡信号可具有小的局部斜坡范围。因此，虽然提供给包括多个局部斜坡信号发生器311的斜坡信号发生器300的电源电压低于现有的利用一个斜坡信号发生器实现的斜坡信号发生装置的常规的电源电压(例如，2.8V)，并且斜坡信号发生器300中的局部斜坡信号发生器311接收从0V至2.8V的电源电压，但是每个局部斜坡信号发生器311可以确保具有操作裕度的最大功率摆动。
因此，如图3A所示，根据该实施方式的斜坡信号发生装置300的斜坡信号发生器310、积分器330和缓冲器340可被构造为接收小于现有的斜坡信号发生装置的常规电源电压(例如，2.8V)的电源电压(例如，1.8V)。在一些实施方式中，斜坡信号发生装置300可被实现为使用两个不同的电源电压。如图3B所示，根据该实施方式的斜坡信号发生装置300的积分器330和缓冲器340可被构造为接收小于现有斜坡信号发生装置的常规电源电压(例如，2.8V)的第一电源电压(例如，1.8V)，并且斜坡信号发生装置300的斜坡信号发生器310可被构造为接收小于第一电源电压的第二电源电压(例如，小于1.8V)。在这种情况下，斜坡信号发生装置300的第二电源电压可被最小化，这允许进一步节省用于操作图像传感器的功率。
图4是示出根据本公开的技术的一个实施方式的斜坡信号发生装置的示例的电路图。图4示出了斜坡信号发生器310、AC耦合器320和积分器330的电路配置的示例。
如图4所示，与图2B的现有斜坡信号发生器211不同，根据该实施方式的斜坡信号发生装置可被配置为包括多个局部斜坡信号发生器311的局部斜坡信号发生器阵列。此时，局部斜坡信号发生器阵列可包括'k'个局部斜坡信号发生器311，即局部斜坡信号发生器[1]至局部斜坡信号发生器[k]，并且'k'可被确定为“(完整斜坡范围/局部斜坡发生器的范围的量(局部斜坡范围))”。多个局部斜坡信号发生器311中的每一个可以利用斜坡电阻器RRoad_unit的大小来调节局部斜坡信号的增益，并且如图2B中所解释的那样操作。多个局部斜坡信号发生器311中的每一个可以包括单位电流单元，并且包括在每个局部斜坡信号发生器311中的单位电流单元的数量(‘m’)小于包括在图2B的现有斜坡信号发生器中的单位电流单元的数量(‘n’)。然而，包括在k个局部斜坡信号发生器311中的单位电流单元的总数，即，‘m×k’，可以等于包括在图2B的现有斜坡信号发生器中的单位电流单元的数量(‘n’)。
根据该实施方式的斜坡信号发生装置可以依次驱动局部斜坡信号发生器[1]至局部斜坡信号发生器[k]中的每一个的全部单位电流单元。例如，局部斜坡信号发生器[1]到局部斜坡信号发生器[k]中的每一个可基于图2B的现有斜坡信号发生器中所使用的控制信号进行操作。在一些实施方式中，局部斜坡信号发生器[1]的单位电流单元被依次驱动，然后局部斜坡信号发生器[2]的单位电流单元被依次驱动，依此类推。这样，重复进行每个局部斜坡信号发生器的单位电流单元的驱动，从而驱动局部斜坡信号发生器[1]到局部斜坡信号发生器[k]的单位电流单元。
AC耦合器320可被配置为包括多个耦合电容器Cc[1]至Cc[k]的耦合电容器阵列。积分器330可包括：电阻器RINT，该电阻器RINT联接到AC耦合器320；放大器，该放大器的一个输入端子联接到电阻器RINT，并且该放大器的另一个输入端子联接到地电压；以及电容器CINT，该电容器CINT被设置在放大器的所述一个输入端子和输出端子之间。
从通过局部斜坡信号发生器[1]产生的局部斜坡信号VRAMP[1]'到通过局部斜坡信号发生器[k]产生的局部斜坡信号VRAMP[k]'的局部斜坡信号可通过对应的耦合电容器Cc[1]至耦合电容器Cc[k]而被AC耦合，并且然后被组合为斜坡信号VRAMP2'。经组合的斜坡信号VRAMP2'可通过电阻器RINT和放大器而被积分在电容器CINT中。然后，线性斜坡信号VRAMP3'可通过放大器的反馈网络结构而被输出到放大器的输出端子。斜坡信号VRAMP3'可通过缓冲器340而被施加到比较器350。
在根据该实施方式的上述斜坡信号发生装置中，与图2B的现有斜坡信号发生装置相比，由每个局部斜坡信号发生器311输出的局部斜坡信号可具有较小的范围。因此，与图2B中的电源电压VSUPPLY相比，电源电压VDDRRAMP可被降低。此外，根据该实施方式的斜坡信号发生装置可确保比现有斜坡信号发生装置更大的对在处理中的电源电压变化的裕度，从而确保相对高的线性度。
图5是示出根据一个实施方式的斜坡信号发生装置的操作的示例的时序图。
像素信号VPIX可指示从像素输出并被输入到比较器350的信号，并且包括复位电压VRST和信号电压VSIG。
自动调零信号Voz可指示比较器350的自动调零操作时段。如本领域中已知的，可从控制单元提供该自动调零信号Voz。
斜坡信号VRAMP可指示由根据该实施方式的斜坡信号发生装置300产生的信号，并且包括用于将复位电压VRST模数转换的部分和用于将信号电压VSIG模数转换的部分。在一些实施方式中，斜坡信号VRAMP具有与现有斜坡信号发生装置相同的操作时序。因此，根据该实施方式的斜坡信号发生装置300可维持现有斜坡信号发生装置的操作。因此，可使用斜坡信号发生装置300来代替现有斜坡信号发生装置，而不改变图像传感器中的电流控制方案。
图6示出了根据该实施方式从斜坡信号发生装置输出的斜坡电压。
如图6所示，与现有斜坡信号发生装置的完整范围相比，从局部斜坡信号发生器311输出的局部斜坡信号可具有较小的范围。当局部斜坡信号通过AC耦合器320和积分器330时，局部斜坡信号可作为斜坡信号VRAMP3'输出，所述斜坡信号VRAMP3'的范围大于每个局部斜坡信号的较小的范围。斜坡信号VRAMP3'的范围与现有斜坡信号发生装置的完整范围相同。
图7是示出根据一个实施方式的CIS的配置图。
