单斜率ADC中的用于复位扩展减少的主动复位电路制造技术

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。

Active Reset Circuit for Reducing Reset Expansion in Single Slope ADC

An image sensor includes: a pixel circuit comprising a reset transistor and configured to output pixel signals; and a differential comparator comprising pixel input, reference input and comparator output, wherein the source or drain of the reset transistor is connected to the comparator output. In this way, the active reset method can be incorporated into the image sensor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单斜率ADC中的用于复位扩展减少的主动复位电路
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(resetspread)的减少。
技术介绍
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-digitalconverter)、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：correlateddoublesampling)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-exposedvalue)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(resetsignalvariation)。
技术实现思路
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、计算机系统和网络、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
技术实现思路
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、数据表和系统配置。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
中以及在图像传感和图像处理的相关
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将特定列的模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 15/198,8171.一种图像传感器，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系统增益。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·理查德·艾尔斯，松本静德，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP