比较器电路、图像感测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种比较器电路、图像感测装置及方法，包括第一级比较器以及第二级比较器，其中，第二级比较器可利用现有技术中的结构，第一级比较器包括三个耦合电容以及三个输入晶体管，与现有技术的4输入端比较器电路相比，比较器电路的第一端减少了一个耦合电容以及输入晶体管。利用本发明专利技术提出的比较器电路时，LCG的操作过程不变，HCG的复位只需对第三输入晶体管进行复位即可，也即通过单端复位实现。在不影响图像性能的前提下，比现有技术中的4输入端比较器减少了比较器电路中的器件数，可有效提高CIS的集成度。

【技术实现步骤摘要】
比较器电路、图像感测装置及方法
本专利技术涉及CMOS图像传感器
，尤其是涉及一种比较器电路、图像感测装置及方法。
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静态相机、蜂窝电话、安全摄像机中，还广泛使用于医学、汽车及其它应用中，这些广泛应用促使图像传感器的技术持续快速发展。举例来说，针对更高分辨率及更低电力消耗的要求已经促进这些装置的进一步微型化及集成。其中，CIS(CMOSImageSensor)即CMOS图像传感器，其在图像领域具有不可替代性，被广泛应用于安防监控、消费电子、车载设备、科学测量等领域中。CIS的基本发展方向包括：多像素、低噪声、高动态范围、高图像帧率，低噪高动态的图像质量能给用户带来更好的视觉体验。为了获取低噪高动态的图像质量，现有技术中提出一种高动态范围图像(High-DynamicRange，简称HDR)，相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节，根据不同的曝光时间的LDR(Low-DynamicRange，低动态范围图像)，并利用每个曝光时间相对应最佳细节的LDR图像来合成最终HDR图像。HDR技术就是将同一场景下多张感光不同的照片合成在一起，现有技术中的HDR技术可以概括为以下三种：1)SP(Split像素单元电路，分裂像素)技术：该方案的基础像素采用了不同感光面积的光电二极管(PhotoDiode)，因此对于同样的光照强度具有不同的相应曲线。2)DCG(DualConversionGain)技术：该方案采用了可控制的浮动二极管(FloatDiode)，利用可变电容来改变像素单元的光电转换效率。3)长短曝光技术：在同一场景下对对象进行不同时间长度的曝光，这样可以得到不同强度的图像。现有技术中最常用的是长短曝光技术，其优点在于像素单元的结构简单，容易实现；缺点为成像质量较差。而SP技术和DCG技术对工艺的要求较高，成像质量较好。为了保证图像的转换效率与成像质量，目前的发展趋势是三种技术之间相互结合。而DCG技术的转换过程不可避免采用两次连续复位以及两次连续读出有效信号，这个采集数据的过程是传统比较器难以实现的。图1为传统的2输入端比较器，由于在利用DCG技术的过程中，复位LCG(低转换增益)信号的电压VRlcg和复位HCG(高转换增益)信号的电压VRhcg差距较大且不固定，因此需要分别将两个电压进行存储复位，因此传统的2输入端比较器不能用于HCG+LCG的时序中。为了解决该技术问题，采用DCG技术后，现有技术提出在比较器的设计通常采用了两个差分输入对，这样可以将两次复位信号存入其中。请参考图2，图2为目前用于DCG技术的4输入端比较器，其可以用于HCG+LCG的时序中，通过两次复位，可以做到两次转换。专利技术人经实际应用时发现，现有技术中的这种4输入端比较器的结构由于器件众多增加了图像传感器的版图面积。因此，需要提出一种可以简化比较器电路的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种比较器电路、图像感测装置及方法，用于解决现有技术中的4输入端比较器的结构增加了图像传感器的版图面积的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种比较器电路，包括第一级比较器以及第二级比较器，所述第一级比较器包括：第一端，其被配置为接受斜坡信号；第二端，其被配置为接受来自像素单元电路的低转换增益信号或高转换增益信号；第一耦合电容，其被配置为存储所述斜坡信号；第二耦合电容，其被配置为存储所述低转换增益信号；第三耦合电容，其被配置为存储所述高转换增益信号；第一复位开关，其被配置为对所述第一输入晶体管进行复位；第二复位开关，其被配置为对所述第二输入晶体管进行复位；第三复位开关，其被配置为对所述第三输入晶体管进行复位；第一输入晶体管，其被配置为配合所述第一耦合电容存储所述斜坡信号；第二输入晶体管，其被配置为配合所述第二耦合电容存储所述低转换增益信号，并传输给所述第二级比较器的输入端；第三输入晶体管，其被配置为配合所述第三耦合电容存储所述高转换增益信号，并传输给所述第二级比较器的输入端；所述第二级比较器的输出端用于读出所述低转换增益信号以及所述高转换增益信号。可选地，所述第一复位开关基于第一复位信号对所述第一输入晶体管进行复位，所述第二复位开关基于所述第一复位信号对所述第二输入晶体管进行复位，所述第三复位开关基于第二复位信号对所述第三输入晶体管进行复位；当所述第一复位信号为高电平时，所述第一复位开关对所述第一输入晶体管进行复位，所述第二复位开关对所述第二输入晶体管进行复位；当所述第二复位信号为高电平时，所述第三复位开关对所述第三输入晶体管进行复位。可选地，所述第一级比较器还包括第一工作开关以及第二工作开关；所述第一工作开关用于控制所述第二输入晶体管所处电路的导通与关断；所述第二工作开关用于控制所述第三输入晶体管所处电路的导通与关断。可选地，所述第一工作开关基于第一工作信号控制所述第二输入晶体管所处电路的导通与关断；所述第二工作开关基于第二工作信号控制所述第三输入晶体管所处电路的导通与关断；当所述第一工作信号为高电平时，所述第二输入晶体管所处电路导通，当所述第一工作信号为低电平时，所述第二输入晶体管所处电路关断；当所述第二工作信号为高电平时，所述第三输入晶体管所处电路导通，当所述第二工作信号为低电平时，所述第三输入晶体管所处电路关断。可选地，所述第一级电路还包括电流镜电路以及电流偏置晶体管；所述第一耦合电容的一端与所述第一端连接，所述第一耦合电容的另一端与所述第一输入晶体管的栅极以及所述第一复位开关的一端连接，所述第一复位开关的另一端与所述第一输入晶体管的漏极连接；所述第二耦合电容的一端与所述第二端连接，所述第二耦合电容的另一端与所述第二输入晶体管的栅极以及所述第二复位开关的一端连接，所述第二复位开关的另一端与所述第二输入晶体管的漏极连接于第一交点；所述第三耦合电容的一端与所述第二端连接，所述第三耦合电容的另一端与所述第三输入晶体管的栅极以及所述第三复位开关的一端连接，所述第三复位开关的另一端与所述第三输入晶体管的漏极连接于第二交点；所述第一输入晶体管的源极、所述第二输入晶体管的源极以及所述第三输入晶体管的源极均与所述电流偏置晶体管的漏极连接，所述电流偏置晶体管的栅极接入一偏置电压，所述电流偏置晶体管的源极接地；所述电流镜电路的一个输出端与所述第一输入晶体管的漏端连接，所述电流镜电路的另一个输出端与所述第一工作开关的一端以及所述第二工作开关的一端连接；所述第一工作开关的一端以及所述第二工作开关的一端还与所述第二级比较器的输入端连接，所述第一工作开关的另一端与所述第一交点连接，所述第二工作开关的另一端与所述第二交点连接。可选地，所述第二级比较器包括第四输入晶体管、负载晶体管、第四复位开关以及第一复位电容；所述第四输入晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比较器电路，其特征在于，包括第一级比较器以及第二级比较器，所述第一级比较器包括：/n第一端，其被配置为接受斜坡信号；/n第二端，其被配置为接受来自像素单元电路的低转换增益信号或高转换增益信号；/n第一耦合电容，其被配置为存储所述斜坡信号；/n第二耦合电容，其被配置为存储所述低转换增益信号；/n第三耦合电容，其被配置为存储所述高转换增益信号；/n第一复位开关，其被配置为对所述第一输入晶体管进行复位；/n第二复位开关，其被配置为对所述第二输入晶体管进行复位；/n第三复位开关，其被配置为对所述第三输入晶体管进行复位；/n第一输入晶体管，其被配置为配合所述第一耦合电容存储所述斜坡信号；/n第二输入晶体管，其被配置为配合所述第二耦合电容存储所述低转换增益信号，并传输给所述第二级比较器的输入端；/n第三输入晶体管，其被配置为配合所述第三耦合电容存储所述高转换增益信号，并传输给所述第二级比较器的输入端；/n所述第二级比较器的输出端用于读出所述低转换增益信号以及所述高转换增益信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种比较器电路，其特征在于，包括第一级比较器以及第二级比较器，所述第一级比较器包括：
第一端，其被配置为接受斜坡信号；
第二端，其被配置为接受来自像素单元电路的低转换增益信号或高转换增益信号；
第一耦合电容，其被配置为存储所述斜坡信号；
第二耦合电容，其被配置为存储所述低转换增益信号；
第三耦合电容，其被配置为存储所述高转换增益信号；
第一复位开关，其被配置为对所述第一输入晶体管进行复位；
第二复位开关，其被配置为对所述第二输入晶体管进行复位；
第三复位开关，其被配置为对所述第三输入晶体管进行复位；
第一输入晶体管，其被配置为配合所述第一耦合电容存储所述斜坡信号；
第二输入晶体管，其被配置为配合所述第二耦合电容存储所述低转换增益信号，并传输给所述第二级比较器的输入端；
第三输入晶体管，其被配置为配合所述第三耦合电容存储所述高转换增益信号，并传输给所述第二级比较器的输入端；
所述第二级比较器的输出端用于读出所述低转换增益信号以及所述高转换增益信号。


