CN112087586B - 列放大器复位电路 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种列放大器复位电路。用于图像传感器中的放大器电路包含共源极放大器，所述共源极放大器经耦合以从所述图像传感器的像素单元接收表示图像电荷的输入信号。自动归零开关耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间。反馈电容器耦合到所述共源极放大器的所述输入。偏移开关耦合到所述反馈电容器并且进一步耦合到复位电压及所述放大器电路的输出。所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的复位期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压。所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位之后将所述反馈电容器耦合到所述放大器电路的所述输出。

Description

列放大器复位电路
技术领域
本公开大体上涉及图像传感器，并且具体来说但非排他地，涉及用于图像传感器中的模数转换电路的列放大器电路。
背景技术
图像传感器已变得随处可见。图像传感器广泛用于数码相机、蜂窝式电话、监控摄像头，以及医学、汽车及其它应用。用于制造图像传感器的技术一直在高速发展。举例来说，对较高分辨率及较低功率消耗的需求促进了这些装置的进一步小型化及集成。
图像传感器常规上接收在像素中产生电荷的像素阵列上的光。像素阵列通常布置成多个行及多个列。光的强度可影响在每个像素中产生的电荷量，其中较高强度产生较高电荷量。通常通过列位线从像素阵列读出电荷信息。模数转换器(ADC)通常用于CMOS图像传感器(CIS)中，以将来自通过列放大器接收到的像素的电荷信息转换成图像传感器对电荷的数字表示。ADC基于图像电荷信号与参考电压信号的比较产生电荷的数字表示。参考电压信号常规上可为由斜坡产生器提供的斜坡信号及比较常规上可由比较器执行，所述比较器提供可与计数器一起使用以从像素产生图像电荷的数字表示的输出。
发明内容
在一个方面中，本申请提供一种用于图像传感器中的放大器电路，其包括：共源极放大器，其经耦合以从所述图像传感器的像素单元接收表示图像电荷的输入信号；自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间；反馈电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；及偏移开关，其耦合到所述反馈电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及所述放大器电路的输出，其中所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的复位操作期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位操作之后将所述反馈电容器耦合到所述放大器电路的所述输出。
在另一方面中，本申请提供一种用于图像传感器中的放大器电路，其包括：共源极放大器，其经耦合以从所述图像传感器的像素单元接收表示图像电荷的输入信号；自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间；反馈电容器，其耦合在所述共源极放大器的所述输入与所述共源极放大器的所述输出之间；偏移电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；及偏移开关，其耦合到所述偏移电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及地，其中所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的复位操作期间将所述偏移电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位操作之后将所述偏移电容器耦合到所述地。
在又一方面中，本申请提供一种成像***，其包括：像素阵列，其包含多个像素单元；列放大器电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像电荷信息，其中所述列放大器电路包括：共源极放大器，其经耦合以从所述像素阵列的所述像素单元中的一者接收表示所述图像电荷信息的输入信号；自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间；反馈电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；及偏移开关，其耦合到所述反馈电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及所述列放大器电路的输出，其中所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述列放大器电路的复位操作期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述列放大器电路的所述复位操作之后将所述反馈电容器耦合到所述列放大器电路的所述输出。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性且非详尽性实施例，其中除非另外指定，否则类似参考标号在各图中始终指代类似部分。
图1说明根据本发明的教示的成像***的一个实例。
图2说明用于图像传感器中的列放大器的实例示意图。
图3说明用于图像传感器中的列放大器中的MOS晶体管的IV特性的实例。
图4说明用于图像传感器中的具有电平移位器的列放大器的实例。
图5说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有偏移发生器的实例列放大器的示意图。
图6说明根据本发明的教示的实例时序图，所述实例时序图展示在自动归零序列期间在用于图像传感器中的具有偏移发生器的实例列放大器中发现的信号的实例。
图7说明根据本发明的教示的包含在图像传感器的像素阵列中的实例像素单元的示意图。
图8说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有偏移发生器及比较器的列放大器的实例示意图。
图9说明根据本发明的教示的实例时序图，所述实例时序图展示在具有偏移发生器及比较器的列放大器中发现的信号的实例。
图10说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有电平移位器及偏移发生器的实例列放大器的示意图。
图11说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有电平移位器及偏移发生器的列放大器的另一实例的示意图。
图12说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有电平移位器及偏移发生器的列放大器的又另一实例的示意图。
图13说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有电平移位器及偏移发生器的列放大器的再一实例的示意图。
图14说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有偏移发生器的列放大器的另一实例的示意图。
图15说明根据本发明的教示的另一实例时序图，所述时序图展示在用于图像传感器中的具有偏移发生器的实例列放大器中发现的信号的实例。
图16说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有偏移发生器及两个自动归零开关的列放大器的实例的示意图。
图17说明根据本发明的教示的实例时序图，所述时序图展示在用于图像传感器中的具有偏移发生器及两个偏移开关的实例列放大器中发现的信号的实例。
在附图的若干视图中，对应的参考标号指示对应的部分。本领域技术人员将了解，图中的元件仅为简单及清晰起见而进行说明，但不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大以有助于改进对本发明的各种实施例的理解。而且，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但很好理解的元件，以便有助于不大受妨碍地查看本发明的这些各种实施例。
具体实施方式
本文描述涉及列放大器复位电路的实例。在以下描述中，阐述众多具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在没有一或多个具体细节的情况下或利用其它方法、组件、材料等来实践本文中所描述的技术。在其它情况下，为避免混淆某些方面，未展示或详细地描述众所周知的结构、材料或操作。
在本说明书通篇中参考“一个实例”或“一个实施例”意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在不同位置中出现短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”不一定都是指相同实例。此外，特定特征、结构或特性可以在一或多个实例中以任何合适方式组合。
贯穿本说明书，使用若干技术术语。除非本文中特别定义，或其使用情境将明显另外表明，否则这些术语将采用其在其所出现的领域中的普通含义。应注意，元件名称及符号在本文中可互换使用(例如Si对硅)；然而，两者具有相同含义。
图1说明根据本发明的实施例的成像***100的一个实例。在一个实例中，成像***100是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器并且包含像素阵列102、列放大器电路104，及模数转换器(ADC)电路106。在一个实例中，像素阵列102是光电二极管或图像传感器像素的二维(2D)阵列。如所说明，光电二极管布置成多个行及多个列，以获取个人、位置、对象等的图像数据，所述图像数据随后可用于呈现个人、位置、对象等的2D图像。然而，光电二极管不必布置成行及列并且可采用其它配置。
在一个实例中，在像素阵列102中的每个图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，通过列位线108及列放大器电路104从像素阵列102读出来自像素的图像电荷信息。ADC电路106经耦合以通过列放大器电路104从像素阵列102的像素接收电荷信息，以将电荷信息转换成图像传感器100对电荷的数字表示。如将论述，在各种实例中，根据本发明的教示，列放大器电路104包含列放大器复位电路。在一个实例中，ADC电路106基于图像电荷信号与参考电压信号的比较产生电荷的数字表示。
在一个实例中，成像***100可以包含在数码相机、手机、膝上型计算机等中。另外，成像***100可耦合到硬件的其它零件，例如处理器(通用或以其它方式)、存储器元件、输出端(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、照明设备/闪存、电输入端(键盘、触摸显示器、轨迹垫、鼠标、麦克风等)及/或显示器。硬件的其它零件可将指令传递到成像***100，从成像***100提取图像数据，或控制由成像***100供应的图像数据。
图2说明可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中的列放大器204的一个实例示意图。在所描绘的实例中，列放大器204包含共源极放大器216、反馈电容器218及输入电容器224。共源极放大器216包含输入装置215。在一个实例中，输入装置215是晶体管，其中栅极端子经耦合以通过输入电容器Cin 222接收输入电压Vin 224。在一个实例中，输入装置215是源极跟随器耦合的晶体管。在一个实例中，输入电压Vin 224表示来自图像传感器的像素阵列中的像素单元的图像电荷。如所展示，输入装置215耦合到NMOS级联装置214，所述NMOS级联装置耦合到PMOS级联装置212，所述PMOS级联装置耦合到电流源装置210。电流源装置210经耦合以通过偏置信号PBCS偏置，PMOS级联装置212经耦合以通过偏置信号PBCASC偏置，并且NMOS级联装置214经耦合以通过偏置信号NBCASC偏置。在NMOS级联装置214与PMOS级联装置212之间的节点处产生输出电压Vout 226。输入装置215经耦合以通过反馈电容器Cfb 218从Vout 226接收反馈电压或浮动节点电压Vf。开关220还耦合在输入装置215的输入端子与Vout 226之间以将列放大器204归零。
应了解，图2中所示的实例列放大器204是单端共源极放大器，所述单端共源极放大器由于其较小功率消耗及小尺寸而适合于列放大器。在此架构中，应了解，输出电压Vout226应处于一定范围内以保持开环增益足够高。在实例中，输入装置215、NMOS级联装置214、PMOS级联装置210及电流源装置210经配置以在用于开环增益的深饱和区中操作。如果输出电压Vout 226太低，则输入装置215及/或级联装置的漏源电压Vds需要为低，因此可增加这些装置的输出电导gds。因此，可减小放大器的开环增益。可用以下等式(1)给出列放大器204的开环增益(dc)：
Figure BDA0002533989970000051
其中gmni是输入装置215的跨导，gdsni是输入装置215的输出电导，gmncc是NMOS级联装置214的跨导，gdsncc是NMOS级联装置214的输出电导，gmpcc是PMOS级联装置212的跨导，gdspcc是PMOS级联装置212的输出电导，gmpcs是电流源装置210的跨导，及gdspcs是电流源装置210的输出电导。
为了说明，图3展示可例如包含在用于图像传感器中的列放大器中的MOS晶体管的IV特性的实例。顶部图形328展示电流Ids对比Vds(实线)及Ids对比Vgs-Vth(虚线)的关系，并且底部图形330展示gds对比Vds的关系。如可观察到，当与输出电导相比较，装置中的每一个的跨导更高时，增益“A”可较大。通常，在线性区中或在接近线性区的饱和度中，输出电导gds大。在用于模拟电路的厚氧化物装置，例如列放大器204中，短沟道效应并不明显。在此类装置中，通过将漏源电压Vds增加到足够高(例如，>100mV或更多)，输出电导gds变成小于栅源电压Vgs与阈值电压Vth之间的差(例如，“Vgs-Vth”)。在本公开中，其中输出电导gds足够低的区称为“深饱和区”。
在深饱和区中，gm与gds之间的比率通常可为数百倍。因此，图2中所示的列放大器204的开环增益A可为约80～100dB，其足够高以实现18dB的闭环增益。然而，当那些装置中的一个的操作点接近线性区时，开环增益将减小，因为所述装置的gds增加。举例来说，如果NMOS级联装置214的操作点处于饱和区中，但接近线性区，则“gdsncc”可高于“gmncc”的1/100并且开环增益可减小到60～80dB。另外，在线性区中，gds可接近gm。当列放大器204的输出电压Vout 226较低且级联装置进入线性区中时，“gdsncc”及“gmncc”变为相似阶数并且因此增益显著降低。在此条件下，列放大器204的增益可仅由“gmni/gdsni”确定，其可为约40dB。如果输出电压Vout 226进一步减小，则输入装置215的操作点可接近线性区或进入线性区，并且开环增益可根据“gmni/gdsni”比率减小到小于40dB。
一个挑战是如果输入装置215的阈值电压Vth低，则难以将共同源极amp的开环增益保持足够高，因为列放大器204的复位(自动归零)电压取决于输入装置的阈值电压Vth。为了复位(例如，自动归零)列放大器204，通过接通自动归零开关220将浮动节点“Vf”及输出电压Vout 226短接在一起。以此方式，浮动节点电压Vf可设定成使输入装置215与电流源装置210汲取相同电流。同时，输出电压Vout 226设定成与浮动节点Vf相同。因此，当其漏极电流与偏置电流“Ibias”相同时，浮动节点Vf及输出电压Vout 226被复位成输入装置215的栅源电压Vgs。因此，输出电压Vout 226被复位成可在以下等式(2)中写入的复位电压“Vout_rst”。
Vrst＝Vgs@Ibias＝Vov@Ibias+Vth (2)
其中Vov是输入装置215的过驱动电压。因此，当Vth为低时，复位电压可为低且复位电平下的开环增益可为低。然而，具有低Vth的折衷是难以减小输入装置215的随机电报信号(RTS)噪声。具体来说，输入装置215的RTS噪声可在图像传感器的输出图像上引起竖直点线，因此对于图像质量至关重要。应用低阈值电压Vth装置是减小RTS噪声的有效方法，但是会如先前所描述减小开环增益。
图4说明可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中的具有电平移位器的列放大器404的另一实例。如在所描绘的实例中所示，列放大器404包含经耦合以通过输入电容器Cin 422接收输入电压Vin 424的共源极放大器416。电平移位器432的输入耦合到共源极放大器416的输出，并且在电平移位器432的输出处产生输出电压Vout 426。反馈电容器Cfb 418耦合在共源极放大器416的浮动电压Vf输入与电平移位器432的输出处的输出电压Vout 426之间。在实例中，自动归零开关420也耦合在共源极放大器416的浮动电压Vf输入与电平移位器432的输出处的输出电压Vout 426之间。在操作中，列放大器404经耦合以响应于自动归零开关420的关闭或接通而复位。
应了解，通过将电平移位器432包含在如图4中所示的列放大器404中，还可在复位之后增加共源极放大器416的输出电压。在此实例中，可通过电平移位器432的输入及输出之间的电压差量来改变共源极放大器416的输出电压。举例来说，如果电平移位器432将电压移位“-Vlevel-shift”，则共源极放大器416的输出在复位之后增加“Vlevel-shift”。
应注意，在一些实例中，源极跟随器放大器可用作电平移位器。然而，在此实例中，因为电压移位量太大，因此电压范围通常减小。此外，应注意，在各种实例中，通过电平移位器的功率消耗可能较大。
图5说明根据本发明的教示的可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中的具有偏移发生器的实例列放大器504的示意图。如在所描绘的实例中所示，列放大器504包含经耦合以接收输入电压Vin 524的共源极放大器516。在所描绘的实例中，共源极放大器516经电容耦合以通过输入电容器Cin 522接收输入电压。在一个实例中，输入电压Vin 524表示来自图像传感器的像素阵列中的像素单元的图像电荷。在一个实例中，共源极放大器516包含NMOS输入装置。在另一实例中，应了解，共源极放大器516可包含PMOS输入装置。如在所描绘的实例中所示，在共源极放大器516的输出处产生输出电压Vout 526。在实例中，自动归零开关520耦合在共源极放大器516的浮动电压Vf输入与共源极放大器516的输出之间，所述输出耦合到共源极放大器516的输出电压Vout 526。在操作中，列放大器504经耦合以响应于自动归零开关520的关闭或接通而复位。
如在所描绘的实例中所示，反馈电容器Cfb 518耦合在共源极放大器516的浮动电压Vf输入与偏移开关534之间。在一个实例中，偏移开关534还耦合到复位电压Vrst 536及输出电压Vout 526。在操作中，偏移开关534经配置以在第一状态(例如，“H”)或第二状态(例如，“L”)下操作。因此，偏移开关534经配置以响应于“H”设置而将反馈电容器Cfb 518耦合到复位电压536，或偏移开关534经配置以响应于“L”设置而将反馈电容器Cfb 518耦合到输出电压526。因此，应了解，根据本发明的教示，响应于偏移开关534，可通过改变反馈电容器Cfb 518与复位电压534或输出电压526的连接来调整输出电压Vout 526。
为了说明，图6展示根据本发明的教示的实例时序图636，所述时序图展示在自动归零序列期间在实例列放大器中发现的信号的实例。应注意，在图6的时序图636中提及的列放大器可为图5的列放大器504的实例，并且下文提及的类似地命令及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。在图6中所描绘的实例时序图636中，自动归零开关520由信号“AZ”控制且偏移开关534由信号“Offset”控制。在操作中，偏移开关经配置以将电容器Cfb 518耦合到复位电压Vrst 536，同时Offset信号在时间T0与T2之间为高(H)。当AZ信号为高时共源极放大器516复位，因此在复位期间将复位电压Vrst 536供应到电容器Cfb518。AZ信号在时间T1下降到低且Offset信号在时间T2下降到低(L)，此时在如所展示完成复位操作之后输出电压Vout 526从Vout0转换到复位电压Vrst 536。因此，自动归零开关520及偏移开关534经配置以在列放大器504的复位期间将反馈电容器Cfb 518耦合到复位电压Vrst 536，并且偏移开关534进一步经配置以在复位操作之后将反馈电容器Cfb 518耦合到列放大器504的输出电压Vout 526。以此方式，可如下表示输出电压Vout 526：
