图像传感器及其操作方法技术

提供了一种图像传感器和所述图像传感器的操作方法。所述图像传感器包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成第一斜坡信号；缓冲器，所述缓冲器包括具有超级源极跟随器结构的放大器，并输出通过缓冲所述第一斜坡信号而获得的第二斜坡信号；以及模数转换电路，所述模数转换电路被配置为将从所述像素阵列输出的像素信号与所述第二斜坡信号进行比较，并将所述像素信号转换为像素值。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其操作方法相关申请的交叉引用本申请要求于2019年2月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0017404的优先权，通过引用将该申请的全部公开内容并入本文。
与本专利技术构思的示例实施例一致的装置和方法涉及图像传感器，更具体地，涉及能够在以低功率操作的同时产生高质量图像的图像传感器和图像传感器的操作方法。
技术介绍
图像传感器是捕获对象的二维或三维图像的设备。图像传感器通过使用对从物体反射的光的强度做出响应的光电转换元件来感测对象的图像，并生成图像数据。由于最近开发了互补金属氧化物半导体(CMOS)技术，因此CMOS图像传感器得到了广泛使用。由于要求便携式设备要向用户提供高分辨率的图像，因此需要在以低功率操作的同时产生高质量图像的图像传感器。
技术实现思路
本专利技术构思的各种示例实施例提供了一种图像传感器以及图像传感器的操作方法，该图像传感器能够减少由于设置在所述图像传感器的模数转换电路中的比较器在执行比较操作时产生的噪声而导致的图像质量的劣化，并且能够在低功率下进行操作。根据示例实施例的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器可以包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成第一斜坡信号；缓冲器，所述缓冲器包括具有超级源极跟随器结构的放大器，并被配置为输出通过缓冲所述第一斜坡信号而获得的第二斜坡信号；以及模数转换电路，所述模数转换电路被配置为将从所述像素阵列输出的像素信号与所述第二斜坡信号进行比较，并将所述像素信号转换为像素值。根据示例实施例的另一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器可以包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成第一斜坡信号；缓冲电路，所述缓冲电路包括多个具有超级源极跟随器结构的缓冲器，每个所述缓冲器缓冲所述第一斜坡信号以生成第二斜坡信号；以及多个模数转换器，所述多个模数转换器被配置为分别将从所述多个像素输出的多个像素信号与所述第二斜坡信号进行比较以生成多个像素值。根据示例实施例的另一方面，提供了一种图像传感器的操作方法，所述操作方法可以包括：通过使用缓冲器在第一时段内执行输入采样操作来改变所述缓冲器的输入范围；通过使用所述缓冲器在第二时段内缓冲所接收的斜坡信号来输出缓冲的斜坡信号，所述第一时段在所述第二时段之前；通过使用比较器在所述第二时段内将像素信号与所述缓冲的斜坡信号进行比较，并输出比较结果；以及通过使用计数器在所述第二时段内对所述比较结果进行计数来生成像素值。附图说明通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本专利技术构思的示例实施例，其中：图1是示出根据一个实施例的图像传感器的框图；图2A和图2B是示出图1的像素的一个实施例的电路图；图3A是示意性地示出根据一个实施例的将像素信号转换为数字像素值的读取电路的框图；图3B示出了图3A的读取电路的操作；图4是示出根据一个实施例的缓冲器的电路图；图5示出了具有超级源极跟随器结构的放大器的小信号等效电路；图6A和图6B是示出根据实施例的比较器的电路图；图7A和图7B是示出根据实施例的包括缓冲器的读取电路的电路图；图8是示出根据一个实施例的读取电路的比较示例中的读取电路的电路图；图9是示出根据本专利技术构思的一个实施例的缓冲器的电路图；图10是示出根据本专利技术构思的一个示例实施例的包括缓冲器的读取电路的电路图；图11A、图11B和图11C示出根据一个示例实施例的缓冲电路；图12是根据一个实施例的图像传感器的操作方法的流程图；图13是示出根据一个实施例的图像处理系统的框图；以及图14是示出根据一个实施例的便携式终端的框图。具体实施例在下文中，将参考附图详细描述本专利技术构思的各种实施例。这些实施例都是示例性的，因此，本专利技术构思不应限于此。图1是示出根据一个实施例的图像传感器的框图。可以将图像传感器100安装在具有图像或光感测功能的电子设备上。例如，可以将图像传感器100安装在诸如以下电子设备上：相机、智能电话、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、平板个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、导航仪、无人机和高级驾驶员辅助系统(ADAS)。而且，可以将图像传感器100安装在作为车辆、家具、制造设施、门和各种测量仪器的一部分而提供的电子设备上。图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、斜坡信号发生器130、缓冲电路140、模数转换电路150、输出缓冲器160和定时发生器170。另外，图像传感器100还可以包括用于改善图像感测灵敏度的附加配置。像素阵列110可以包括多条行线ROL、多条列线COL和多个像素(PX)111，每个像素111连接到行线ROL和列线COL并且以矩阵形式排列。行选择信号和像素控制信号通过行线ROL被发送到所连接的像素PX。多个像素111中的每一个像素可以包括光敏元件，并且可以通过使用光感测设备来感测光并且将所感测的光转换为作为电信号的像素信号PS。例如，光感测设备可以包括光电二极管、光电晶体管、光电栅或钉扎光电二极管。多个像素111中的每一个像素可以包括至少一个光敏元件，而在一个实施例中，多个像素111中的每一个像素可以包括多个光敏元件。多个光敏元件可以彼此堆叠。行驱动器120以行为单位驱动像素阵列110。行驱动器120可以对从定时发生器170提供的行控制信号(例如，地址信号)进行译码，并且响应于译码后的行控制信号，行驱动器120可以从构成像素阵列110的行中选择至少一行。例如，行驱动器120可以生成行选择信号。行选择信号和用于控制所选择的像素的像素控制信号可以经由行线ROL被提供给像素PX。从由行驱动器120提供的行选择信号选择的行中的像素PX输出像素信号PS。像素信号PS可以包括复位信号和图像信号。复位信号与图像信号之间的信号电平差(例如，电压差)可以包括关于由多个像素111中的每一个像素接收到的光量的信息。例如，当像素111未接收到光时，复位信号与图像信号相同，而当像素111接收到光时，复位信号的电压与图像信号的电压可以不同。斜坡信号发生器130可以生成第一斜坡信号RMP1。斜坡信号发生器130可以基于从定时发生器170提供的斜坡控制信号进行操作。来自定时发生器170的斜坡控制信号可以包括斜坡使能信号、模式信号等。当斜坡使能信号被激活时，斜坡信号发生器130可以产生具有基于模式信号设置的斜率的第一斜坡信号RMP1。在本文中，斜率表示第一斜坡信号的电压电平随时间轴(如图3B所示)变化的斜率，后面将对此进行讨论。缓冲电路140可以缓冲从斜坡信号发生器130提供的第一斜坡信号RMP1，以生成第二斜坡信号RMP2。缓冲电路140可以包括一个或更多个缓冲器(BUF)141。缓冲器141可以包括具有超级源极跟随器结构的放大器，并且放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：/n像素阵列，所述像素阵列包括多个像素；/n斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成第一斜坡信号；/n缓冲器，所述缓冲器包括放大器，并被配置为输出通过缓冲所述第一斜坡信号而获得的第二斜坡信号；以及/n模数转换电路，所述模数转换电路被配置为将从所述像素阵列输出的像素信号与所述第二斜坡信号进行比较，并将所述像素信号转换为像素值。/n