如图7所示，根据本公开的CIS可包括像素阵列10、行解码器20、根据一个实施方式的斜坡信号发生装置730、比较单元40、计数单元50、存储单元60、控制单元80和列读出电路70。像素阵列10可输出与入射光相对应的像素信号。行解码器20可在控制单元80的控制下在每个行线处选择像素阵列10中的像素并控制所选择的像素的操作。斜坡信号发生装置730可在控制单元80的控制下产生斜坡信号。比较单元40可在控制单元80的控制下将从斜坡信号发生装置730施加的斜坡信号的值与从像素阵列10输出的像素信号的值进行比较。计数单元50可根据来自比较单元40的多个输出信号中的每一个对从控制单元80施加的时钟进行计数。存储单元60可在控制单元80的控制下存储来自计数单元50的计数信息。控制单元80可控制行解码器20、斜坡信号发生装置730、比较单元40、计数单元50、存储单元60和列读出电路70的操作。列读出电路70可在控制单元80的控制下将存储单元60的数据依次输出为像素数据PXDATA。根据该实施方式的斜坡信号发生装置730可以按照与上文参照图3A至图6描述的斜坡信号发生装置相同的方式配置。
根据该实施方式，斜坡信号发生装置可通过使用多个局部斜坡信号发生器以确保具有低功率的斜坡信号发生器的操作裕度。
尽管为了说明的目的已经描述了各种实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可基于本公开的技术进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本专利文件要求2018年7月30日提交的韩国专利申请第10-2018-0088754号的优先权，该申请通过引用而整体并入本文。

Claims (14)

1.一种斜坡信号发生装置，所述斜坡信号发生装置包括：
斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器包括多个局部斜坡信号发生器，每个局部斜坡信号发生器被构造为基于外部控制单元的控制而产生具有局部斜坡范围的局部斜坡信号；
AC耦合器，所述AC耦合器联接到所述斜坡信号发生器，以从所述斜坡信号发生器接收局部斜坡信号，所述AC耦合器被构造为对所接收的局部斜坡信号执行AC耦合并产生经AC耦合的斜坡信号；以及
积分器，所述积分器联接到所述AC耦合器，以接收所述经AC耦合的斜坡信号，并且所述积分器被构造为将所述经AC耦合的斜坡信号积分成具有完整斜坡范围的斜坡信号，
其中，通过将所述完整斜坡范围除以所述局部斜坡信号发生器的数量来确定所述局部斜坡范围。
2.根据权利要求1所述的斜坡信号发生装置，所述斜坡信号发生装置还包括缓冲器，所述缓冲器联接到所述积分器以缓冲所述斜坡信号。
3.根据权利要求2所述的斜坡信号发生装置，其中，具有电压电平的功率被提供至所述斜坡信号发生器、所述积分器和所述缓冲器，并且所述电压电平低于2.8V。
4.根据权利要求2所述的斜坡信号发生装置，其中，具有第一电压电平的功率被提供至所述积分器和所述缓冲器，所述第一电压电平低于2.8V，并且具有第二电压电平的功率被提供至所述斜坡信号发生器，所述第二电压电平低于所述第一电压电平。
5.根据权利要求1所述的斜坡信号发生装置，其中，基于所述控制单元的控制，所述多个局部斜坡信号发生器被依次操作以产生所述局部斜坡信号。
6.根据权利要求1所述的斜坡信号发生装置，其中，所述AC耦合器包括多个耦合电容器，每个耦合电容器联接到每个局部斜坡信号发生器。
7.根据权利要求1所述的斜坡信号发生装置，其中，所述斜坡信号被设计为用于至少10位的像素分辨率，并且
被提供至所述多个局部斜坡信号发生器的功率具有低于2.0V的电压电平。
8.一种互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器CIS，所述CIS包括：
像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，所述像素被构造为输出与入射光对应的像素信号；
行解码器，所述行解码器联接到所述像素阵列，并且被构造为选择所述像素阵列内的行；
斜坡信号发生装置，所述斜坡信号发生装置联接到所述像素阵列，并且包括斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器包括多个局部斜坡信号发生器，每个局部斜坡信号发生器产生局部斜坡信号，并且所述斜坡信号发生器被构造为通过将由所述多个局部斜坡信号发生器产生的局部斜坡信号组合来提供斜坡信号；
比较单元，所述比较单元联接到所述斜坡信号发生装置和所述像素阵列，并且被构造为比较所述斜坡信号与所述像素信号并产生比较结果；
计数单元，所述计数单元联接到所述比较单元，并且被构造为根据多个所述比较结果中的每一个来对时钟进行计数；
存储单元，所述存储单元联接到所述计数单元，并被构造为存储来自所述计数单元的计数信息；
控制单元，所述控制单元联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生装置、所述比较单元、所述计数单元以及所述存储单元，并且被构造为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生装置、所述比较单元、所述计数单元以及所述存储单元；以及
列读出电路，所述列读出电路联接到所述控制单元和所述存储单元，并且被构造为根据所述控制单元的控制而输出所述存储单元的数据，
其中，所述斜坡信号发生装置还包括：
AC耦合器，所述AC耦合器联接到所述斜坡信号发生器以从所述斜坡信号发生器接收所述局部斜坡信号，所述AC耦合器被构造为对所接收的局部斜坡信号执行AC耦合并产生经AC耦合的斜坡信号；以及
积分器，所述积分器联接到所述AC耦合器以接收所述经AC耦合的斜坡信号，并且被构造为对所述经AC耦合的斜坡信号进行积分以产生所述斜坡信号，
其中，所述斜坡信号具有完整斜坡范围，并且每个局部斜坡信号具有局部斜坡范围，通过将所述完整斜坡范围除以所述多个局部斜坡信号发生器的数量来确定所述局部斜坡范围。
9.根据权利要求8所述的CIS，所述CIS还包括缓冲器，所述缓冲器联接到所述积分器以缓冲所述斜坡信号。
10.根据权利要求9所述的CIS，其中，具有电压电平的功率被提供至所述斜坡信号发生器、所述积分器以及所述缓冲器。
11.根据权利要求9所述的CIS，其中，具有第一电压电平的功率被提供至所述积分器和所述缓冲器，并且
