低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传感器制造方法及图纸

低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传感器。比较装置包括：MSB电压发生电路，包括根据MSB电压控制信号接收MSB电压的控制信号端子，并被构造为产生MSB电压；比较电路，包括被联接以接收第一输入信号的第一输入端子和被联接以接收通过从MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号的第二输入端子，以通过比较第一输入信号与修改的第二输入信号来移动到期望电压范围，并输出MSB比较结果信号，比较电路在第一输入信号达到期望电压范围之后将其与残余电压比较，并输出LSB比较结果信号；和控制电路，联接到比较电路以接收比较信号并用于根据MSB比较结果信号检测第一输入信号和第二输入信号的交叉，并将MSB电压控制信号输出至MSB电压发生电路。

Low-noise monoclinic comparison device, analog-to-digital conversion device and CMOS image sensor including the device

Low noise monoclinic comparison device, analog-to-digital conversion device and CMOS image sensor including the device. The comparison device includes: a MSB voltage generating circuit, including a control signal terminal which receives the MSB voltage according to the MSB voltage control signal and is constructed to generate the MSB voltage; a comparison circuit includes a first input terminal connected to receive the first input signal and a second input terminal connected to receive the second input signal modified by the MSB voltage output from the MSB voltage generating circuit. By comparing the first input signal with the modified second input signal to move to the desired voltage range and output the MSB comparison result signal, the comparison circuit compares it with the residual voltage after the first input signal reaches the expected voltage range, and outputs the LSB comparison result signal; and the control circuit is connected with the comparison circuit to receive the comparison signal and use it to compare the result signal according to the MSB. No. 1 detects the intersection of the first input signal and the second input signal, and outputs the MSB voltage control signal to the MSB voltage generating circuit.

【技术实现步骤摘要】
低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传感器
本专利文献中所公开技术和实现方式涉及一种模数转换装置和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
技术介绍
高速读出和低功耗是设计CMOS图像传感器时要考虑的重要参数。然而，在高速读出和低功耗之间存在权衡。对具有越来越多像素的CMOS图像传感器的需求导致读出电路的带宽增加，以便在短时间段内读出更多的像素。因此，为了在不消耗太多功率的情况下促进大像素阵列的高速读出，可使用列并行架构。在CMOS图像传感器的列并行模数转换器(ADC)架构中，经常使用单斜ADC，这是因为它可使用非常简单的列电路来实现并且需要比其它类型的ADC小得多的芯片面积。最近，已经提出了一种多采样技术，以通过对输入信号进行多次采样和模数转换并且通过将采样的输入信号平均来提高CMOS图像传感器中的噪声消除性能。然而，单斜ADC装置通常伴随着时钟数目的增加以对输入信号进行多次采样并且对经采样的输入信号进行模数转换。例如，10位模数转换需要1024个时钟，因此10位多采样模数转换可能需要至少2048个时钟。用于处理的时钟周期的这种增加降低了成像装置的图像处理速度，因此是不希望的。作为上面讨论的多采样技术的替代，可通过在1024个时钟期间将斜坡信号的斜率增加多倍(例如，从x1至x16不等)来执行多采样操作以执行10位模数转换。然而，随着斜坡信号的斜率增加，适当地安排斜坡信号变得更加困难。由于噪声性能是在低照度下保持令人满意的成像性能的重要因素，因此ADC转换器通常使用不同类型的斜坡信号发生装置，包括用于低照度的斜坡信号发生装置和用于高照度的另一斜坡信号发生装置。例如，如果输入信号在1024LSB的整个参考值的300最低有效位(LSB)内，则其照度条件被识别为低照度，因此通过利用1-300LSB的斜率对斜坡信号进行三次多采样来执行模数转换。如果输入信号超过1024LSB的整个参考值的300LSB，则其照度条件被识别为高照度，因此通过利用1-1024LSB的斜率对斜坡信号进行采样来执行模数转换。然而，由于两个不同的斜坡信号发生装置之间的特性差异，导致上述技术的各种实现方式倾向于呈现非线性特性。作为不同的方法，可通过经由具有不同偏移值的不同缓冲器驱动从两个不同的斜坡信号发生装置输出的两个斜坡信号来执行双模数转换。两个斜坡信号与输入信号具有多个交叉，并且所述交叉以预定延迟依次发生。然而，难以保证每个缓冲器的特性差异(例如，温度变化)和偏移产生。
技术实现思路
本专利文件提供了具有模数转换器的图像传感装置的设计及其他内容，该模数转换器具有能够通过改变输入信号电压的位置以最低有效位(LSB)阶跃对输入信号电压进行多次采样的单斜比较装置。在所公开技术的一个实施方式中，一种比较装置可包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；以及控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路。在所公开技术的一个实施方式中，一种模数转换装置可包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作。在所公开技术的一个实施方式中，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可包括：像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，其中，每个像素能操作为产生与在每个像素处接收的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能操作为逐行选择和控制所述像素阵列的像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被构造成产生残余范围的斜坡信号；最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路被构造为根据MSB电压控制信号产生MSB电压；比较电路，所述比较电路适于将偏移基准电压和所述比较电路的输入端子处的电压进行比较以输出MSB比较结果信号，所述输入端子处的电压是通过将所述MSB电压添加到像素信号或从像素信号中减去所述MSB电压以修改所述输入端子的电压而获得的电压，所述比较电路将残余范围的斜坡信号与作为所述输入端子处的修改电压的残余电压进行比较，并输出最低有效位LSB比较结果信号；控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述偏移基准电压和所述输入端子处的所述修改电压的交叉，并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作；存储器，所述存储器联接到所述计数电路并且能操作为存储从所述计数电路输出的信息；列读出电路，所述列读出电路联接到所述存储器并且能操作为输出存储在所述存储器中的信息；以及控制器，所述控制器联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路，并且能操作为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路。在所公开技术的一个实施方式中，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可包括：像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，其中，每个像素能操作为产生与在每个像素处接收的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能操作为逐行选择和控制所述像素阵列的像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被构造成产生残余范围的斜坡信号；最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路被构造为根据MSB电压控制信号产生MSB电压；比较电路，所述比较电路适于将像素信号与通过从所述MSB电压发生电路输出的所述MSB电压修改的偏移基准电压进行比较以输出MSB比较结果信号，所述比较电路将所述像素信号与残余电压进行比较，以输出最低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比较装置，该比较装置包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；以及控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路。

【技术特征摘要】
2017.11.17 KR 10-2017-01540391.一种比较装置，该比较装置包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；以及控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路。2.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述比较电路通过将所述第一输入信号与经修改的所述第二输入信号进行比较来使所述第一输入信号移动到期望的电压范围，并且在所述第一输入信号已达到所述期望的电压范围之后，所述比较电路将所述第一输入信号与残余电压进行比较，并输出所述LSB比较结果信号。3.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述比较电路在模数转换期间多次重复执行比较处理，并且其中，所述比较处理将所述第一输入信号与通过所述MSB电压修改的所述第二输入信号进行比较，以找出将所述第一输入信号移动到所述期望的电压范围需要多少个MSB电压阶跃，并在初始时间处产生所述MSB比较结果信号，并且在所述初始时间之后，将残余范围的所述第一输入信号与所述残余电压进行比较以输出所述LSB比较结果信号。4.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述控制电路包括：交叉检测器，所述交叉检测器被构造为根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉，以产生指示所述交叉的检测结果的输出，并且将MSB电压发生控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及MSB电压大小控制器，所述MSB电压大小控制器联接到所述交叉检测器以接收所述交叉检测器的输出，并且能操作为根据从所述交叉检测器输出的交叉检测结果将MSB电压大小控制信号输出到所述MSB电压发生电路。5.根据权利要求4所述的比较装置，其中，所述控制电路还包括：MSB电压更新控制器，所述MSB电压更新控制器联接到所述MSB电压发生电路，以将MSB电压更新控制信号输出到所述MSB电压发生电路。6.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述MSB电压发生电路包括：MSB电压大小调节器，所述MSB电压大小调节器联接到所述控制电路，以接收所述MSB电压大小控制信号来调节所述MSB电压的幅值；MSB电压控制器，所述MSB电压控制器联接到所述控制电路，以接收所述MSB电压发生控制信号来控制所述MSB电压的产生；以及MSB电压发生器，所述MSB电压发生器联接到所述MSB电压大小调节器和所述MSB电压控制器，以根据所述MSB电压控制器的控制产生大小由所述MSB电压大小调节器调节的所述MSB电压。7.根据权利要求6所述的比较装置，其中，所述MSB电压发生电路还包括：MSB电压更新器，所述MSB电压更新器联接到所述MSB电压大小调节器，以根据从所述控制电路输出的MSB电压更新控制信号对从所述MSB电压发生器输出的所述MSB电压进行更新。8.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述第一输入信号是像素信号，并且所述第二输入信号是偏移基准电压。9.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述第一输入信号是偏移基准电压或斜坡信号，并且所述第二输入信号是通过将所述MSB电压添加到像素信号或者从像素信号中减去所述MSB电压而获得的。10.一种模数转换装置，该模数转换装置包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作。11.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述比较电路通过将所述第一输入信号与经修改的所述第二输入信号进行比较来使所述第一输入信号移动到期望的电压范围，并且在所述第一输入信号已达到所述期望的电压范围之后，所述比较电路将所述第一输入信号与残余电压进行比较，并输出所述LSB比较结果信号。12.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述比较电路在模数转换期间多次重复执行比较处理，并且其中，所述比较处理将所述第一输入信号与通过所述MSB电压修改的所述第二输入信号进行比较，以找出将所述第一输入信号移动到所述期望的电压范围需要多少个MSB电压阶跃，并在初始时间处产生所述MSB比较结果信号，并且在所述初始时间之后，将残余范围的所述第一输入信号与所述残余电压进行比较以输出所述LSB比较结果信号。13.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述控制电路包括：交叉检测器，所述交叉检测器被构造为根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉，以产生指示所述交叉的检测结果的输出，并且将MSB电压发生控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及MSB电压大小控制器，所述MSB电压大小控制器联接到所述交叉检测器以接收所述交叉检测器的输出，并且能操作为根据从所述交叉检测器输出的交叉检测结果将MSB电压大小控制信号输出到所述MSB电压发生电路。14.根据权利要求13所述的模数转换装置，其中，所述控制电路还包括：MSB电压更新控制器，所述MSB电压更新控制器联接到所述MSB电压发生电路，以将MSB电压更新控制信号输出到所述MSB电压发生电路。15.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述MSB电压发生电路包括：MSB电压大小调节器，所述MSB电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：金贤俊，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR