使用输出电压限幅的模数转换电路及其操作方法技术

在一些实施例中，一种电路包括第一放大器、第二放大器和计数器。第一放大器基于第一电源电压进行操作，并且通过在第一操作时段期间比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的复位信号，并且在第二操作时段期间比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的图像信号，来生成第一输出信号。第二放大器基于第一电源电压进行操作，基于第一输出信号生成第二输出信号，并且将第二输出信号的电压电平从低电平调整到第三电平。计数器基于第二电源电压进行操作，对第二输出信号的脉冲进行计数，并且将计数结果作为数字信号输出。计数结果作为数字信号输出。计数结果作为数字信号输出。

【技术实现步骤摘要】
使用输出电压限幅的模数转换电路及其操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年11月15日向韩国知识产权局提交的第10
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2021
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0156707号韩国专利申请和于2022年5月16日向韩国知识产权局提交的第10
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2022
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0059766号韩国专利申请的优先权，它们的公开内容通过引用整体结合于此。


[0003]本公开涉及一种模数转换器，更具体地，涉及一种使用输出电压限幅的模数转换电路及其操作方法。

技术介绍

[0004]图像传感器可以包括电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(complementary metal
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oxide semiconductor，CMOS)图像传感器(CIS)等。CMOS图像传感器可以包括由CMOS晶体管组成的像素，并且可以通过使用每个像素中包括的光电转换元件(或器件)将光能转换成电信号。CMOS图像传感器可以通过使用由每个像素生成的电信号来获得关于捕获/拍摄的图像的信息。
[0005]模数转换器(analog
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to
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digital converter，ADC)可以接收模拟输入电压，并且可以将接收到的模拟输入电压转换成数字信号。转换后的数字信号可以提供给其他设备。ADC可以用于各种信号处理设备中。随着信号处理设备的性能的提高，可能需要提高模拟信号的分辨率。因此，可以使用能够在相同时间内处理许多信号或者为每个信号提供改进的分辨率的ADC。然而，这种ADC可能导致功耗增加。

技术实现思路

[0006]本公开的实施例提供了一种能够通过使用输出电压限幅来降低功耗的模数转换电路及其操作方法。
[0007]根据本公开的一个方面，提供了一种电路。该电路包括第一放大器、第二放大器和计数器。第一放大器被配置为基于第一电源电压进行操作，并且通过在第一操作时段期间比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的复位信号，以及在第二操作时段期间比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的图像信号，来生成第一输出信号。第二放大器被配置为基于第一电源电压进行操作，并且基于第一输出信号生成第二输出信号。计数器被配置为基于第二电源电压进行操作，对第二输出信号的脉冲进行计数，并且将计数结果作为数字信号输出。第一电源电压的第一电平大于第二电源电压的第二电平。
[0008]第二放大器还被配置为将第二输出信号的电压电平从低电平调整到第三电平。
[0009]第三电平小于或等于第二电源电压的第二电平。
[0010]在一些实施例中，第二放大器可以包括第一晶体管，该第一晶体管被配置为响应于第一输出信号，向输出第二输出信号的第一输出节点提供第一电源电压。在这样的实施例中，第二放大器还可以包括限幅电路，耦接在电源电压端子和第一晶体管之间，并且被配
置为通过引起电源电压端子和第一晶体管之间的电压降来调整第二输出信号的电压电平。在这样的实施例中，第二放大器还可以包括电流源，该电流源通过第一输出节点与第一晶体管耦接，并且被配置为生成电源电流。
[0011]在一些实施例中，限幅电路还可以包括第二晶体管和第三晶体管。第二晶体管的漏极端子可以耦接到第二晶体管的栅极端子。第三晶体管的漏极端子耦接到第三晶体管的栅极端子。
[0012]在一些实施例中，限幅电路还可以包括耦接在第二晶体管的漏极端子和第三晶体管的源极端子之间的开关。
[0013]在一些实施例中，限幅电路还可以包括耦接在第三晶体管的漏极端子和源极端子之间的开关。
[0014]在一些实施例中，限幅电路还可以包括与第三晶体管的栅极端子耦接的开关。第三晶体管可以响应于施加到第三晶体管的栅极端子的使能信号来操作。
[0015]在一些实施例中，限幅电路还可以包括与第二晶体管的栅极端子耦接的第一开关，以及与第三晶体管的栅极端子耦接的第二开关。第二晶体管可以响应于施加到第二晶体管的栅极端子的第一使能信号来操作。第三晶体管可以响应于施加到第三晶体管的栅极端子的第二使能信号来操作。
[0016]在一些实施例中，限幅电路还可以包括耦接在电源电压端子和第一晶体管之间的电阻器。
[0017]在一些实施例中，第二放大器还可以包括控制电路，该控制电路被配置为响应于控制信号输出控制电流。在这样的实施例中，控制电路可以包括被配置为响应于控制信号基于第一电源电压生成控制电流的第二晶体管，以及被配置为响应于偏置信号向第一输出节点提供控制电流的第三晶体管。
[0018]在一些实施例中，控制电路还可以被配置为在第一操作时段或第二操作时段期间，当斜坡信号开始斜坡下降时，通过第一输出节点向电流源输出控制电流。
[0019]根据本公开的一个方面，提供了一种电路。该电路包括第一放大器、第二放大器和计数器。第一放大器被配置为基于第一电源电压进行操作，并且通过在第一自动调零时段中响应于第一自动调零信号来均衡输入节点和输出节点的电压电平，在第一操作时段中比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的复位信号，并且在第二操作时段中比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的图像信号，来生成第一输出信号。第二放大器被配置为基于第一电源电压进行操作，在第二自动调零时段中响应于第二自动调零信号对电容器充电，并且基于第一输出信号生成第二输出信号。计数器被配置为基于第二电源电压进行操作，对第二输出信号的脉冲进行计数，并且将计数结果作为数字信号输出。第一电源电压的第一电平大于第二电源电压的第二电平。第二放大器还被配置为将第二输出信号的电压电平从低电平调整到第三电平。第三电平小于或等于第二电源电压的第二电平。在第一操作时段和第二操作时段中的至少一个期间，第二输出信号控制第二放大器的电源电流。从第二自动调零时段结束的第一时间到第一操作时段开始的第二时间，停止第二放大器的操作。
[0020]在一些实施例中，第二放大器还包括第一晶体管、限幅电路、第二晶体管、第三晶体管、电流源、反馈电路和第四晶体管。第一晶体管被配置为响应于第一输出信号，向输出
第二输出信号的第一输出节点提供第一电源电压。限幅电路耦接在电源电压端子和第一晶体管之间，并且被配置为通过引起电源电压端子和第一晶体管之间的电压降来调整第二输出信号的电压电平。第二晶体管通过偏置节点与电容器耦接，并且被配置为响应于第二自动调零信号而导通。第三晶体管被配置为响应于断电信号而截止，使得第二放大器的操作停止。电流源通过第一输出节点与第一晶体管耦接，通过偏置节点与电容器和第二晶体管耦接，并且被配置为基于由电容器维持的偏置节点的电压电平来生成电源电流。反馈电路与限幅电路耦接，并且被配置为接收基于第二输出信号的信号，并且输出用于控制电源电流的反馈信号。第四晶体管通过第二输出节点与电流源耦接，并且被配置为响应于反馈信号连接第一输出节点和第二输出节点。
[0021]在一些实施例中，限幅电路包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，包括：第一放大器，被配置为基于第一电源电压进行操作，并且通过在第一操作时段期间比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的复位信号，以及在第二操作时段期间比较所述斜坡信号和从所述像素阵列输出的所述像素信号的图像信号，来生成第一输出信号；第二放大器，被配置为基于所述第一电源电压进行操作，并且基于所述第一输出信号生成第二输出信号；和计数器，被配置为基于第二电源电压进行操作，对所述第二输出信号的脉冲进行计数，并且将计数结果作为数字信号输出，其中，所述第一电源电压的第一电平大于所述第二电源电压的第二电平，并且其中，所述第二放大器还被配置为将所述第二输出信号的电压电平从低电平调整到第三电平，其中，所述第三电平小于或等于所述第二电源电压的所述第二电平。2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第二放大器包括：第一晶体管，被配置为响应于所述第一输出信号，向输出所述第二输出信号的第一输出节点提供所述第一电源电压；限幅电路，耦接在电源电压端子和所述第一晶体管之间，并且被配置为通过引起所述电源电压端子和所述第一晶体管之间的电压降来调整所述第二输出信号的电压电平；和电流源，通过所述第一输出节点与所述第一晶体管耦接，并且被配置为生成电源电流。3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述限幅电路包括第二晶体管和第三晶体管，其中，所述第二晶体管的漏极端子耦接到所述第二晶体管的栅极端子，并且其中，所述第三晶体管的漏极端子耦接到所述第三晶体管的栅极端子。4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述限幅电路还包括：耦接在所述第二晶体管的漏极端子和所述第三晶体管的源极端子之间的开关。5.根据权利要求3所述的电路，其中，所述限幅电路还包括：耦接在所述第三晶体管的漏极端子和源极端子之间的开关。6.根据权利要求3所述的电路，其中，所述限幅电路还包括：与所述第三晶体管的栅极端子耦接的开关，其中，所述第三晶体管响应于施加到所述第三晶体管的栅极端子的使能信号来操作。7.根据权利要求3所述的电路，其中，所述限幅电路还包括：与所述第二晶体管的栅极端子耦接的第一开关；和与所述第三晶体管的栅极端子耦接的第二开关，其中，所述第二晶体管响应于施加到所述第二晶体管的栅极端子的第一使能信号来操作，并且其中，所述第三晶体管响应于施加到所述第三晶体管的栅极端子的第二使能信号来操作。8.根据权利要求2所述的电路，其中，所述限幅电路包括耦接在所述电源电压端子和所述第一晶体管之间的电阻器。9.根据权利要求2所述的电路，其中，所述第二放大器还包括：控制电路，被配置为响应于控制信号输出控制电流，其中，所述控制电路包括：
第二晶体管，被配置为响应于所述控制信号，基于所述第一电源电压生成所述控制电流；和第三晶体管，被配置为响应于偏置信号向所述第一输出节点提供所述控制电流。10.根据权利要求9所述的电路，其中，所述控制电路还被配置为，在所述第一操作时段或所述第二操作时段期间，当所述斜坡信号开始斜坡下降时，通过所述第一输出节点向所述电流源输出所述控制电流。11.一种电路，包括：第一放大器，被配置为基于第一电源电压进行操作，并且通过在第一自动调零时段中响应于第一自动调零信号来均衡输入节点和输出节点的电压电平，在第一操作时段中比较斜坡信号和从像素阵列输出的像素信号的复位信号，并且在第二操作时段中比较所述斜坡信号和从所述像素阵列输出的所述像素信号的图像信号，来生成第一输出信号；第二放大器，被配置为基于所述第一电源电压进行操作，在第二自动调零时段中响应于第二自动调零信号对电容器充电，并且基于所述第一输出信...

【专利技术属性】
技术研发人员：田在熏，尹范洙，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：