具有第二电压电平的功率被提供至所述斜坡信号发生器，所述第二电压电平低于所述第一电压电平。
12.根据权利要求8所述的CIS，其中，所述多个局部斜坡信号发生器基于所述控制单元的控制而被依次操作以产生所述局部斜坡信号。
13.根据权利要求8所述的CIS，其中，所述AC耦合器包括多个耦合电容器，每个耦合电容器联接到每个局部斜坡信号发生器。
14.根据权利要求8所述的CIS，其中，所述斜坡信号被设计为用于至少10位的像素分辨率，并且
被提供至所述多个局部斜坡信号发生器的功率具有低于2.0V的电压电平。
CN201811631815.4A 2018-07-30 2018-12-29 斜坡信号发生装置及使用其的cmos图像传感器 Active CN110784669B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180088754A KR102506833B1 (ko) 2018-07-30 2018-07-30 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
KR10-2018-0088754 2018-07-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110784669A CN110784669A (zh) 2020-02-11
CN110784669B true CN110784669B (zh) 2022-03-11

Family

ID=69179593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811631815.4A Active CN110784669B (zh) 2018-07-30 2018-12-29 斜坡信号发生装置及使用其的cmos图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10805568B2 (zh)
KR (1) KR102506833B1 (zh)
CN (1) CN110784669B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102507628B1 (ko) * 2018-04-24 2023-03-09 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
KR20210141161A (ko) 2020-05-15 2021-11-23 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그의 동작 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1659619A (zh) * 2002-06-10 2005-08-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 负载自适应的列驱动器
JP2014207569A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 エーシーテクノロジーズ株式会社 ランプ波生成回路
CN104601148A (zh) * 2013-10-30 2015-05-06 英特尔公司 数字电压斜坡发生器
CN107017865A (zh) * 2015-12-30 2017-08-04 爱思开海力士有限公司 斜坡信号发生器及使用其的cmos图像传感器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008026129A2 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Koninklijke Philips Electronics N. V. Single slope analog-to-digital converter
ES2534572T3 (es) * 2007-01-10 2015-04-24 Lightlab Imaging, Inc. Métodos y aparato para tomografía de coherencia óptica de fuente de barrido
US7741988B2 (en) 2007-05-16 2010-06-22 Sharp Kabushiki Kaisha Analog-digital converter, solid-state image capturing apparatus, and electronic information device
JP2012019410A (ja) * 2010-07-08 2012-01-26 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP5893573B2 (ja) * 2012-02-09 2016-03-23 キヤノン株式会社 固体撮像装置
KR102077067B1 (ko) 2013-06-25 2020-02-13 삼성전자주식회사 램프 신호 생성기 및 이를 포함하는 이미지 센서
WO2015079597A1 (ja) * 2013-11-29 2015-06-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置及び撮像装置
US9584102B2 (en) * 2013-12-12 2017-02-28 Cista System Corp. Method and system for generating a ramping signal
