用于优化双转换增益操作的模数转换电路及其操作方法技术

公开了一种电路，包括：第一放大器，通过比较与第一转换增益相对应的第一像素信号和第一斜坡信号来生成第一输出信号，并通过比较与第二转换增益相对应的第二像素信号和第二斜坡信号来生成第二输出信号，以及第二放大器，其基于第一输出信号生成第三输出信号并基于第二输出信号生成第四输出信号，第一转换增益高于第二转换增益，并且第一放大器在比较第一像素信号和第一斜坡信号时的第一功率电流不同于第一放大器在比较第二像素信号和第二斜坡信号时的第二功率电流。坡信号时的第二功率电流。坡信号时的第二功率电流。

【技术实现步骤摘要】
用于优化双转换增益操作的模数转换电路及其操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]该美国非临时专利申请要求2021年11月25日在韩国知识产权局提交的第10
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2021
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0164970号韩国专利申请和2022年5月16日在韩国知识产权局提交的第10
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2022
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0059736号韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。


[0003]本公开的实施例涉及模数转换器，并且更具体地，涉及用于优化双转换增益操作的模数转换电路及其操作方法。

技术介绍

[0004]图像传感器的类型包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)等。CMOS图像传感器使用CMOS晶体管来生成像素值，以通过利用为每个像素包括的光电转换元件(或器件)将光能转换成电信号来生成电信号。CMOS图像传感器通过使用为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(ADC)接收为像素生成的模拟输入电压，并将接收的模拟输入电压转换成数字信号。经转换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提高，现在需要提高的模拟信号的分辨率。因此，使用了能够同时或在相同时段内处理许多信号或为每个信号提供改进的分辨率的ADC。然而，ADC会导致功耗增加。

技术实现思路

[0006]本公开的实施例提供了一种用于优化双转换增益操作的电流消耗和执行双转换增益操作所花费的时间的模数转换电路、其操作方法以及包括其的图像传感器。
[0007]根据一些实施例，一种电路包括：第一放大器，其被配置为通过比较对应于第一转换增益的第一像素信号和第一斜坡信号来生成第一输出信号，以及通过比较对应于第二转换增益的第二像素信号和第二斜坡信号来生成第二输出信号；以及第二放大器，被配置为基于第一输出信号生成第三输出信号，并基于第二输出信号生成第四输出信号；以及计数器，被配置为对第三输出信号和第四输出信号的脉冲进行计数，并将计数结果作为数字信号输出。第一转换增益高于第二转换增益。第一放大器在比较第一像素信号和第一斜坡信号时的第一功率电流不同于第一放大器在比较第二像素信号和第二斜坡信号时的第二功率电流。
[0008]根据一些实施例，一种图像传感器包括：像素阵列，被配置为从共享浮动扩散区的像素输出对应于第一转换增益的第一像素信号和对应于第二转换增益的第二像素信号；斜坡信号生成器，被配置为生成第一斜坡信号和第二斜坡信号；以及模数转换电路，被配置为基于第一像素信号和第二像素信号输出数字信号。模数转换电路包括放大器，该放大器被配置为通过比较第一像素信号和第一斜坡信号来生成第一输出信号，并且通过比较第二像
素信号和第二斜坡信号来生成第二输出信号。第一转换增益高于第二转换增益。放大器在比较第一像素信号和第一斜坡信号时的第一功率电流不同于放大器在比较第二像素信号和第二斜坡信号时的第二功率电流。
[0009]根据一些实施例，模数转换电路包括放大器。模数转换电路的操作方法包括：在放大器处，通过基于第一功率电流比较对应于第一转换增益的第一像素信号和第一斜坡信号来生成第一输出信号；在放大器处，通过基于第二功率电流比较对应于第二转换增益的第二像素信号和第二斜坡信号来生成第二输出信号；以及调节放大器的功率电流，并且第一转换增益高于第二转换增益。
[0010]根据一些实施例，一种电路包括：第一晶体管，被配置为接收对应于第一转换增益的第一像素信号和对应于第二转换增益的第二像素信号；第二晶体管，被配置为接收第一斜坡信号和第二斜坡信号；第一电流源，在公共节点处与第一晶体管的第一源极端子和第二晶体管的第二源极端子连接，并被配置为输出第一子功率电流；开关，在公共节点处与第一源极端子和第二源极端子连接；以及第二电流源，与开关连接，并被配置为输出第二子功率电流。第一转换增益高于第二转换增益。所述电路在比较第一像素信号和第一斜坡信号时的第一功率电流不同于所述电路在比较第二像素信号和第二斜坡信号时的第二功率电流。当比较第一像素信号和第一斜坡信号时，开关导通，并且第一功率电流等于第一子功率电流和第二子功率电流之和。当比较第二像素信号和第二斜坡信号时，开关关断，并且第二功率电流等于第一子功率电流。第一输出信号是通过比较第一像素信号和第一斜坡信号生成的，并且第二输出信号是通过比较第二像素信号和第二斜坡信号生成的。
附图说明
[0011]通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开的上述和其他目的和特征将变得显而易见。
[0012]图1示出了根据本公开实施例的图像处理块的配置的示例。
[0013]图2示出了图1的图像处理块的图像传感器的配置的示例。
[0014]图3是示出图2的图像传感器的像素阵列的像素组当中的一个像素组的示例的电路图。
[0015]图4A是示出在其中图3的像素组的双转换晶体管被关断的高转换增益条件下的浮动扩散区的电路图。
[0016]图4B是示出在其中图3的像素组的双转换晶体管被导通的低转换增益条件下的浮动扩散区的电路图。
[0017]图5示出了图2的图像传感器的模数转换电路的配置的示例。
[0018]图6是示出图5的模数转换电路的第一放大器的示例的电路图。
[0019]图7A是示出其中图5的模数转换电路的ADC电路取决于复位
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信号
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信号
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复位(reset
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sig
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sig
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rese，RSSR)方法处理像素信号的过程的时序图。
[0020]图7B是示出其中图5的模数转换电路的ADC电路取决于复位
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复位
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信号
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信号(reset
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reset
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sig
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sig，RRSS)方法处理像素信号的过程的时序图。
[0021]图8A示出了其中在图7A的时序图中调节斜坡信号RAMP的偏移的示例。
[0022]图8B示出了其中在图7B的时序图中调节斜坡信号RAMP的偏移的示例。
[0023]图8C示出了其中在图7B的时序图中调节斜坡信号RAMP的偏移的另一个示例。
[0024]图9是示出根据本公开实施例的用于优化双转换增益操作的模数转换(ADC)电路的操作方法的流程图。
具体实施方式
[0025]下面，将详细和清楚地描述本公开的实施例，达到本领域技术人员容易实施本公开的教导的程度。
[0026]在详细描述中，参考术语“单元”、“模块”、“块”、“～器”或“～机”等描述的组件和附图中示出的功能块将用软件、硬件或其组合来实现。例如，软件可以是机器代码、固件、嵌入式代码和应用软件。例如，硬件可以包括电路、电子电路、处理器、计算机、集成电路、集成电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，包括：第一放大器，被配置为通过比较与第一转换增益相对应的第一像素信号和第一斜坡信号来生成第一输出信号，以及通过比较与第二转换增益相对应的第二像素信号和第二斜坡信号来生成第二输出信号；第二放大器，被配置为基于第一输出信号生成第三输出信号，以及基于第二输出信号生成第四输出信号；以及计数器，被配置为对第三输出信号和第四输出信号的脉冲进行计数，并将计数结果作为数字信号输出，其中，第一转换增益高于第二转换增益，并且其中，第一放大器在比较第一像素信号和第一斜坡信号时的第一功率电流不同于第一放大器在比较第二像素信号和第二斜坡信号时的第二功率电流。2.根据权利要求1所述的电路，其中，第一放大器包括：第一电流源，被配置为输出第一子功率电流；第二电流源，被配置为输出第二子功率电流；以及与第二电流源连接的开关，其中，当比较第一像素信号和第一斜坡信号时，所述开关导通，并且第一功率电流等于第一子功率电流和第二子功率电流之和，并且其中，当比较第二像素信号和第二斜坡信号时，所述开关关断，并且第二功率电流等于第一子功率电流。3.根据权利要求2所述的电路，其中，第一子功率电流和第二子功率电流的幅度是基于散粒噪声的幅度来确定的。4.根据权利要求1所述的电路，其中，第一放大器被配置为：在第一操作时段中比较第一像素信号的复位信号和第一斜坡信号；在第二操作时段中比较第一像素信号的图像信号和第一斜坡信号；在第三操作时段中比较第二像素信号的图像信号和第二斜坡信号；和在第四操作时段中比较第二像素信号的复位信号和第二斜坡信号。5.根据权利要求1所述的电路，其中，第一放大器被配置为：在第一操作时段中比较第二像素信号的复位信号和第二斜坡信号；在第二操作时段中比较第一像素信号的复位信号和第一斜坡信号；在第三操作时段中比较第一像素信号的图像信号和第一斜坡信号；和在第四操作时段中比较第二像素信号的图像信号和第二斜坡信号。6.一种图像传感器，包括：像素阵列，被配置为从共享浮动扩散区的像素输出与第一转换增益相对应的第一像素信号和与第二转换增益相对应的第二像素信号；斜坡信号生成器，被配置为生成第一斜坡信号和第二斜坡信号；以及模数转换电路，被配置为基于第一像素信号和第二像素信号输出数字信号，其中，所述模数转换电路包括：放大器，被配置为通过比较第一像素信号和第一斜坡信号来生成第一输出信号，以及通过比较第二像素信号和第二斜坡信号来生成第二输出信号，
其中，第一转换增益高于第二转换增益，并且其中，所述放大器在比较第一像素信号和第一斜坡信号时的第一功率电流不同于所述放大器在比较第二像素信号和第二斜坡信号时的第二功率电流。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，第一像素信号对应于存储在具有第一电容值的浮动扩散区中的电荷，并且其中，第二像素信号对应于存储在具有第二电容值的浮动扩散区中的电荷。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述像素阵列包括与所述浮动扩散区连接的电容器，用于获得第二电容值。9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述放大器包括：第一电流源，被配置为输出第一子功率电流；第二电流源，被配置为输出第二子功率电流；以及与第二电流源连接的开关，其中，当比较第一像素信号和第一斜坡信号时...

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