图像传感器与图像读出方法技术

互补金属氧化物半导体器件由光敏性的像素阵列构成。像素数组的列耦合至读出列。所述读出列耦合至读出电路，以从所述像素阵列读出图像数据。所述读出电路包括至少一个耦合至逐次逼近寄存器模拟数字转换器的采样开关。所述逐次逼近寄存器模拟数字转换器包括差分比较器，本地逐次逼近寄存器控制以及至少一个数字模拟转换器。其中一个采样开关耦合在读出列与所述差分比较器的非反相输入之间。一种藉由读取电路读取具有三个转换的两个像素的图像读出方法。所述读取电路由逐次逼近寄存器控制电路操作，根据比较器输出设定其两个数字模拟转换器，复位数字值被获得并储存。

Image sensor and image readout method

【技术实现步骤摘要】
图像传感器与图像读出方法
本申请一般来说涉及互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)图像传感器，且具体来说但并非唯一地，涉及减少CMOS图像传感器中用于数字相关双采样(DigitalCorrelatedDoubleSampling，DCDS)的模拟数字转换的数量的方法。因此，实现了每像素的能量消耗的减少。
技术介绍
图像传感器已变得无处不在。它们被广泛地应用在数字静态照相机、行动电话、安全照相机以及医疗、汽车及其它应用中。图像传感器通常使用互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器来捕获成像场景的图像数据。CMOS器件包括对来自场景的入射光在特定时间量内具有光敏性的像素阵列。此曝光时间允许个别像素的电荷累积，直到像素具有特定的信号电压值，也称为像素灰度值。这些个别信号电压值然后可被关联到代表成像场景的数字图像数据。图像品质是非常重要的。为了获得更高的品质，增加阵列内的像素数量提供了一个解决方案。为了尽可能地消除图像数据中的噪声，提供另一种解决方案。CMOS图像传感器中减少噪声的常用方法是相关双采样(correlat本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，包括：像素阵列，包括多个4T像素，其中每一4T像素包括因应于入射光产生图像电荷的光电二极管、转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管以及行选择晶体管，且其中所述源极跟随器晶体管耦合在所述光电二极管与所述行选择晶体管之间以将所述光电二极管产生的图像电荷转换为图像输出电压；多个读出列；多个偏置电流源，耦合到所述读出列，其中每个偏置电流源通过所述读出列向所述源极跟随器晶体管提供偏置电流；以及多个读出电路，耦合到所述读出列以从所述像素阵列读出图像数据，其中每个读出电路包括第一采样开关及逐次逼近寄存器模拟数字转换器，其中所述逐次逼近寄存器模拟数字转换器...

【技术特征摘要】
2018.04.09 US 62/654,925;2019.03.08 US 16/296,3381.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，包括：像素阵列，包括多个4T像素，其中每一4T像素包括因应于入射光产生图像电荷的光电二极管、转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管以及行选择晶体管，且其中所述源极跟随器晶体管耦合在所述光电二极管与所述行选择晶体管之间以将所述光电二极管产生的图像电荷转换为图像输出电压；多个读出列；多个偏置电流源，耦合到所述读出列，其中每个偏置电流源通过所述读出列向所述源极跟随器晶体管提供偏置电流；以及多个读出电路，耦合到所述读出列以从所述像素阵列读出图像数据，其中每个读出电路包括第一采样开关及逐次逼近寄存器模拟数字转换器，其中所述逐次逼近寄存器模拟数字转换器包括差分比较器、本地逐次逼近寄存器控制以及第一数字模拟转换器，其中所述第一采样开关耦合在第一读出列与所述差分比较器的非反相输入之间，且其中所述第一数字模拟转换器耦合在所述本地逐次逼近寄存器控制与所述差分比较器的所述非反相输入之间。2.根据权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，还包括共享逐次逼近寄存器控制，其中所述共享逐次逼近寄存器控制控制至少一个采样开关、以及所述像素阵列的多个逐次逼近寄存器模拟数字转换器的逐次逼近切换算法的定时。3.根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，每个读出电路还包括偏置电压，其中所述偏置电压耦合到所述差分比较器的反相输入，以形成1-列逐次逼近寄存器模拟数字转换器。4.根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，每个读出电路还包括第二采样开关及第二数字模拟转换器，其中所述第二采样开关耦合在第二读出列与所述差分比较器的反相输入之间，并且其中所述第二数字模拟转换器耦合在所述本地逐次逼近寄存器控制与所述差分比较器的所述反相输入之间，以形成2-列逐次逼近寄存器模拟数字转换器。5.根据权利要求4所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述2-列逐次逼近寄存器模拟数字转换器在实体布局上是双像素列宽的。6.根据权利要求4所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，每两个相邻的2-列逐次逼近寄存器模拟数字转换器被耦合到每四个相邻的读出列，且其中所述2-列逐次逼近寄存器模拟数字转换器的采样开关将基于自哪一像素行读出而接收所述四个相邻的读出列中的一者。7.根据权利要求4所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述第二数字模拟转换器是电荷再分配数字模拟转换器，其中所述电荷再分配数字模拟转换器由两个子数字模拟转换器组成并且包括多个电压分配数字模拟转换器单位单元以及在两个半数字模拟转换器之间共享的交流耦合分离电容器，其中每个半数字模拟转换器具有相同数量的所述数字模拟转换器单位单元、以及大小可变电容器，所述大小可变电容器耦合在其中所述交流耦合分离电容器的一端连接到最低有效位电容器的节点与负参考电压之间。8.根据权利要求7所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述两个子数字模拟转换器具有相同数量的所述数字模拟转换器单位单元以及相同的位权重分布。9.根据权利要求7所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述数字模拟转换器单位单元包括耦合到异或门的第一输入的数据锁存器，其中反相信号耦合到所述异或门的第二输入，其中所述异或门的输出耦合到电压开关以确定将何电压输入到电压分配电容器，且其中所述电压分配电容器基于所述电容器接收到何电压而将其电压贡献到数字模拟转换器输出。10.根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述第一数字模拟转换器是电荷再分配数字模拟转换器，其中所述电荷再分配数字模拟转换器由两个子数字模拟转换器组成并且包括多个电压分配数字模拟转换器单位单元以及在所述两个半数字模拟转换器之间共享的交流耦合分离电容器，其中每个半数字模拟转换器具有相同数量的所述数字模拟转换器单位单元、以及大小可变电容器，所述大小可变电容器耦合在其中所述交流耦合分离电容器的一端连接到最低有效位电容器的节点与负参考电压之间。11.根据权利要求10所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述两个子数字模拟转换器具有相同数量的所述数字模拟转换器单位单元以及相同的位权重分布。12.根据权利要求10所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述数字模拟转换器单位单元包括耦合到异或门的第一输入的数据锁存器，其中反相信号耦合到所述异或门的第二输入，其中所述异或门的输出耦合到电压开关以确定将何电压输入到电压分配电容器，且其中所述电压分配电容器基于所述电容器接收到何电压而将其电压贡献到数字模拟转换器输出。13.一种用于读取具有三个转换的两个像素的图像读出方法，其特征在于，包括：将模拟数字转换器的比较器复位；导通第一采样开关以从第一读出列将第一复位电压采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：珍布·奥文德，马提纽森·托瑞，
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