2.如权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，所述第一复位开关基于第一复位信号对所述第一输入晶体管进行复位，所述第二复位开关基于所述第一复位信号对所述第二输入晶体管进行复位，所述第三复位开关基于第二复位信号对所述第三输入晶体管进行复位；
当所述第一复位信号为高电平时，所述第一复位开关对所述第一输入晶体管进行复位，所述第二复位开关对所述第二输入晶体管进行复位；
当所述第二复位信号为高电平时，所述第三复位开关对所述第三输入晶体管进行复位。


3.如权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，所述第一级比较器还包括第一工作开关以及第二工作开关；
所述第一工作开关用于控制所述第二输入晶体管所处电路的导通与关断；
所述第二工作开关用于控制所述第三输入晶体管所处电路的导通与关断。


4.如权利要求3所述的比较器电路，其特征在于，所述第一工作开关基于第一工作信号控制所述第二输入晶体管所处电路的导通与关断；
所述第二工作开关基于第二工作信号控制所述第三输入晶体管所处电路的导通与关断；
当所述第一工作信号为高电平时，所述第二输入晶体管所处电路导通，当所述第一工作信号为低电平时，所述第二输入晶体管所处电路关断；
当所述第二工作信号为高电平时，所述第三输入晶体管所处电路导通，当所述第二工作信号为低电平时，所述第三输入晶体管所处电路关断。


5.如权利要求3所述的比较器电路，其特征在于，所述第一级电路还包括电流镜电路以及电流偏置晶体管；
所述第一耦合电容的一端与所述第一端连接，所述第一耦合电容的另一端与所述第一输入晶体管的栅极以及所述第一复位开关的一端连接，所述第一复位开关的另一端与所述第一输入晶体管的漏极连接；
所述第二耦合电容的一端与所述第二端连接，所述第二耦合电容的另一端与所述第二输入晶体管的栅极以及所述第二复位开关的一端连接，所述第二复位开关的另一端与所述第二输入晶体管的漏极连接于第一交点；
所述第三耦合电容的一端与所述第二端连接，所述第三耦合电容的另一端与所述第三输入晶体管的栅极以及所述第三复位开关的一端连接，所述第三复位开关的另一端与所述第三输入晶体管的漏极连接于第二交点；
所述第一输入晶体管的源极、所述第二输入晶体管的源极以及所述第三输入晶体管的源极均与所述电流偏置晶体管的漏极连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正，蔡化，芮松鹏，陈飞，高菊，夏天，
申请(专利权)人：成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51