降低图像传感器功耗的方法及图像传感器技术

本发明专利技术提供一种降低图像传感器功耗的方法及其图像传感器，所述降低图像传感器功耗的方法包括：通过电容耦合的方式，实现非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I2)小于量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I1)，本发明专利技术所提供降低图像传感器功耗的方法及其图像传感器可以降低图像传感器功耗。图像传感器功耗。图像传感器功耗。

【技术实现步骤摘要】
降低图像传感器功耗的方法及图像传感器


[0001]本专利技术涉及CMOS图像传感器领域，尤其涉及一种降低图像传感器功耗的方法及图像传感器。

技术介绍

[0002]CMOS图像传感器被广泛应用于各种便携式设备上，而对于便携式设备来说，低功耗是一个非常重要的指标。所以降低CMOS图像传感器的功耗是一个重要的研究方向。在CMOS图像传感器中常用到单斜率模数转换器（single-slope ADC）,而比较器是其核心组成部分。
[0003]图1和图2分别显示的是两级比较器的常用结构和时序控制图。图1所示的两级比较器中，参考信号Vramp和像素单元（pixel）的输出pxd分别通过隔直电容C1和C2耦合到第一级比较器的差分输入对管M1和M2上,sw1和sw2为自动清零开关，M3和M4为负载管，Mb为第一级比较器的尾电流源管，它的栅极上包含采样开关sw4和电压保持电容Cb，采样开关sw4用于采样尾电流管栅极电压Vbin的初始值，电压保持电容Cb的一端接在尾电流源管Mb的栅极上，另一端接地，用于保持尾电流源的栅极电压Vbin。比较器的第二级为放大级，包含输入管M6和尾电流源管M5，其中开关sw3为第二级的自动清零开关。
[0004]图2中控制信号EQ1为比较器第一级自动清零开关sw1和sw2的控制信号，控制信号EQ2为比较器第二级自动清零开关sw3的控制信号，用于在比较器量化像素单元输出信号前对两级比较器进行自动清零的操作。控制信号TX为像素单元中传输管栅极的控制信号，在这辅助说明像素单元图像信号输出时刻。控制信号sw为两级比较器第一级尾电流源管栅极电压Vbin采样开关sw4的控制波形，当它为高时，Vbin连接到外部偏置电压产生单元产生的Vbias电压上，把Vbias引入到尾电流源的栅极，当它为低时，断开Vbin和Vbias的连接，Vbin保持在电压保持电容Cb上。波形信号Vramp为比较器参考信号，通过隔直电容C1耦合到两级比较器第一级的差分输入对管的一端，用于量化像素单元输出的参考信号和图像信号。图1的两级比较器在一个工作周期内，也就是在一个行操作时间内可以分成t1~t5五个时间段：t1为自动清零和像素单元输出的参考信号ref的稳定时间，t2为像素单元输出的参考信号ref信号的量化时间，t3为tx开启和像素单元输出的图像信号sig的稳定时间，t4为像素单元输出的图像信号sig信号的量化时间，t5为行空白时间。其中行空白时间t5非必需存在。因为比较器的尾电流源栅极电压Vbin在整个行操作时间内是恒定不变的，所以比较器的电流Icmp1也是恒定不变的。如果要降低比较器的功耗，就要减小比较器的电流Icmp1，这会导致比较器对像素单元输出的参考信号（ref）和图像信号（sig）的转换速度变慢，增加转换时间，从而会导致帧率的下降，这是不能被接受的。
[0005]为此，需要提供一种不降低帧率的低功耗图像传感器的解决方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种不降低帧率的低功耗图像传感器的解决方案，所述一种降低图像
传感器功耗的方法，通过电容耦合的方式，实现非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I2)小于量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I1)，以降低图像传感器功耗。
[0007]优选地，通过控制电压保持电容下极板电压的变化调整电流大小，实现非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I2)小于量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I1)，以降低图像传感器功耗。
[0008]优选地，所述非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器的电流（I2）与所述量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流（I1）的关系为：I2≤0.8I1。
[0009]优选地，通过设置非量化像素单元输出时的初始电流，增加量化像素单元输出时的电流。
[0010]优选地，通过设置量化像素单元输出时的初始电流，下拉降低非量化像素单元输出时的电流。