Figure BDA0002533989970000081
Figure BDA0002533989970000082
其中“-A”是在复位之后放大器的开环增益且当“AZ”变低时“Vout0”是Vout，并且“β”是反馈因数。因此，如果开环增益足够高，则可将输出电压Vout复位到Vrst。
此处，如果足以将级联装置提升到深饱和区，则在施加偏移之前的开环增益就不成问题。举例来说，当目标闭环增益是18dB使得输入电容“Cin”与反馈电容“Cfb”之间的比率是8倍，并且NMOS级联装置在线性区中操作且开环增益是24dB时，Vout将如下表示：
Figure BDA0002533989970000083
这足够高以使输出电压Vout移位。应了解，一旦输出电压Vout略微增加，放大器的开环增益就增加，因此输出电压Vout更接近复位电压Vrst。
以此方式，由于放大器的有限开环，输出电压Vout将略微不同于复位电压Vrst。尤其当NMOS级联装置在施加偏移之前处于线性区中时，将改变输入装置的漏源电压Vds并且这样会影响误差(Vout-Vrst)。可通过通常用于CMOS图像传感器(CIS)中的相关双采样(CDS)消除此误差。
图7说明包含在像素阵列中的实例像素单元738的示意图，所述像素阵列可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，像素单元738是4T像素单元的实例并且还可根据本发明的教示使用其它像素单元布置。如所展示，在所描绘的实例中，像素单元738包含适用于响应于入射光而光生图像电荷的光电二极管PD。转移晶体管TX经耦合以响应于转移信号而将光生图像电荷从光电二极管PD转移到浮动扩散。复位晶体管RST耦合到浮动扩散FD以响应于复位信号而将浮动扩散复位。浮动扩散FD还耦合到源极跟随器耦合的放大器晶体管SF的栅极，所述源极跟随器耦合的放大器晶体管适用于响应于浮动扩散FD中的图像电荷而生成图像电荷信号。行选择晶体管RS耦合到源极跟随器晶体管SF，以响应于行选择信号而将图像电荷信号从像素单元738输出到列位线708。
图8说明根据本发明的教示的具有偏移发生器及比较器840的列放大器804的实例示意图，所述列放大器可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，图8的列放大器804类似于图5中描绘的列放大器504。因此，为了简洁起见，图8的列放大器804的细节将不再详细地描述。另外，应了解，列比较器840可包含在例如图1的ADC 106的模数转换器(ADC)中或与所述ADC一起使用。在一个实例中，ADC可为单斜率模数转换器，以产生从像素单元读出的图像数据的数字表示。在操作中，列放大器804的输出电压Vout 826耦合到比较器840的输入。比较器840经耦合以将来自列放大器804的输出电压Vout 826与斜坡信号Ramp 842相比较。在所说明实例中，通过用比较器自动归零开关844将比较器840复位，可消除放大器804复位之后输出电压Vout 826上的误差。
为了说明，图9展示根据本发明的教示的实例时序图946，所述时序图展示在具有偏移发生器及比较器的列放大器中发现的信号的实例。应注意，在图9的时序图946中提及的列放大器及比较器可为图8的列放大器804及比较器840的实例，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。在图9中所描绘的实例时序图946中，可通过接通比较器自动归零开关844将图8的比较器840复位。比较器自动归零开关844由图9中所示的信号AZ_Comp控制。当AZ_Comp信号在时间T0为高时，接通比较器自动归零开关844。如图9中所示，通过在时间T3处将Offset信号切换为低，在Offset信号从时间T0到时间T3施加到偏移开关834之后，AZ_Comp在时间T4处转换成低，到达列放大器804的Vout826输出。以此方式，在Offset信号施加到偏移开关834之后，在时间T3处将比较器840复位到Vout 826。图9中所示的时序图946实例还说明还施加数字相关采样(CDS)。在实例中，在时间T5与时间T6之间发生第一模数转换(第一ADC)。具体而言，展示斜坡信号在时间T5与时间T6之间斜升，在此期间模数转换电路中的计数器电路产生从像素输出的复位信号的数字表示。在时间T9与时间T10之间发生第二模数转换(第二ADC)，在此期间斜坡信号如所展示斜升并且模数转换电路中的计数器电路产生从像素输出的图像信号的数字表示。随后可确定第一ADC与第二ADC之间的差以消除在输出的图像信号的数字表示中的其余误差。
图10说明根据本发明的教示的具有电平移位器及偏移发生器的实例列放大器1004的示意图，所述实例列放大器可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，图10的列放大器1004可为先前论述的列放大器实例的另一实例，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。举例来说，图10的列放大器1004与图5的列放大器504共享多个相似性。如所展示，列放大器1004包含经耦合以通过输入电容器Cin 1022接收输入电压Vin 1024的共源极放大器1016。图10的列放大器1004与图5的列放大器504之间的一个差异在于，图10的列放大器1004还包含耦合到共源极放大器1016的输出的电平移位器1032。在电平移位器1032的输出处产生列放大器1004的输出电压Vout 1026。在实例中，自动归零开关1020耦合在共源极放大器1016的浮动电压Vf输入与电平移位器1032的输出处的输出电压Vout1026之间。在操作中，列放大器1004经耦合以响应于自动归零开关1020的关闭或接通而复位。
如在所描绘的实例中所示，反馈电容器Cfb 1018耦合在共源极放大器1016的浮动电压Vf输入与偏移开关1034之间。在一个实例中，偏移开关还耦合到复位电压Vrst 1036及输出电压Vout 1026。在操作中，偏移开关1034经配置以在第一状态(例如，“H”)或第二状态(例如，“L”)下操作。因此，偏移开关1034经配置以响应于“H”设置而将反馈电容器Cfb 1018耦合到复位电压1036，或偏移开关1034经配置以响应于“L”设置而将反馈电容器Cfb 1018耦合到输出电压1026。因此，应了解，根据本发明的教示，响应于偏移开关1034，可通过改变反馈电容器Cfb 1018与复位电压1034或输出电压1026的连接来调整输出电压Vout 1026。
在操作中，图10的列放大器1004的自动归零序列与上文关于图6的时序图636所描述的自动归零序列相同。然而，在图10的列放大器1004中包含电平移位器1032的情况下，增加在自动归零序列期间及之后的输出电压Vout 1026，因此共源极放大器1016中的所有装置可在深饱和区中操作。以此方式，在自动归零期间列放大器1004的开环增益可为80～100dB。在共源极放大器1016的自动归零之后，偏移开关1034耦合到Vout 1026，因此输出电压Vout 1026变成与复位电压Vrst 1036几乎相同。以此方式，根据本发明的教示，可增加列放大器1004的电压范围。
图11说明根据本发明的教示的具有电平移位器及偏移发生器的列放大器1104的另一实例的示意图，所述列放大器可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，图11的列放大器1104可为先前论述的列放大器实例的另一实例，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。举例来说，图11的列放大器1104与图10的列放大器1004共享多个相似性。如所展示，列放大器1104包含经耦合以通过输入电容器Cin 1122接收输入电压Vin 1124的共源极放大器1116。列放大器1104还包含耦合到共源极放大器1116的输出的电平移位器1132。图11的列放大器1104与图10的列放大器1004之间的一个差异在于，在图11的列放大器1104中，在共源极放大器1116的输出处产生列放大器1104的输出电压Vout 1126并且电平移位器1132的输出耦合到如所展示的自动归零开关1120。因此，自动归零开关1120耦合在共源极放大器1116的浮动电压Vf输入与电平移位器1132的输出之间。
在操作中，列放大器1104的自动归零序列与上文关于图6的时序图636所描述的自动归零序列相同。列放大器1104经耦合以响应于自动归零开关1120的关闭或接通而复位。另外，类似于图10的列放大器1004，在包含电平移位器1132的情况下在自动归零期间图11的列放大器1104的开环增益可为80～100dB，因为在自动归零序列期间输出电压Vout 1126可增加，因此共源极放大器1116中的所有装置在深饱和区中操作。另外，在共源极放大器1116的自动归零之后，偏移开关1134连接到Vout 1126，因此输出电压Vout 1126变成与复位电压Vrst 1136几乎相同。以此方式，根据本发明的教示可增加列放大器1104的电压范围。由于电平移位器1132的输出耦合到自动归零开关1120且不耦合到列放大器1104的Vout1126输出的输出，因此电平移位器1132不会使噪声变差。此外，电平移位器1132可在自动归零序列之后断电，因为其仅在列放大器1104的自动归零期间使用。因为共源极放大器1104的开环增益可高达80～100dB，所以自动归零之后的误差(Vout-Vrst)可极小。
图12说明根据本发明的教示的具有电平移位器及偏移发生器的列放大器1204的又另一实例的示意图，所述列放大器可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，图12的列放大器1204可为先前论述的列放大器实例的另一实例，例如，图11的列放大器1104，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。然而，图12展示具有电平移位器的列放大器1204的实例晶体管电平示意图。如在所描绘的实例中所示，列放大器1204的共源极放大器1216包含输入装置1215。在一个实例中，输入装置1215是晶体管，其中栅极端子经耦合以通过输入电容器Cin 1222接收输入电压Vin 1224。在一个实例中，输入装置1215是源极跟随器耦合的晶体管。如在实例中所示，输入装置1215耦合到NMOS级联装置1214，所述NMOS级联装置耦合在列放大器1204的Vout1226输出之间并且如所展示耦合到电流源1210以接收电流Id。NMOS级联装置1214经耦合以通过偏置信号NBCASC偏置。在NMOS级联装置1214与电流源1210之间的节点处产生输出电压Vout 1226。
如在所描绘的实例中所示，反馈电容器Cfb 1218耦合在输入装置1215的浮动电压Vf输入与偏移开关1234之间。在一个实例中，偏移开关1234还耦合到复位电压Vrst 1236及输出电压Vout 1226。在操作中，偏移开关1234经配置以在第一状态(例如，“H”)或第二状态(例如，“L”)下操作。因此，偏移开关1234经配置以响应于“H”设置而将反馈电容器Cfb 1218耦合到复位电压1236，或偏移开关1234经配置以响应于“L”设置而将反馈电容器Cfb 1218耦合到输出电压1326。因此，应了解，根据本发明的教示，响应于偏移开关1234，可通过改变反馈电容器Cfb 1218与复位电压1236或输出电压1226的连接来调整输出电压Vout 1226。
在所描绘的实例中，图12的列放大器1204还包含耦合在共源极放大器1216的Vout1226输出与自动归零开关1220之间的电平移位器1232。自动归零开关1220耦合在共源极放大器1216的浮动电压Vf输入与电平移位器1232的输出之间。在操作中，列放大器1204经耦合以响应于自动归零开关1220的关闭或接通而复位。如在所描绘的实例中所示，电平移位器1232包含充当电平移位器的源极跟随器1248。在实例中，源极跟随器1232包含如所展示的电流源1250。在实例中，源极跟随器1232的栅极输入耦合到列放大器1204的Vout 1226输出，并且电平移位器1232的源极跟随器1248的输出耦合到自动归零开关1220。
图13说明根据本发明的教示的具有电平移位器及偏移发生器的列放大器1304的再一实例的示意图，所述列放大器可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，图13的列放大器1304可为先前论述的列放大器实例的再一实例，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。具体而言，应注意，图13中所说明的实例电路与图12中所说明的实例电路共享多个相似性，并且为了简洁起见，将不再详细描述图13及图12中的实例电路之间公共的元件。