KR20170003744A (ko) * 2015-06-30 2017-01-10 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US10721427B2 (en) * 2018-06-25 2020-07-21 Primesensor Technology Inc. Image sensor circuit and ramp signal generator thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1659619A (zh) * 2002-06-10 2005-08-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 负载自适应的列驱动器
JP2014207569A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 エーシーテクノロジーズ株式会社 ランプ波生成回路
CN104601148A (zh) * 2013-10-30 2015-05-06 英特尔公司 数字电压斜坡发生器
CN107017865A (zh) * 2015-12-30 2017-08-04 爱思开海力士有限公司 斜坡信号发生器及使用其的cmos图像传感器

Also Published As

Publication number Publication date
KR102506833B1 (ko) 2023-03-08
US20200036924A1 (en) 2020-01-30
KR20200013497A (ko) 2020-02-07
CN110784669A (zh) 2020-02-11
US10805568B2 (en) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Furuta et al. A high-speed, high-sensitivity digital CMOS image sensor with a global shutter and 12-bit column-parallel cyclic A/D converters
US6518910B2 (en) Signal processing apparatus having an analog/digital conversion function
US8760213B2 (en) Ramp signal output circuit, analog-to-digital conversion circuit, imaging device, method for driving ramp signal output circuit, method for driving analog-to-digital conversion circuit, and method for driving imaging device
US9154714B2 (en) Solid-state image pickup device and control method thereof
JP5893573B2 (ja) 固体撮像装置
KR101241485B1 (ko) 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치에서의 아날로그-디지털변환 방법 및 촬상 장치
JP3904111B2 (ja) 固体撮像装置及びその信号処理方法
US7741988B2 (en) Analog-digital converter, solid-state image capturing apparatus, and electronic information device
US7511755B2 (en) Low-power signal chair for image sensors
US6525304B1 (en) Circuitry for converting analog signals from pixel sensor to a digital and for storing the digital signal
US20020122129A1 (en) CMOS image sensor improving picture quality
JP4379504B2 (ja) 固体撮像素子、およびカメラシステム
CN111629161B (zh) 比较器及包括该比较器的图像感测装置
CN109698918B (zh) 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
KR100616074B1 (ko) 씨모스 타입 이미지 센서내의 아날로그/디지털 변환기의 자동 교정
US10917107B2 (en) Analog-digital converter, solid-state image sensing device, and electronic system
CN101287064A (zh) 固态成像设备及其驱动方法、信号处理方法和成像装置
US9071778B2 (en) Ad converting circuit, photoelectric converting apparatus, image pickup system, and driving method for ad converting circuit
CN110784669B (zh) 斜坡信号发生装置及使用其的cmos图像传感器
US11528441B2 (en) Solid-state imaging device, AD-converter circuit and current compensation circuit
CN112243099B (zh) 具有比较器的列放大器复位电路
CN112398472B (zh) 一种用于图像传感器的误差量化10位单斜adc
KR101178861B1 (ko) 이미지 센서
CN111385499A (zh) 双转换增益图像传感器的实现方法
KR20090099417A (ko) Ｃｍｏｓ 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant