具有偏移电压移除的带隙参考电路制造技术

本发明专利技术涉及一种具有偏移电压移除的带隙参考电路。一种实例性带隙参考电路包含放大器、第一开关、第二开关及第三开关以及电容器。所述第一开关耦合于所述放大器的反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述放大器的负反馈回路。所述电容器具有耦合到所述反相输入的第一端及耦合到所述第二开关的第二端，其中在所述第二开关闭合时，所述电容器被充电到实质上等于所述放大器的偏移电压的电压。所述第三开关耦合到所述电容器的第二端，其中在所述第三开关闭合时，从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述放大器的所述偏移电压。

【技术实现步骤摘要】
具有偏移电压移除的带隙参考电路
本专利技术大体来说带隙电压参考电路，且特定来说(但非排他性地)涉及在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的读出电路中所使用的那些带隙电压参考电路。
技术介绍
图像传感器是普遍存在的。其广泛用于数码静态相机、数码摄像机、蜂窝式电话、安全摄像机、医疗装置、汽车及其它应用中。许多图像传感器具有由若干种因素限制的图像质量。一个此种因素是图像传感器的读出电路中所包含的模/数转换器的准确度。准确的模/数转换器通常需要既准确又稳定的参考电压。可实施各种电路来提供参考电压。一个此种实例为带隙参考电路。带隙参考电路广泛地用于模拟电路中以提供稳定、电压无关且温度无关的参考电压。带隙电压参考电路依据维持具有正温度系数的内部电压源及具有负温度系数的另一内部电压源的原理而操作。通过将所述两者一起求和，可消除温度相依性。另外，可使用两个内部源中的任一者作为温度传感器。顾名思义，由带隙参考电路产生的电压用作参考，且特定来说在需要参考电压的高稳定性(例如，如在图像传感器中通常需要的那样)的情况下利用。在典型的带隙参考电路中，使用运算放大器以便改进参考电压的准确度。然而，运算放大器本身并不是理想的，且具有偏移电压。理想地，运算放大器的输入处的电压应彼此相等，此归因于放大器的输入之间的虚拟短路。然而，在特定情况中，偏移电压Vos几乎始终存在。此外，偏移电压Vos在芯片间变化而非一固定值。因此，输出电压Vout还由于偏移电压Vos的分布而在芯片间变化，使得难以补偿此变化。用于补偿运算放大器中存在的偏移电压的一些常规技术包含“高频(HF)斩波器技术”及“自动调零技术”。然而，此斩波器稳定及自动调零是基于图像传感器的临界行时间期间的高频切换。高频切换可将高频电路耦合到带隙参考输出中或在共用“接地路径”中产生高频电压。因此，可降低带隙电压输出的准确度，此可导致带隙参考电路无法与具有高分辨率模/数转换器的图像传感器兼容。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供一种带隙参考电路，其包括：运算跨导放大器(OTA)，其具有反相输入及非反相输入；第一开关，其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路；电容器，其具有耦合到所述反相输入的第一端，及第二端；第二开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第二开关闭合时，所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压；第三开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第三开关闭合时，从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压；第一双极晶体管，其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极；及第二双极晶体管，其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极，其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点，其中所述带隙参考电路将经耦合以接收使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号，且其中所述带隙参考电路经配置以响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新所述电压参考。本专利技术的一个实施例提供一种用于产生数字图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；控制电路，其用以产生用以使对所述像素阵列的每一行的读出同步的第一信号；及读出电路，其耦合到所述位线以从所述至少一个像素读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含用于将电压参考提供到模/数转换器(ADC)的带隙参考电路，所述带隙参考电路包括：运算跨导放大器(OTA)，其具有反相输入及非反相输入；第一开关，其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路；电容器，其具有耦合到所述反相输入的第一端，及第二端；第二开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第二开关闭合时，所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压；第三开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第三开关闭合时，从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压；第一双极晶体管，其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极；及第二双极晶体管，其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极，其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点，其中所述带隙参考电路经耦合以接收所述第一信号，且其中所述带隙参考电路随着对所述像素阵列的每一行的所述读出而刷新所述电压参考。本专利技术的一个实施例提供一种方法，其包括：产生用以使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号；在所述成像传感器的带隙参考电路处接收所述第一信号，且响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新由所述带隙参考电路产生的电压参考，其中刷新所述电压参考包含：对所述带隙参考电路中所包含的运算跨导放大器(OTA)的偏移电压VOS进行取样的第一阶段；及从所述带隙参考电路的输入回路减去所述经取样电压以消除所述OTA的所述偏移电压VOS的第二阶段；及用模/数转换器转换从所述像素阵列的每一行读出的数据，其中所述模/数转换器使用所述电压参考来转换所述数据。附图说明可通过参考以下描述及用于图解说明实施例的随附图式来理解本专利技术。在图式中：图1是图解说明根据本专利技术的实施例的具有包含带隙参考电路及多个ADC的读出电路的图像传感器的框图。图2是图解说明根据本专利技术的实施例的实例性带隙参考电路的框图。图3是图解说明图2的带隙参考电路的各种波形的时序图。图4是图解说明根据本专利技术的实施例的与图像传感器的行读出同步的对带隙参考电路的刷新的流程图。具体实施方式在以下描述中，陈述众多特定细节，例如特定读出电路、电压斜坡信号、校准电路操作次序等。然而，应理解，可在没有这些特定细节的情况下实践实施例。在其它实例中，为了不使本专利技术的理解模糊，未展示众所周知的电路、结构及技术。图1是图解说明根据本专利技术的实施例的具有多个模/数转换器(ADC)118的图像传感器100的框图。图像传感器100包含像素阵列110、控制电路120、读出电路130及任选数字处理逻辑150。为使图解说明简明起见，像素阵列110的所图解说明实施例仅展示各自具有四个像素单元114的两个列112。然而，应了解，实际图像传感器通常包含从数百到数千个列，且每一列通常包含从数百到数千个像素。此外，所图解说明的像素阵列110为规则形状的(例如，每一列112具有相同数目个像素)，但在其它实施例中，所述阵列可具有不同于所展示布置的规则或不规则的布置且可包含比所展示的那些多或少的像素、行及列。此外，在不同实施例中，像素阵列110可为包含经设计以在光谱的可见部分中捕获图像的红色、绿色及蓝色像素的彩色图像传感器或可为黑白图像传感器及/或经设计以在光谱的不可见部分(例如红外或紫外)中捕获图像的图像传感器。在一个实施例中，图像传感器100为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。在使用期间，在像素单元114已获取其图像数据或电荷之后，可经由列读出线或位线116将模拟图像数据(例如，模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隙参考电路，其包括：运算跨导放大器OTA，其具有反相输入及非反相输入；第一开关，其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路；电容器，其具有耦合到所述反相输入的第一端，及第二端；第二开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第二开关闭合时，所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压；第三开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第三开关闭合时，从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压；第一双极晶体管，其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极；及第二双极晶体管，其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极，其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点，其中所述带隙参考电路将经耦合以接收使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号，且其中所述带隙参考电路经配置以响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新所述电压参考。

【技术特征摘要】
2013.02.11 US 13/764,6271.一种带隙参考电路，其包括：运算跨导放大器OTA，其具有反相输入及非反相输入；第一开关，其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路；电容器，其具有耦合到所述反相输入的第一端，及第二端；第二开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第二开关闭合时，所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压；第三开关，其耦合到所述电容器的所述第二端，其中在所述第三开关闭合时，从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压；第一双极晶体管，其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极；第二双极晶体管，其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极，其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点，其中所述带隙参考电路将经耦合以接收使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号，且其中所述带隙参考电路经配置以响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新电压参考；第四开关，其具有耦合到所述OTA的所述输出的一端；及源极随耦器晶体管，其具有耦合到所述第四开关的第二端的控制端子，其中所述源极随耦器晶体管经配置以在所述第四开关闭合时将所述电压参考输出提供到所述第一双极晶体管及所述第二双极晶体管的基极。2.根据权利要求1所述的带隙参考电路，其中所述刷新所述电压参考包含：所述闭合所述第二开关以将所述电容器充电到实质上等于所述OTA的所述偏移电压的所述电压；及所述闭合所述第三开关以从所述参考电路的所述输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压。3.根据权利要求1所述的带隙参考电路，其中所述第一双极晶体管的所述基极及所述第二双极晶体管的所述基极耦合到所述带隙参考电路的电压参考输出。4.根据权利要求1所述的带隙参考电路，其中所述源极随耦器晶体管进一步经耦合以接收开始脉冲，其中所述源极随耦器晶体管经配置以在所述第四开关断开且接收到所述开始脉冲时将所述电压参考输出提供到所述第一双极晶体管及所述第二双极晶体管的所述基极。5.根据权利要求1所述的带隙参考电路，其进一步包括经耦合以产生以下信号的逻辑：第一控制信号，其用以控制所述第一开关的切换；第二控制信号，其用以控制所述第二开关的切换；及第三控制信号，其用以控制所述第三及第四开关的切换。6.根据权利要求5所述的带隙参考电路，其中所述逻辑在第一阶段中且在后续第二阶段中产生所述控制信号，其中所述第一阶段包含所述第一及第二开关闭合且所述第三及第四开关断开，使得所述电容器的所述第二端耦合到所述第二节点以将所述偏移电压取样到所述电容器上。7.根据权利要求6所述的带隙参考电路，其中所述第二阶段包含所述第一及第二开关断开且所述第三及第四开关闭合，使得所述OTA感测所述第一与第二节点之间的差分电压，且使得从所述参考电路的所述输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压。8.根据权利要求1所述的带隙参考电路，其中环绕所述OTA的所述负反馈回路为单位增益负反馈回路。9.一种用于产生数字图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素单元中的至少一者；控制电路，其用以产生用以使对所述像素阵列的每一行的读出同步的第一信号；及读出电路，其耦合到所述位线以从所述像素单元中的所述至少一者中读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含用于将电压参考提供到模/数转换器ADC的带隙参考电路，所述带隙参考电路包括：运算跨导放大器OTA...

【专利技术属性】
技术研发人员：珀尔·欧拉夫·帕尔，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US