然而，图13中所说明的实例列放大器1304与图12中的实例列放大器1204之间的一个差异在于，在图13中所说明的实例列放大器1304中，电平移位器1332中的电流源1350展示成实施为耦合到源极跟随器输入装置1348的源极跟随器耦合的NMOS电流源。换句话说，图12中所示的源极跟随器电流源1250由图13中的NMOS装置1350替代。NMOS装置1350的栅极及漏极耦合到源极跟随器1348的输出。以此方式，源极跟随器电流源1350及输入装置1348充当电流镜(在自动归零序列期间)，因此基于m确定源极跟随器的电流，m为输入装置1315与源极跟随器电流源NMOS 1350之间的W/L比率(例如，m＝(W1315/L1315)/(W1350/L1350))。因此，由于包含源极跟随器输入装置1348、源极跟随器电流源1350、输入装置1315、NMOS级联装置1314及电流源1310的反馈环路，因此将浮动电压Vf及输出电压Vout 1326确定为使输入装置1348的漏极电流等于来自电流源1310的电流Id的“1/m”倍。因此，可通过源极跟随器电流源1350与输入装置1315之间的W/L比率确定源极跟随器电流源1350的电流消耗。举例来说，如果共源极放大器1310的偏置电流是Id并且源极跟随器电流源1350的W/L比率是输入装置1315的W/L比率的1/m，则源极跟随器的偏置电流变为Id/m。
图13中所说明的实例列放大器1304与图12中的实例列放大器1204之间的另一差异在于，图13的列放大器1304还包含源极跟随器断电开关1352及1354。如所展示，第一断电开关1352耦合在列放大器1304的Vout 1326输出与电平移位器1332的源极跟随器输入装置1348的栅极端子之间。第二断电开关1354耦合在电压供应轨与电平移位器1332的源极跟随器输入装置1348的漏极端子之间。在操作中，断电开关1352及1354可在列放大器1304的自动归零序列之后断开。举例来说，在一个实例中，断电开关1352及1354可经耦合以响应于图6的时序图636中所示的Offset信号而受控制。
图14说明根据本发明的教示的具有偏移发生器的列放大器1404的另一实例的示意图，所述列放大器可包含在CMOS图像传感器，例如图1的图像传感器100中。应了解，图14的列放大器1404可为先前论述的列放大器实例的另一实例，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。如所展示，列放大器1404包含经耦合以通过输入电容器Cin 1422接收输入电压Vin 1424的共源极放大器1416。如在所描绘的实例中所示，在共源极放大器1416的输出处产生输出电压Vout 1426。
在实例中，反馈电容器Cfb 1418耦合在共源极放大器1416的浮动电压Vf输入与共源极放大器1416的输出处的输出电压Vout 1426之间。另外，自动归零开关1420耦合在共源极放大器1416的浮动电压Vf输入与共源极放大器1416的输出处的输出电压Vout1426之间。在操作中，列放大器1404经耦合以响应于自动归零开关1420的关闭或接通而复位。
在所描绘的实例中，列放大器1404包含专用电容器以添加偏移，Coffset 1452耦合到共源极放大器1416的浮动电压Vf输入。另外，偏移开关1434耦合到偏移电容器C偏移1452。偏移开关1434还耦合到复位电压Vrst 1436及地。偏移开关1434经配置以在第一状态(例如，“H”)或第二状态(例如，“L”)下操作。因此，偏移开关1434经配置以响应于“H”设置而将偏移电容器Coffset 1418耦合到复位电压1436，或偏移开关1434经配置以响应于“L”设置而将偏移电容器Coffset 1452耦合到地。
为了说明，图15展示根据本发明的教示的实例时序图1554，所述时序图展示在自动归零序列期间在具有偏移的实例列放大器中发现的信号的实例。应注意，在图15的时序图1554中提及的列放大器可为图14的列放大器1404的实例，并且下文提及的类似地命令及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。在所描绘的实例中，图14的自动归零开关1420及偏移开关1434分别由图15的AZ信号及Offset信号控制。因此，如在图15中所展示，当在时间T0之后Offset信号及AZ信号为高时，偏移电容器Coffset 1452的一个端子在复位操作期间用复位电压Vrst 1436充电。在复位操作之后，偏移电容器Coffset 1452的端子随后耦合到地。因此，根据本发明的教示，在如所展示调整列放大器1404的操作点的情况下增加输出电压Vout 1426。通过以下等式给出在施加偏移之后的输出电压Vout 1426：
Figure BDA0002533989970000141
图16说明根据本发明的教示的用于图像传感器中的具有偏移发生器及两个自动归零开关的列放大器1604的实例的示意图。应了解，图16的列放大器1604与若干先前论述的列放大器实例共享相似性，并且下文提及的类似地命名及编号的元件的耦合及功能类似于上文所描述的元件。然而，图16展示具有两个自动归零开关1620及1656，及采样保持(S&H)电容器1658的列放大器1604的实例晶体管电平示意图。另外，应了解，图16的实例列放大器1604不具有在若干前述实例中包含的电平移位器。因此，列放大器1604的优势在于：在不包含电平移位器的情况下具有较小尺寸。
如在所描绘的实例中所示，列放大器1604包含共源极放大器1616，所述共源极放大器包含输入装置1615。在一个实例中，输入装置1615是晶体管，其中栅极端子经耦合以通过输入电容器Cin 1622接收输入电压Vin 1624。如在实例中所示，输入装置1615耦合到NMOS级联装置1614，所述NMOS级联装置耦合在列放大器1604的Vout 1626输出之间并且如所展示耦合到电流源1610以接收电流Id。在NMOS级联装置1614与电流源1610之间的节点处产生输出电压Vout 1626。
如在所描绘的实例中所示，反馈电容器Cfb 1618耦合在输入装置1615的浮动电压Vf输入与偏移开关1634之间。在一个实例中，偏移开关1634还耦合到复位电压Vrst 1636及输出电压Vout 1626。在操作中，偏移开关1634经配置以在第一状态(例如，“H”)或第二状态(例如，“L”)下操作。因此，偏移开关1634经配置以响应于“H”设置而将反馈电容器Cfb 1618耦合到复位电压1636，或偏移开关1634经配置以响应于“L”设置而将反馈电容器Cfb 1618耦合到输出电压1626。因此，在一个实例中，偏移开关1634在复位操作期间将反馈电容器Cfb 1618耦合到Vrst 1636，并且在复位操作将反馈电容器Cfb 1618耦合到输出电压Vout1626。以此方式，可将放大器的输出电压Vout 1626复位成与Vrst 1636几乎相同的电压。
如所提及，图16的列放大器1604还包含两个自动归零开关1620及1656，及采样保持(S&H)电容器1658。自动归零开关1 1620耦合在输入装置1615的栅极端子与漏极端子之间，并且自动归零开关2 1656耦合在NMOS级联装置1614的栅极端子与漏极端子之间。在复位期间，两个自动归零开关1 1620及自动归零开关2 1656接通，并且自动地调整输入装置1615及NMOS级联装置1614的栅极电压以使两个装置的漏极电流与Id电流相同。以此方式，输入装置1615及NMOS级联装置1614在饱和区中操作，因为栅源电压及漏源电压变得相同。以此方式，如先前所描述，放大器的开环增益可为80～100dB。在复位操作之后，自动归零开关1 1620及自动归零开关2 1656两者断开。NMOS级联装置1614的栅极电压由耦合到NMOS级联装置1614的栅极端子的S&H电容器1656维持。在各种实例中，S&H电容器1656可由电容装置，例如，MOS电容器、MOM或MIN电容器，或金属寄生电容组成。
为了说明，图17说明根据本发明的教示的实例时序图1760，所述时序图展示在自动归零序列期间例如在图16中所说明的用于图像传感器中的具有偏移发生器及两个偏移开关的实例列放大器中发现的信号的实例。举例来说，信号“AZ1”控制自动归零开关11620，及信号“AZ2”控制自动归零开关2 1656。在操作中，当AZ1及AZ2为高时，自动归零开关1620及1656接通，并且当AZ1及AZ2为低时，自动归零开关1620及1656断开。
如在所描绘的实例中所示，复位操作开始于时间T0处，此时AZ1接通自动归零开关1 1620，AZ2接通自动归零开关2 1656，并且Offset信号通过偏移开关1634将反馈电容器Cfb 1618耦合到复位电压Vrst 1636。在时间T1-1处，AZ1信号断开自动归零开关1 1620，并且在时间T1-2处，AZ2信号断开自动归零开关2 1656。在时间T2处，Offset信号将反馈电容器Cfb 1618耦合到Vout 1626端子，这导致在时间T2处，输出电压Vout 1626等于复位电压Vrst 1636。因此，类似于其它实例，偏移开关1634在自动归零开关1620及1656接通时耦合到复位电压Vrst 1636，并且在自动归零开关1620及1656断开之后连接到输出电压Vout1626。以此方式，可将放大器1604的输出Vout 1626复位成复位电压Vrst 1636。
应注意，在一个实例中，自动归零开关1 1620及自动归零开关2 1656理想地同时断开。如果其中一者早于其它断开，则采样及保持在浮动节点Vf及NMOS级联装置1614的栅极上的电压将改变。当自动归零开关1620及1656断开时，浮动节点上的电压降通过电荷注入及/或馈通而略微改变。另外，因为栅极电压改变，所以漏极电流也将改变。
举例来说，在一个实例中，如果自动归零开关1 1620较早地断开，则输入装置1615的漏极电流将在自动归零开关2 1656断开之前改变。因为来自电流源1610及输入装置1615(及NMOS电流源)的电流不同，所以输出电压Vout 1626随时间改变。如果时间T1-1与时间T1-2之间的时序差较小，并且Vout 1626中的电压差较小，则这是可接受的。为了使电压差较小，与时序差相比，在此周期期间Vout 1626的带宽应足够小。为了使带宽足够小，Vout1626上的负载应较大或NMOS级联装置1614的S&H电容器1658应较大，因为此电容器在此周期期间连接到Vout 1626。
在另一实例中，如果自动归零开关2 1656较早地断开，则NMOS级联装置1614的漏极电流受电荷注入及馈通干扰，并且输出电压Vout 1626将随时间改变。在此实例中，如果电流源及NMOS级联装置1614在饱和区中操作，则取决于NMOS级联装置1614及输入装置1615的gm比率及电荷注入及馈通量而改变NMOS级联装置1614的源极电压。因此，通过断开自动归零开关2引起的电压偏移的某一部分改变Vf，这促成amp偏移电压。在实例中，自动归零开关1 1620将在装置中的一者进入线性区之前断开，否则改变级联装置1614的漏极电流，这样会影响Vf的电压。因此，与放大器的时延相比，时间T1-1与时间T1-2之间的时序差应足够小。
当自动归零开关断开时减少电荷注入的一个有效方法是减小控制信号的转换速率。然而，如果转换速率减小，则可增加偏斜及时序差。因此，在电荷注入量与时序差之间存在权衡，这两者都会影响放大器的偏移电压。
对本发明的所说明实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)并不意图是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文中出于说明性目的描述了本发明的具体实例，但是在本发明的范围内，各种修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识到。
可鉴于以上详细描述对本发明作出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中所公开的具体实例。确切地说，本发明的范围应完全由所附权利要求书确定，应根据权利要求解释的已确立的原则来解释所附权利要求书。

Claims (19)

1.一种用于图像传感器中的放大器电路，其包括：
共源极放大器，其经耦合以从所述图像传感器的像素单元接收表示图像电荷的输入信号；
自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间；
反馈电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；
偏移开关，其耦合到所述反馈电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及所述放大器电路的输出，其中所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的复位操作期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位操作之后将所述反馈电容器耦合到所述放大器电路的所述输出；
电平移位器，其耦合在所述共源极放大器的所述输出与所述自动归零开关之间，其中所述电平移位器包括：具有耦合到所述放大器电路的所述输出的输入的源极跟随器输入装置及耦合到所述源极跟随器输入装置的电流源，其中所述电流源包括源极跟随器电流源；
第一断电开关，其耦合在所述放大器电路的所述输出与所述源极跟随器输入装置的栅极端子之间；及
第二断电开关，其耦合在电压供应轨与所述源极跟随器输入装置的漏极端子之间。
2.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述共源极放大器经电容耦合以通过输入电容器接收输入信号。
3.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述自动归零开关经配置以在所述复位操作开始时接通，同时所述偏移开关经配置以切换到第一状态以将所述反馈电容器耦合到所述复位电压。
4.根据权利要求1所述的放大器电路，其中共源极放大器的所述输出是所述放大器电路的所述输出。
5.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述放大器电路的所述输出耦合到比较器的输入。
6.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述电平移位器的输出耦合到所述放大器电路的所述输出、所述偏移开关及所述自动归零开关。
7.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述电平移位器的输出耦合到所述自动归零开关，其中所述共源极放大器的所述输出是所述放大器电路的所述输出，并且其中所述共源极放大器的所述输出耦合到所述电平移位器的输入及偏移开关。
8.一种用于图像传感器中的放大器电路，其包括：
共源极放大器，其经耦合以从所述图像传感器的像素单元接收表示图像电荷的输入信号；
自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间；
反馈电容器，其耦合在所述共源极放大器的所述输入与所述共源极放大器的所述输出之间；
偏移电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；及
偏移开关，其耦合到所述偏移电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及地，其中所述自动归零开关经配置以在所述放大器电路的复位操作期间接通，且在所述放大器电路的所述复位操作之后断开，其中所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位操作期间将所述偏移电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位操作之后将所述偏移电容器耦合到所述地。
9.根据权利要求8所述的放大器电路，其中所述共源极放大器经电容耦合以通过输入电容器接收输入信号。
10.根据权利要求8所述的放大器电路，其中所述自动归零开关经配置以在所述复位操作开始时接通，同时所述偏移开关经配置以切换到第一状态以将所述反馈电容器耦合到所述复位电压。
11.根据权利要求8所述的放大器电路，其中共源极放大器的所述输出是所述放大器电路的输出。
12.一种成像***，其包括：
像素阵列，其包含多个像素单元；
列放大器电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像电荷信息，其中所述列放大器电路包括：
共源极放大器，其经耦合以从所述像素阵列的所述像素单元中的一者接收表示所述图像电荷信息的输入信号，其中所述共源极放大器包括：
晶体管，其具有经耦合以接收所述输入信号的栅极和耦合到地的源极；
级联装置，其耦合在所述晶体管的漏极和所述列放大器电路的输出之间；以及
耦合到所述级联装置的电流源；
第一自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间，其中所述第一自动归零开关进一步耦合在所述晶体管的栅极与所述晶体管的漏极之间；
第二自动归零开关，其耦合在所述级联装置的栅极和所述级联装置的漏极之间；
采样保持电容器，其耦合到所述级联装置的所述栅极；
反馈电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；及
偏移开关，其耦合到所述反馈电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及所述列放大器电路的所述输出，其中所述第一自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述列放大器电路的复位操作期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述列放大器电路的所述复位操作之后将所述反馈电容器耦合到所述列放大器电路的所述输出。
13.根据权利要求12所述的成像***，其进一步包括耦合到所述列放大器电路的所述输出的比较器。
14.根据权利要求13所述的成像***，其中所述比较器包含在耦合到所述列放大器电路的模数转换器中。
15.根据权利要求12所述的成像***，其中所述共源极放大器经电容耦合以通过输入电容器接收输入信号。
16.根据权利要求12所述的成像***，其中所述第一自动归零开关经配置以在所述复位操作开始时接通，同时所述偏移开关经配置以切换到第一状态以将所述反馈电容器耦合到所述复位电压。
17.根据权利要求12所述的成像***，其中共源极放大器的所述输出是所述列放大器电路的所述输出。
18.一种用于在图像传感器中使用的放大器电路，其包括：
共源极放大器，其经耦合以从所述图像传感器的像素单元接收表示图像电荷的输入信号，其中所述共源极放大器包括：
晶体管，其具有经耦合以接收所述输入信号的栅极和耦合到地的源极；
级联装置，其耦合在所述晶体管和所述放大器电路的输出之间；以及
耦合到所述级联装置的电流源；
第一自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间，其中所述第一自动归零开关进一步耦合在所述晶体管的所述栅极与所述晶体管的漏极之间；
第二自动归零开关，其耦合在所述级联装置的栅极和所述级联装置的漏极之间；
采样保持电容器，其耦合到所述级联装置的所述栅极；
反馈电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；
偏移开关，其耦合到所述反馈电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及所述放大器电路的所述输出，其中所述第一自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的复位操作期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述放大器电路的所述复位操作之后将所述反馈电容器耦合到所述放大器电路的所述输出。
19.一种成像***，其包括：
像素阵列，其包含多个像素单元；
列放大器电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像电荷信息，其中所述列放大器电路包括：
共源极放大器，其经耦合以从所述像素阵列的所述像素单元中的一者接收表示所述图像电荷信息的输入信号：
自动归零开关，其耦合在所述共源极放大器的输入与所述共源极放大器的输出之间；
反馈电容器，其耦合到所述共源极放大器的所述输入；
偏移开关，其耦合到所述反馈电容器，其中所述偏移开关进一步耦合到复位电压及所述列放大器电路的输出，其中所述自动归零开关及所述偏移开关经配置以在所述列放大器电路的复位操作期间将所述反馈电容器耦合到所述复位电压，并且其中所述偏移开关经配置以在所述列放大器电路的所述复位操作之后将所述反馈电容器耦合到所述列放大器电路的所述输出；
电平移位器，其耦合在所述共源极放大器的所述输出与所述自动归零开关之间，其中所述电平移位器包括：具有耦合到所述列放大器电路的所述输出的输入的源极跟随器输入装置及耦合到所述源极跟随器输入装置的电流源，其中所述电流源包括源极跟随器电流源；
第一断电开关，其耦合在所述列放大器电路的所述输出与所述源极跟随器输入装置的栅极端子之间；及
第二断电开关，其耦合在电压供应轨与所述源极跟随器输入装置的漏极端子之间。
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