[0011]优选地，比较器电流源中设置堆叠管时，所述堆叠管的栅极电压随尾电流源的栅极电压同方向变化，从而避免堆叠管的栅极电压限制尾电流的变化。
[0012]本专利技术还提供一种图像传感器，包括单斜率模数转换器，所述单斜率模数转换器包括一比较器单元，所述比较器单元包括具有尾电流源的差动输入对结构，其中尾电流源的栅极上包含采样开关和电压保持电容，所述采样开关用于采样栅极电压的初始值，所述电压保持电容适于通过开关调节所述电压保持电容的下极板电压，从而调节所述尾电流管的栅极电压。
[0013]优选地，所述电压保持电容的下极板连接两个并联的第一开关和第二开关的一端，所述第一开关和第二开关的另一端分别连接两个不同的电压源或电压产生电路。
[0014]优选地，所述尾电流源为堆叠结构，包括第一尾电流源管和第二尾电流源管，所述第一尾电流源管的栅极连接第一电压保持电容，所述第二尾电流源管的栅极连接第二电压保持电容，所述第一电压保持电容和第二电压保持电容的下极板连接两个并联的第三开关和第四开关的一端，所述第三开关和第四开关的另一端分别连接两个不同的电压源或电压产生电路。
[0015]优选地，所述尾电流源为堆叠结构，包括第一尾电流源管和第二尾电流源管，所述第一尾电流源管的栅极连接第一电压保持电容，所述第二尾电流源管的栅极连接第二电压保持电容，所述第一电压保持电容的下极板连接两个并联的第五开关和第六开关的一端，所述第五开关和第六开关的另一端分别连接两个不同的电压源或电压产生电路，所述第二电压保持电容的下极板连接两个并联的第七开关和第八开关的一端，所述第七开关和第八开关的另一端分别连接两个不同的电压源或电压产生电路。
[0016]本专利技术提出的通过动态的控制比较器尾电流来降低CMOS图像传感器功耗的方法，只需在常用的结构中增加很少的电路和简单的控制，很好的控制了芯片面积和电路复杂度的增加。
[0017]另外因为在量化ref和sig时保持了大电流，不会影响到转换速率，从而不会影响到帧率。也就是说实现了在利用很小的代价，以及保持高的帧率的情况下，降低了CMOS图像传感器的整体功耗。
附图说明
[0018]通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0019]图1为现有技术中CMOS图像传感器中的单斜率模数转换器中两级比较器的结构示意图；图2为现有技术中CMOS图像传感器中的单斜率模数转换器中两级比较器的时序控制图；图3为本专利技术所提供的实施例一中CMOS图像传感器中的单斜率模数转换器中两级比较器的结构示意图；图4为本专利技术所提供的实施例一中CMOS图像传感器中的单斜率模数转换器中两级比较器的时序控制图；图5为本专利技术所提供的实施例二中CMOS图像传感器中的单斜率模数转换器中两级比较器的结构示意图；图6为本专利技术所提供的实施例三中CMOS图像传感器中的单斜率模数转换器中两级比较器的结构示意图。
[0020]在图中，贯穿不同的示图，相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低图像传感器功耗的方法，其特征在于，通过电容耦合的方式，实现非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I2)小于量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I1)，以降低图像传感器功耗。2.如权利要求1所述的降低图像传感器功耗的方法，其特征在于，通过控制电压保持电容下极板电压的变化调整电流大小，实现非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I2)小于量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流(I1)，以降低图像传感器功耗。3.如权利要求1所述的降低图像传感器功耗的方法，其特征在于，所述非量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器的电流（I2）与所述量化像素单元输出参考信号和图像信号时的比较器电流（I1）的关系为：I2≤0.8I1。4.如权利要求1所述的降低图像传感器功耗的方法，其特征在于，通过设置非量化像素单元输出时的初始电流，增加量化像素单元输出时的电流。5.如权利要求1所述的降低图像传感器功耗的方法，其特征在于，通过设置量化像素单元输出时的初始电流，下拉降低非量化像素单元输出时的电流。6.如权利要求1所述的降低图像传感器功耗的方法，其特征在于，比较器电流源中设置堆叠管时，所述堆叠管的栅极电压随尾电流源的栅极电压同方向变化，从而避免堆叠管的栅极电压限制尾电流的变化。7.一种图像传感器，包括单斜率模数转换器，其特征在于，所述单斜率模数转换器包括一比较器单元，所述比较器单元包...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔劲轩，李敏兰，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：