减轻图像传感器的列固定图案噪声的读出电路制造技术

本发明专利技术涉及用于减轻图像传感器的列固定图案噪声的读出电路。用于减轻图像传感器数据中的固定图案噪声的技术及机制。在实施例中，读出电路包含自适应模/数转换器ADC，其包括差分放大器及跨越所述差分放大器耦合的反馈路径，其中所述ADC将接收斜坡信号、与所述斜坡信号的转变率相关联的控制信号及由一或多个像素产生的模拟信号。在另一实施例中，可基于所述控制信号配置所述反馈路径及/或耦合到所述差分放大器的一或多个其它电路元件，以使用所述差分放大器提供多个环路增益中的一者。所述ADC提供数字输出以确定基于所述斜坡信号与所述模拟信号的比较。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及模/数信号转换，且特定来说(但非排他性地)，涉及图像传感器读出电路。
技术介绍
图像传感器已经变得无处不在。它们广泛使用于数字照相机、蜂窝式电话、安全摄像机中，还广泛使用于医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器的技术，且特定来说，用以制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术继续大幅进步。举例来说，针对更高分辨率、高质量图像及更低电力消耗的要求已经促进这些CMOS图像传感器的进一步微型化及集成。然而，固定图案噪声(或“FPN”)是CMOS(及其它)图像传感器的已知问题。FPN是均匀照明下归因于图像传感器内的装置与互连失配的像素输出的空间变化。FPN可在所得图像中将其自身呈现为发生于在相同温度及曝光下获得的图像中的较亮或较暗像素的某种图案。列FPN(CFPN)是特定类型的FPN的通用名称，其归因于沿像素阵列“列”(其在这个背景中是指沿着其由多个像素共享输出位线的方向)耦合的放大器或模/数转换器(ADC)电路中的变化。CFPN在所得图像中将其自身呈现为发生于在相同温度及曝光下获得的图像中的较亮或较暗列的某种图案。减少图像传感器中的FPN的常规方法包含相关双取样(CDS)，其中放大模拟参考信号(或黑信号电平)且接着在复位像素单元之前对其进行取样。在随后图像采集期间，复位像素单元被曝光到光且经充电以产生模拟图像信号。模拟图像信号被放大、接着被取样且与经取样参考信号作比较(即，从图像信号减去黑信号)以得出最终值(即，所得图像信号)。使用通常被称为列增益放大器电路的装置执行此类模拟参考及图像信号的放大，所述列增益放大器电路在常规图像传感器中接着将放大模拟输出提供到模/数电路进行进一步处理。由用于像素阵列列的ADC中的变化引起的CFPN被列增益放大器抑制到N分之一，其中N为列增益的因数。随着对较小形状因数及/或低成本图像传感器装置的要求继续增加，对应地需要能够减轻各种图像感测条件中的CFPN而没有列增益放大器的成本的有效解决方案。因此，期望对CFPN减轻的渐进式改进对图像感测技术的连续产生变得越来越有价值。
技术实现思路
本专利技术一方面涉及一种电路，其包括：信号产生器，其用于输出斜坡信号；控制逻辑，其用于输出对应于所述斜坡信号的变化率的控制信号；及模/数转换器(ADC)，其经耦合以接收所述斜坡信号、所述控制信号及模拟信号，所述ADC包含：差分放大器；反馈路径，其包含：第一电容器，其耦合于所述差分放大器的输入与所述差分放大器的输出之间；及第二电容器，其耦合于所述差分放大器的所述输入与用于提供参考电势的节点之间；所述ADC响应于所述控制信号配置所述差分放大器的环路增益，这包含：所述ADC配置所述反馈路径及所述第二电容器中的一者；所述ADC基于所述经配置环路增益进一步输出表示基于所述模拟信号与所述斜坡信号的比较的数字信号。在本专利技术的另一方面中，一种方法包括：在模/数转换器(ADC)处接收模拟信号、斜坡信号、对应于所述斜坡信号的变化率的控制信号，其中所述ADC包含：差分放大器；反馈路径，其包含：第一电容器，其耦合于所述差分放大器的输入与所述差分放大器的输出之间；及第二电容器，其耦合于所述差分放大器的所述输入与用于提供参考电势的节点之间；响应于所述控制信号配置所述差分放大器的环路增益，这包含：配置所述反馈路径及所述第二电容器中的一者；及基于所述经配置环路增益，从所述ADC输出表示基于所述模拟信号与所述斜坡信号的比较的数字信号。在本专利技术的又一方面中，一种图像传感器系统包括：像素阵列，其包含第一像素以产生模拟信号；及读出电路，其耦合到所述像素阵列，所述读出电路包含：信号产生器，其用于输出斜坡信号；控制逻辑，其用于输出对应于所述斜坡信号的变化率的控制信号；及模/数转换器(ADC)，其经耦合以接收所述斜坡信号、所述控制信号及所述模拟信号，所述ADC包含：差分放大器；反馈路径，其包含：第一电容器，其耦合于所述差分放大器的输入与所述差分放大器的输出之间；及第二电容器，其耦合于所述差分放大器的所述输入与用于提供参考电势的节点之间；所述ADC响应于所述控制信号配置所述差分放大器的环路增益，这包含：所述ADC配置所述反馈路径及所述第二电容器中的一者，所述ADC基于所述经配置环路增益进一步输出表示基于所述模拟信号及所述斜坡信号的比较的数字信号。附图说明在附图的图式中通过实例而非通过限制说明本专利技术的各种实施例，且其中：图1是说明根据一个实施例的图像传感器的功能框图。图2是说明根据一个实施例的用于像素阵列内的两个四晶体管(“4T”)像素的像素电路的电路图。图3A是说明根据实施例的减轻固定图案噪声的读出电路的元件的功能框图。图3B展示根据实施例的说明由读出电路执行的信号交换的时序图。图4是说明根据实施例的操作读出电路的方法的要素的流程图。图5是说明根据实施例的读出电路的模/数转换器的元件的电路图。图6是说明根据实施例的读出电路的模/数转换器的元件的电路图。具体实施方式本文所论述的实施例不同地提供技术及/或机制以(例如)不依赖于任何列增益放大器电路来减轻图像传感器数据中的列固定图案噪声。根据一个实施例的读出电路包含模/数转换器(ADC)，其自适应地适于(例如)各自对应于相应图像感测条件的不同增益级。举例来说，此类ADC可包含差分放大器及横跨差分放大器耦合的反馈路径，其中ADC将接收斜坡信号、与所述斜坡信号的转变率相关联的控制信号及由一或多个像素产生的模拟信号。所述控制信号(及/或所述斜坡信号的转变率)可基于(例如)在模拟信号的产生期间检测到的照明条件。在实施例中，针对待使用差分放大器提供的多个环路增益中的任何者，可使用控制信号配置反馈路径及/或耦合到差分放大器的一或多个其它电路元件。ADC可允许处理独立于由列增益放大器电路做出的任何前述模拟信号放大的图像传感器数据。图1是说明根据本专利技术的实施例的成像系统100的框图。所说明的成像系统100的实施例包含像素阵列105、读出电路110、功能逻辑115及控制电路120。像素阵列105是成像传感器单元或像素单元(例如，像素P1、P2、……、Pn)的二维(“2D”)阵列。如本文所论述，可使用其中每一成像元件包含一或多个像素的成像元件阵列实践各种替代实施例。从此类成像元件收集的图像数据可包含来自成像元件中的所有像素的相应输出或(替代地)仅来自成像元件中的所选择的一或多个像素的相应输出的加总。在一个实施例中，像素阵列105包含互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像像素。像素阵列105可被实施为前侧照明图像传感器或背侧照明图像传感器。如所说明，每一像素被布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)中以获得个人、位置或对象的图像数据，接着可使用所述图像数据以再现所述个人、位置或对象的图像。在每一像素已获得其图像数据或图像电荷之后，由读出电路110读出所述图像数据且将其转移到功能逻辑115。读出电路110可包含放大电路、模/数(“ADC”)转换电路或其它电路。功能逻辑115可简单存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，剪裁、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)操纵所述图像数据。在一个实施例中，读本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，其包括：信号产生器，其用于输出斜坡信号；控制逻辑，其用于输出对应于所述斜坡信号的变化率的控制信号；及模/数转换器ADC，其经耦合以接收所述斜坡信号、所述控制信号及模拟信号，所述ADC包含：差分放大器；反馈路径，其包含：第一电容器，其耦合于所述差分放大器的输入与所述差分放大器的输出之间；及第二电容器，其耦合于所述差分放大器的所述输入与用于提供参考电势的节点之间；所述ADC响应于所述控制信号配置所述差分放大器的环路增益，这包含：所述ADC配置所述反馈路径及所述第二电容器中的一者；所述ADC基于所述经配置环路增益进一步输出表示基于所述模拟信号与所述斜坡信号的比较的数字信号。

【技术特征摘要】
2015.08.17 US 14/828,4041.一种电路，其包括：信号产生器，其用于输出斜坡信号；控制逻辑，其用于输出对应于所述斜坡信号的变化率的控制信号；及模/数转换器ADC，其经耦合以接收所述斜坡信号、所述控制信号及模拟信号，所述ADC包含：差分放大器；反馈路径，其包含：第一电容器，其耦合于所述差分放大器的输入与所述差分放大器的输出之间；及第二电容器，其耦合于所述差分放大器的所述输入与用于提供参考电势的节点之间；所述ADC响应于所述控制信号配置所述差分放大器的环路增益，这包含：所述ADC配置所述反馈路径及所述第二电容器中的一者；所述ADC基于所述经配置环路增益进一步输出表示基于所述模拟信号与所述斜坡信号的比较的数字信号。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC从像素阵列接收所述模拟信号，其中所述ADC独立于任何列增益放大器电路而耦合到所述像素阵列。3.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC配置所述环路增益包含：所述ADC在提供开环增益的配置与提供闭环增益的另一配置之间转变。4.根据权利要求3所述的电路，其中所述反馈路径是可切换反馈路径，其包括经配置以响应于所述控制信号在断开状态与闭合状态之间的转变的开关。5.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC响应于所述控制信号配置所述环路增益包含：所述ADC响应于所述控制信号改变所述第一电容器的电容。6.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC响应于所述控制信号配置所述环路增益包含：所述ADC响应于所述控制信号改变所述第二电容器的电容。7.根据权利要求1所述的电路，所述控制逻辑进一步使计数器与所述斜坡信号同步。8.根据权利要求7所述的电路，所述数字信号锁存来自所述计数器的输出。9.根据权利要求1所述的电路，所述ADC进一步包括旁路路径，其与所述反馈路径并联耦合于所述差分放大器的所述输入与所述差分放大器的所述输出之间，所述旁路路径包含开关，所述ADC进一步接收另一控制信号且响应于所述另一控制信号配置自动调零模式，所述自动调零模式实现所述ADC的偏置，其中所述ADC配置所述自动调零模式包含：所述ADC将所述旁路路径的开关转变到闭合状态。10.一种方法，其包括：在模/数转换器ADC处接收模拟信号、斜坡信号、对应于所述斜坡信号的变化率的控制信号，其中所述ADC包含：差分放大器；反馈路径，其包含：第一电容器，其耦合于所述差分放大器的输入与所述差分放大器的输出之间；及第二电容器，其耦合于所述差分放大器的所述输入与用于提供参考电势的节点之间；响应于所述控制信号配置所述差分放大器的环路增益，这包含：配置所述反馈路径及所述第二电容器中的一者；及基于所述经配置环路增益，从所述ADC输出表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿，黄乐，孙天佳，代铁军，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US