提供高分辨率精细增益的包含具有Δ-Σ调制器的小数分频器的斜坡发生器制造技术

本申请案涉及一种提供高分辨率精细增益的斜坡发生器，其包含具有Δ

【技术实现步骤摘要】
提供高分辨率精细增益的包含具有
Δ
‑
Σ
调制器的小数分频器的斜坡发生器


[0001]本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说(但非排他地)，涉及用于图像传感器中的斜坡发生器。

技术介绍

[0002]图像传感器已变得无处不在且现广泛用于数码相机、手机、摄像头及医学、汽车及其它应用中。随着图像传感器被集成到更广范围的电子装置中，期望通过装置架构设计及图像获取处理两者来以尽可能多的方式(例如分辨率、功耗、动态范围等)增强其功能性、性能度量及类似物。
[0003]典型图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射于图像传感器上而操作。图像传感器包含具有吸收入射图像光的一部分且在吸收图像光之后光生图像电荷的光敏元件(例如光电二极管)的像素单元阵列。由像素单元光生的图像电荷可被测量为列位线上的模拟输出图像信号，其随入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，其被读出为来自列位线的模拟信号且转换成数字值以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

技术实现思路

[0004]一方面，本申请案提供一种提供具有高分辨率精细增益的斜坡信号的斜坡发生器，其包括：电流镜，其具有经耦合以传导电容器电流的第一路径及经耦合以响应于所述电容器电流而传导积分器电流的第二路径；第一开关电容器电路及第二开关电容器电路，其经耦合到所述第一路径；小数分频器电路，其经耦合以接收时钟信号以响应于可调小数分频器比率K而产生在第一与第二状态之间振荡以控制所述第一及第二开关电容器电路的开关电容器控制信号，其中响应于所述开关电容器控制信号的每一第一状态，所述第一开关电容器电路经耦合以由所述电容器电流充电且所述第二开关电容器电路经耦合以放电，其中响应于所述开关电容器控制信号的每一第二状态，所述第一开关电容器电路经耦合以放电且所述第二开关电容器电路经耦合以由所述电容器电流充电；及积分器，其经耦合到所述第二路径以响应于所述积分器电流而产生所述斜坡信号。
[0005]另一方面，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者经耦合以响应于入射光而产生图像信号；控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素单元通过位线读出所述图像数据，其中所述读出电路系统包括：列比较器，其耦合到所述位线以从所述多个像素接收所述图像数据且进一步经耦合以在模/数转换操作期间接收斜坡信号以响应性地提供所述图像数据的数字表示；及斜坡发生器，其经耦合以响应于可调小数分频器比率K而产生具有高分辨率精细增益的所述斜坡信号，所述斜坡发生器包括：电流镜，其具有经耦合以传导电容器电流的第一
路径及经耦合以响应于所述电容器电流而传导积分器电流的第二路径；第一开关电容器电路及第二开关电容器电路，其经耦合到所述第一路径；小数分频器电路，其经耦合以接收时钟信号以响应于所述小数分频器比率K而产生在第一与第二状态之间振荡以控制所述第一及第二开关电容器电路的开关电容器控制信号，其中响应于所述开关电容器控制信号的每一第一状态，所述第一开关电容器电路经耦合以由所述电容器电流充电且所述第二开关电容器电路经耦合以放电，其中响应于所述开关电容器控制信号的每一第二状态，所述第一开关电容器电路经耦合以放电且所述第二开关电容器电路经耦合以由所述电容器电流充电；及积分器，其经耦合到所述第二路径以响应于所述积分器电流而产生所述斜坡信号。
附图说明
[0006]参考附图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中相同元件符号指代所有各种视图中的相同部件，除非另外指定。
[0007]图1说明根据本专利技术的教示的包含具有读出电路系统的图像传感器的成像系统的一个实例，所述读出电路系统包含具有使用具有Δ
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Σ调制器的小数分频器的高分辨率模拟精细增益的斜坡发生器。
[0008]图2是说明根据本专利技术的教示的相对于不具有使用具有Δ
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Σ调制器的小数分频器的高分辨率模拟精细增益的斜坡发生器的实例的测量增益的理想增益的曲线图。
[0009]图3A说明根据本公开的教示的具有使用具有Δ
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Σ调制器的小数分频器的高分辨率模拟精细增益的斜坡发生器的一个实例。
[0010]图3B说明根据本公开的教示的具有由斜坡发生器提供的可调增益设置的输出斜坡信号的一个实例，所述斜坡发生器具有使用具有Δ
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Σ调制器的小数分频器的高分辨率模拟精细增益。
[0011]图4A展示根据本公开的教示的具有Δ
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Σ调制器的小数分频器的一个实例图。
[0012]图4B展示根据本公开的教示的具有Δ
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Σ调制器的小数分频器中的信号的一个实例。
[0013]图5A展示根据本公开的教示的Δ
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Σ调制器的一个实例图。
[0014]图5B展示根据本公开的教示的Δ
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Σ调制器关于用于减少量化噪声的高阶低通滤波的功率谱密度的一个实例图。
[0015]对应参考元件符号指示图式的所有若干视图中的对应组件。所属领域的技术人员应了解，图中的元件是为了简单且清楚而说明且不一定按比例绘制。举例来说，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件放大以帮助促进本专利技术的各种实施例的理解。另外，通常未描绘在商业可行实施例中有用或必要的常见但好理解的元件以促进本专利技术的这些各种实施例的无障碍观看。
具体实施方式
[0016]本文描述涉及包含具有读出电路系统的图像传感器的成像系统的各个实例，读出电路系统包含具有使用具有Δ
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Σ调制器的小数分频器的高分辨率模拟精细增益的斜坡发生器。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供实例的详尽理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，可不运用特定细节中的一或多者或运用其它方法、组件、材料等来实践本文中
描述的技术。在其它例子中，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以免使某些方面模糊。
[0017]本说明书中参考“一个实例”或“一个实施例”意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实例中。因此，出现于本说明书的各个位置的短语“在一个实例中”或“在一个实施例”不一定都指代相同实例。此外，可在一或多个实例中以任何合适方式组合特定特征、结构或特性。
[0018]为了便于描述，例如“底下”、“下方”、“下”、“下面”、“上方”、“上”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“中心”、“中间”及类似物的空间相对术语在本文中可用于描述一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系，如图中说明。应理解，除图中描绘的定向之外，空间相对术语还希望涵盖装置在使用或操作中的不同定向。举例来说，如果图中的装置旋转或翻转，那么描述为在其它元件或特征“下方”或“底下”或“下面”的元件将定向成在其它元件或特征“上方”。因此，示范性术语“下方”及“下面”可涵盖上方及下方定向两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提供具有高分辨率精细增益的斜坡信号的斜坡发生器，其包括：电流镜，其具有经耦合以传导电容器电流的第一路径及经耦合以响应于所述电容器电流而传导积分器电流的第二路径；第一开关电容器电路及第二开关电容器电路，其经耦合到所述第一路径；小数分频器电路，其经耦合以接收时钟信号以响应于可调小数分频器比率K而产生在第一与第二状态之间振荡以控制所述第一及第二开关电容器电路的开关电容器控制信号，其中响应于所述开关电容器控制信号的每一第一状态，所述第一开关电容器电路经耦合以由所述电容器电流充电且所述第二开关电容器电路经耦合以放电，其中响应于所述开关电容器控制信号的每一第二状态，所述第一开关电容器电路经耦合以放电且所述第二开关电容器电路经耦合以由所述电容器电流充电；及积分器，其经耦合到所述第二路径以响应于所述积分器电流而产生所述斜坡信号。2.根据权利要求1所述的斜坡发生器，其中所述第一开关电容器电路包括：第一电容器；第一开关，其耦合于所述第一电容器与所述第一路径之间，其中所述第一开关经配置以响应于所述第一状态而接通及响应于所述第二状态而关断；及第二开关，其跨所述第一电容器耦合，其中所述第二开关经配置以响应于所述第一状态而关断及响应于所述第二状态而接通。3.根据权利要求2所述的斜坡发生器，其中所述第二开关电容器电路包括：第二电容器；第三开关，其耦合于所述第二电容器与所述第一路径之间，其中所述第三开关经配置以响应于所述第一状态而关断及响应于所述第二状态而接通；及第四开关，其跨所述第二电容器耦合，其中所述第四开关经配置以响应于所述第一状态而接通及响应于所述第二状态而关断。4.根据权利要求1所述的斜坡发生器，其中所述电流镜包括：第一晶体管，其耦合于电压供应轨与所述第一路径之间，其中所述第一晶体管的控制端子经耦合到所述第一路径；及第二晶体管，其耦合于所述电压供应轨与所述第二路径之间，其中所述第二晶体管的控制端子经耦合到所述第一晶体管的所述控制端子。5.根据权利要求4所述的斜坡发生器，其进一步包括：第一运算放大器，其具有耦合到参考电容器电压的非反相输入；及第三晶体管，其通过所述第一路径耦合于所述第一晶体管与所述第一开关电容器电路、所述第二开关电容器电路及所述第一运算放大器的反相输入之间，其中所述第三晶体管的控制端子经耦合到所述第一运算放大器的输出，且其中所述第一运算放大器经耦合以响应于所述第一开关电容器电路及所述第二开关电容器电路处的电压达到所述参考电容器电压而关断所述第三晶体管。6.根据权利要求1所述的斜坡发生器，其中所述积分器包括：第二运算放大器，其具有耦合到参考电压的非反相输入；第三电容器，其耦合于所述第二运算放大器的反相输入与所述第二运算放大器的输出之间；及
第三开关，其耦合于所述第二运算放大器的所述反相输入与所述第二运算放大器的所述输出之间，其中所述积分器经耦合以响应于所述第三开关而复位，且其中所述斜坡信号经耦合以在所述第二运算放大器的所述输出处产生。7.根据权利要求1所述的斜坡发生器，其中所述小数分频器电路包括：可编程整数分频器，其经耦合以接收时钟信号及输出整数信号，其中所述可编程整数分频器经耦合以响应于所述输出整数信号而使所述时钟信号除以一因数以产生所述开关电容器控制信号；及Δ
‑
Σ调制器，其经耦合以接收小数模量信号及输入整数信号以产生所述输出整数信号，其中所述输出整数信号是在所述开关电容器控制信号的每一循环不同的信号且具有基本上等于所述小数分频器比率K的长期平均DC值，其中由所述斜坡发生器提供的所述高分辨率精细增益是响应于所述小数分频器比率K。8.根据权利要求7所述的斜坡发生器，其中所述可编程整数分频器包括：可编程计数器，其经耦合以接收所述时钟信号及来自所述Δ
‑
Σ调制器的所述输出整数信号以产生可编程计数器输出信号，其中所述可编程计数器输出信号包含多个脉冲；及脉宽扩展器，其经耦合以接收所述可编程计数器输出信号以产生所述开关电容器控制信号，其中脉宽扩展器经配置以将所述可编程计数器输出信号的所述多个脉冲中的每一者扩展到用于所述开关电容器控制信号的每一第一状态的固定持续时间，且其中所述开关电容器控制信号的每一第二状态具有可变持续时间。9.根据权利要求8所述的斜坡发生器，其中所述开关电容器控制信号的每一第一状态是逻辑高信号值，且其中所述开关电容器控制信号的每一第二状态是逻辑低信号值。10.根据权利要求7所述的斜坡发生器，其中所述Δ
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Σ调制器包括三阶Δ
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Σ调制器。11.根据权利要求10所述的斜坡发生器，其中所述三阶Δ
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Σ调制器包括：第一累加器，其具有经耦合以接收所述小数模量信号的第一输入及经耦合以通过第一z变换功能块接收所述第一累加器的输出的第二输入；第二累加器，其具有经耦合以接收所述第一累加器的所述输出的第一输入及经耦合以通过第二z变换功能块接收所述第二累加器的输出的第二输入；第三累加器，其具有经耦合以接收所述第二累加器的所述输出的第一输入及经耦合以通过第三z变换功能块接收所述第三累加器的输出的第二输入；第一求和块，其经耦合以加上所述第二累加器的进位输出、加上所述第三累加器的进位输出及减去耦合到所述第三累加器的所述进位输出的第四z变换功能块的输出；第二求和块，其经耦合以加上所述第一累加器的进位输出、加上所述第一求和块的输出及减去耦合到所述第一求和块的所述输出的第五z变换功能块的输出；及第三求和块，其经耦合以将所述输入整数信号加到所述第二求和块的输出以产生所述输出整数信号。12.一种成像系统，其包括：像素阵列，其具有布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者经耦合以响应于入射光而产生图像信号；控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素单元通过位线读出所述图像
数据，其中所述读出电路系统包括列比较器，其耦合到所述位线...

【专利技术属性】
技术研发人员：范理杭，左亮，江妮君，瞿旻，刘雪莲，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：