图像传感器及模数转换器电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种图像传感器及模数转换器电路，该图像传感器可包括使用模数转换器(ADC)读出的图像传感器像素阵列。ADC可以是散粒噪声匹配的，以减少所需的决策周期数。可使用仅跨越满量程电压范围的一小部分的具有有限分辨率的斜坡。对于小的模拟输入电压，该有限斜坡范围是足够的。对于大的模拟输入电压，由于光信号中的散粒噪声增加，需要较低的分辨率。较大输入电压可连续除以所选衰减因子，直到模拟输入信号在减小斜坡的范围内。ADC跟踪正被执行的除法的数量以确定浮点输出值的指数值，然后用较小斜坡转换残余信号以确定浮点输出值的尾数值。浮点输出值的尾数值。浮点输出值的尾数值。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及模数转换器电路


[0001]本技术总体涉及图像传感器及模数转换器电路，并且更具体地涉及具有数据转换器的图像传感器。

技术介绍

[0002]图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。阵列中的每个图像像素包括经由转移栅极耦接到浮动扩散区域的光电二极管。行控制电路耦接到每个像素行以用于复位、启动电荷转移，或选择性地激活特定像素行以进行读出。将列电路耦接到每个像素列以用于读出来自图像像素的像素信号。
[0003]列电路通常包括用于将模拟读出信号转换成其数字等效形式的模数转换器(ADC)。常规斜坡ADC花费相对长的时间进行转换。例如，12位单斜率斜坡ADC将需要4096个斜坡步长。在需要增加数量的信号转换的高动态范围(HDR)成像系统中，这种限制进一步加剧。因此，使用传统斜坡ADC实现的高分辨率HDR成像系统将太慢或将消耗太多功率。
[0004]本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。

技术实现思路

[0005]本技术旨在提供更快且功率效率更高的具有散粒噪声匹配和浮点斜坡的数模转换器电路及包括该数模转换器电路的图像传感器。
[0006]根据第一方面，提供一种图像传感器，包括：图像像素；像素输出线，所述像素输出线耦接到所述图像像素，其中所述图像像素被配置为将信号输出到所述像素输出线上；和模数转换器电路，所述模数转换器电路被配置为经由所述像素输出线从所述图像像素接收所述信号，对所述信号实施除法，并且使用具有斜坡分辨率的电压斜坡来确定被实施除法后的信号的电压，所述斜坡分辨率小于所述模数转换器电路的总分辨率。
[0007]根据第二方面，提供一种模数转换器电路，具有总分辨率，所述模数转换器电路包括：比较器；多个电容器，所述多个电容器耦接到所述比较器；第一组开关，所述第一组开关耦接到所述多个电容器；和第二组开关，所述第二组开关耦接到所述多个电容器，其中所述比较器具有被配置为接收模拟斜坡的输入，所述模拟斜坡具有小于所述模数转换器电路的所述总分辨率的分辨率。
[0008]本技术提供的数模转换器电路及包括该数模转换器电路的图像传感器，具有更快的速度且功率效率更高。
附图说明
[0009]图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。
[0010]图2是根据一个实施方案的用于从图像传感器读出图像信号的示例性像素阵列以及相关联的行和列控制电路的示意图。
[0011]图3是根据一个实施方案的用于计算模数转换器(ADC)浮点输出的示例性步骤的流程图。
[0012]图4A是示出根据一个实施方案的仅覆盖满量程范围的下部的减小斜坡的示意图。
[0013]图4B是示出根据一个实施方案的减小斜坡可如何超过范围以考虑比较器偏移的示意图。
[0014]图4C是示出根据一个实施方案的可如何通过使用不同的除法因子来提供附加裕度的示意图。
[0015]图5是根据一个实施方案的被配置为从图像传感器像素接收信号的示例性模数转换器(ADC)电路的电路图。
[0016]图6是示出根据一个实施方案的可如何使用图5所示的ADC电路来执行数字相关双采样(DCDS)以及计算浮点指数和尾数值的时序图。
[0017]图7是根据一个实施方案的用于操作图5所示的ADC电路的示例性步骤的流程图。
[0018]图8A是示出根据一个实施方案的当图像像素以高转换增益模式配置时以图3
‑
图7中所示的方式操作的ADC电路如何表现出散粒噪声匹配属性的曲线图。
[0019]图8B是示出根据一个实施方案的当图像像素以低转换增益模式配置时以图5
‑
图6中所示的方式操作的ADC电路如何表现出散粒噪声匹配属性的曲线图。
具体实施方式
[0020]本技术的实施方案涉及图像传感器。本领域的技术人员应当理解，本技术的示例性实施方案可在不具有一些或所有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本技术的实施方案，未详细描述众所周知的操作。
[0021]电子设备诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数百或数千或数百万的像素(例如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如用于操作像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件生成的电荷相对应。
[0022]图1是示例性成像和响应系统的示意图，该系统包括使用图像传感器捕获图像的成像系统。图1的系统100可以是电子设备，诸如相机、移动电话、摄像机、或捕获数字图像数据的其他电子设备，可以是车辆安全系统(例如，主动制动系统或其他车辆安全系统)，或者可以是监视系统。
[0023]如图1所示，系统100可包括成像系统(诸如成像系统10)和主机子系统(诸如主机子系统20)。成像系统10可包括相机模块12。相机模块12可包括一个或多个图像传感器14以及一个或多个透镜。
[0024]相机模块12中的每个图像传感器可相同，或者，在给定图像传感器阵列集成电路中可以有不同类型的图像传感器。在图像捕获操作期间，每个透镜可将光聚焦到相关联的图像传感器14上。图像传感器14可包括将光转换成数字数据的光敏元件(即，图像传感器像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器14还可包括偏置电路(例
如，源极跟随器负载电路)、采样和保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模数转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、寻址电路等。
[0025]可以将来自相机传感器14的静态图像数据和视频图像数据经由路径28提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组格式或简称JPEG格式)。在典型布置(有时被称为片上系统(SoC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用半导体衬底(例如，共用硅图像传感器集成电路管芯)上实现。如果需要，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在单独半导体衬底上。例如，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在已堆叠的单独衬底上。
[0026]成像系统10(例如，图像处理和数据格式化电路16)可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20。主机子系统20可包括处理软件，该处理软件用于检测图像中的物体、检测物体在图像帧之间的运动、确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模数转换器电路，具有总分辨率，其特征在于，所述模数转换器电路包括：比较器；多个电容器，所述多个电容器耦接到所述比较器；第一组开关，所述第一组开关耦接到所述多个电容器；和第二组开关，所述第二组开关耦接到所述多个电容器，其中所述比较器具有被配置为接收电压斜坡的输入，所述电压斜坡具有小于所述模数转换器电路的所述总分辨率的分辨率。2.根据权利要求1所述的模数转换器电路，其中，所述模数转换器电路被进一步配置为接收像素信号，并且其中所述第一组开关和所述第二组开关以交替方式被切换以逐渐衰减所接收的像素信号。3.根据权利要求1所述的模数转换器电路，其中，所述模数转换器电路的逐渐衰减的方案是无源电容电荷共享划...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：