双斜坡模/数转换器的比较器的双转换增益高动态范围读出制造技术

本申请案涉及双斜坡模/数转换器的比较器的双转换增益高动态范围读出。实例性比较器可包含：第二级，其经耦合以响应于中间电压而提供输出；第一级，其经耦合以响应于输入而提供所述中间电压。所述第一级包含：一对共源共栅装置，其耦合到电流镜；低增益输入，其经由第一开关耦合到所述第一级的输入且进一步经由第二开关选择性地耦合到所述对共源共栅装置；及高增益输入，其经由所述第一开关耦合到所述第一级的第一及第二输入且进一步经由第四开关选择性地耦合到所述对共源共栅装置。选择性地耦合到所述对共源共栅装置。选择性地耦合到所述对共源共栅装置。

【技术实现步骤摘要】
双斜坡模/数转换器的比较器的双转换增益高动态范围读出
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2018年03月29日、申请号为201810269540.8、专利技术名称为“双斜坡模/数转换器的比较器的双转换增益高动态范围读出”的专利技术专利申请案。


[0003]本专利技术大体来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及高动态范围图像传感器的双转换增益。

技术介绍

[0004]图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医学、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术一直持续快速地进展。举例来说，较高分辨率及较低功率消耗的需求已促进了这些装置的进一步小型化及集成。
[0005]图像传感器可实施双转换增益以获得高动态范围。可通过在低增益、接着高增益且接着两个读出的组合下从像素读取而获得高动态范围。然而，在高转换增益模式与低转换增益模式中可存在像素的复位电平的大的差异。虽然可使用两个比较器来补偿复位电平的差异，但具有两个比较器会使比较器的面积加倍。另一种方式是使比较器具有两组输入级，但比较器内的寄生电容可影响例如帧速率。已采用许多技术来减轻这些影响，但这些方法中的一些可能未完全消除所述影响。

技术实现思路

[0006]在一个方面中，本专利技术描述一种比较器，其包括：第二级，其经耦合以响应于中间电压而提供输出；第一级，其经耦合以响应于输入而提供所述中间电压，所述第一级包括：一对共源共栅装置，其耦合到电流镜；低增益输入，其经由第一及第二开关耦合到所述第一级的第一及第二输入，且进一步经由第三及第四开关选择性地耦合到所述对共源共栅装置；及高增益输入，其经由所述第一及第二开关耦合到所述第一级的所述第一及第二输入，且进一步经由第五及第六开关选择性地耦合到所述对共源共栅装置，其中，基于低转换增益模式，所述低增益输入通过所述第一及第二开关耦合到所述第一及第二输入，且进一步响应于控制信号处于第一状态中而通过所述第三及第四开关耦合到所述对共源共栅装置，且其中，基于高转换增益模式，所述高增益输入通过所述第一及第二开关耦合到所述第一及第二输入，且进一步响应于所述控制信号处于第二状态中而通过所述第五及第六开关耦合到所述对共源共栅装置。
[0007]在另一方面中，本专利技术描述一种比较器，其包括：高增益输入区域，其包含第一多个装置；低增益输入区域，其布置成邻近于所述高增益输入区域，所述低增益输入区域包含第二多个装置；电流源区域，其布置成邻近于所述低增益输入区域；共源共栅装置区域，其布置成挨着所述电流源区域；电流镜区域，其布置成挨着所述共源共栅装置区域；及第二
级，其布置成挨着所述电流镜区域，其中所述共源共栅装置区域通过所述电流镜区域电耦合到所述第二级。
[0008]在另一方面中，本专利技术描述一种方法，其包括：响应于双转换增益(DCG)控制信号处于第一状态中而将双级比较器的低增益输入耦合到输入及共源共栅装置以建立低转换增益模式；对具有所述低增益输入的像素执行模/数转换(ADC)操作以确定所述像素的低增益复位电压；响应于所述DCG控制信号转变为第二状态而将所述低增益输入解耦；响应于所述DCG控制信号转变为所述第二状态而将所述双级比较器的高增益输入耦合到所述输入及所述共源共栅装置以建立高转换增益模式；对具有所述高增益输入的所述像素执行ADC操作以确定所述像素的高增益复位电压；及对具有所述高增益输入的所述像素执行ADC操作以确定所述像素的高增益信号电压，其中所述信号电压起因于图像电荷；响应于DCG控制信号转变为所述第一状态而将所述高增益输入解耦；响应于所述DCG控制信号转变为所述第一状态而重新耦合所述低增益输入；及对具有所述低增益输入的所述像素执行ADC操作以确定所述像素的低增益信号电压，其中所述信号电压起因于图像电荷。
附图说明
[0009]参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似部件。
[0010]图1A图解说明根据本专利技术的实施例的成像系统的一个实例。
[0011]图1B是根据本专利技术的实施例的像素的实例性示意图。
[0012]图2是根据本专利技术的实施例的比较器。
[0013]图3是根据本专利技术的实施例的时序图。
[0014]图4是根据本专利技术的实施例的比较器的布局。
[0015]贯穿图式的数个视图，对应参考字符指示对应组件。技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。并且，通常不描绘商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本专利技术的这些各种实施例的较不受阻碍的观看。
具体实施方式
[0016]本文中描述用于具有两输入双级比较器以实现双转换增益高动态范围操作的图像传感器的设备及方法的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对实例的透彻理解。然而，相关
的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或者可利用其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。
[0017]在本说明书通篇中对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必全部指代同一实例。此外，在一或多个实例中可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
[0018]贯穿本说明书，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含
义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换使用(例如，Si与硅)；然而，其两者具有相同含义。
[0019]图1A图解说明根据本专利技术的实施例的成像系统100的一个实例。成像系统100包含像素阵列102、控制电路104、读出电路108及功能逻辑106。在一个实例中，像素阵列102是光电二极管或图像传感器像素(例如，像素P1、P2、
…
Pn)的二维(2D)阵列。如所图解说明，像素被布置成若干行(例如，行R1到Ry)及若干列(例如，列C1到Cx)以获取人、地方、对象等的图像数据，所述图像数据可接着用于再现所述人、地方、对象等的2D图像。然而，像素不必布置成行及列且可采取其它配置。
[0020]图1B是根据本专利技术的实施例的像素Px的实例性示意图。像素Px可为阵列102的像素的一个实例，且可经配置以用于双转换增益(DCG)操作。举例来说，DCG操作可提供高动态范围(HDR)。像素Px的所图解说明实施例包含光电二极管(PD)、第一浮动扩散部(FD1)及第二浮动扩散部(FD2)、电容器C、复位门Tr2、行选择门Tr4、DCG门Tr5、源极跟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，其包括：响应于双转换增益DCG控制信号处于第一状态中而将双级比较器的低增益输入耦合到输入及共源共栅装置以建立低转换增益模式；对具有所述低增益输入的像素执行模/数ADC操作以确定所述像素的低增益复位电压；响应于所述DCG控制信号转变为第二状态而将所述低增益输入解耦；响应于所述DCG控制信号转变为所述第二状态而将所述双级比较器的高增益输入耦合到所述输入及所述共源共栅装置以建立高转换增益模式；对具有所述高增益输入的所述像素执行ADC操作以确定所述像素的高增益复位电压；对具有所述高增益输入的所述像素执行所述ADC操作以确定所述像素的高增益信号电压，其中所述信号电压起因于图像电荷；响应于所述DCG控制信号转变为所述第一状态而将所述高增益输入解耦；响应于所述DCG控制信号转变为所述第一状态而重新耦合所述低增益输入；及对具有所述低增益输入的所述像素执行所述ADC操作以确定所述像素的低增益信号电压，其中所述信号电压起因于图像电荷。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在对具有所述低增益输入的所述像素执行所述ADC操作以确定所述像素的低增益复位电压之前，响应于复位控制信号而将所述像素的第一及第二浮动扩散部耦合到高参考电压。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：海老原弘知，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：