【技术特征摘要】
20190214 KR 10-2019-00174041.一种图像传感器，包括：
像素阵列，所述像素阵列包括多个像素；
斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成第一斜坡信号；
缓冲器，所述缓冲器包括放大器，并被配置为输出通过缓冲所述第一斜坡信号而获得的第二斜坡信号；以及
模数转换电路，所述模数转换电路被配置为将从所述像素阵列输出的像素信号与所述第二斜坡信号进行比较，并将所述像素信号转换为像素值。


2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述缓冲器还包括输入电路，所述输入电路被配置为接收所述第一斜坡信号，并将通过将偏置电压添加到所述第一斜坡信号而获得的电压作为输入信号提供给所述放大器。


3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述输入电路包括：
电容器，所述电容器被配置为通过所述电容器的一端接收所述第一斜坡信号，所述电容器的另一端连接到所述放大器的输入节点；以及
开关，所述开关耦接到所述放大器的所述输入节点和第一节点。


4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述放大器包括：
第一晶体管，所述第一晶体管具有连接到所述输入节点的栅极端子、连接到输出节点的源极端子和连接到所述第一节点的漏极端子；
第一电流源，所述第一电流源耦接到所述第一晶体管的源极端子并提供第一参考电流；
第二电流源，所述第二电流源耦接到所述第一节点并提供第二参考电流；以及
第二晶体管，所述第二晶体管具有连接到所述第一节点的栅极端子并用作负反馈电路。


5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第一晶体管包括第一导电类型晶体管，并且所述第二晶体管和所述开关包括第二导电类型晶体管。


6.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述开关在第一时段内导通以将所述第一节点的电压存储在所述电容器中，在所述第一时段之后的第二时段内关断。


7.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括：包括所述缓冲器在内的多个缓冲器，
其中，所述多个缓冲器被配置为基于所缓冲的所述第一斜坡信号分别输出多个第二斜坡信号，
其中，所述模数转换电路包括多个比较器，所述多个比较器被配置为分别接收从所述像素阵列输出的多个像素信号，并将接收到的所述多个像素信号与从所述多个缓冲器提供的所述多个第二斜坡信号分别进行比较，并且
其中，所述多个比较器被配置为在所述第二时段内基于所述多个第二斜坡信号和所述多个像素信号执行相关双采样操作。


8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述多个比较器在所述第一时段内执行用于匹配输入电压电平和输出电压电平的自动归零操作，以消除所述比较器的内部偏移。


9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述模数转换电路包括多个模数转换器，所述多个模数转换器被配置为分别接收从所述像素阵列输出的多个像素信号，并且
其中，所述多个模数转换器均包括：
多个比较器，所述多个比较器被配置为分别将接收到的所述多个像素信号与所述第二斜坡信号进行比较；以及
计数器，所述计数器被配置为对所述多个比较器中的每一个比较器的输出进行计数。


10.根据权利要求9所述的图...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑演焕，姜旋律，蔡熙成，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR