一种用于高速电荷耦合CMOSTDI成像的方法和装置制造方法及图纸

一种基于多个TDI级的并行读出操作提供高速电荷耦合CMOS TDI成像的方法和装置(例如，电路)。多个(N个)输出寄存器被复位并全局并行预充电，准备接受从相同数量(N个)TDI像素寄存器传递的电荷。在相应输出寄存器处的每个信号电荷被并行转换为信号电压。然后，N个ADC中的每一个将模拟信号电压中的每一个并行转换为数字值。在处理接下来的N个TDI寄存器时，也并行执行AD转换。N个输出寄存器被链接以接收从寄存器的开始到结束的电荷。由S/H电容器阵列电路使用CDS电压以乒乓方式来执行转换相应信号电压。号电压。号电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于高速电荷耦合CMOS TDI成像的方法和装置


[0001]本公开涉及用于并行读出操作的互补金属氧化物半导体(CMOS)时间延迟积分(TDI)高保真成像方法及其装置。

技术介绍

[0002]在传统的CMOS TDI成像器中，以如下顺序执行读出操作：1.浮动扩散(FD)通过复位栅极(RST)被复位到复位漏极电压(VDD)。将此时存储在浮动扩散处的复位信号经由源极跟随器(SF)采样到采样保持(S/H)电容器。这个操作大约需要500ns。2.最后TDI级的信号电荷被传递到FD。这个操作大约需要800ns。3.在FD处将信号电荷转换为信号电压，并且将信号电压经由SF采样到S/H电容器，用于相关双采样(CDS)操作。这个操作大约需要500ns。4.然后，由模数转换器(ADC)将模拟信号电压转换为数字值。这个操作大约需要1.2μs。因此，完成一行处理所需的总时间约为3μs。这种顺序读出操作限制传感器速度，即TDI扫描速率，当前约为300kHz。
[0003]Texas Instruments的US 4,309,624A涉及“用于电荷耦合设备中噪声最小化的浮栅放大器操作方法”。描述了一种操作具有非破坏性读出浮栅放大器的电荷耦合设备(CCD)以最小化浮栅上的噪声的方法。

技术实现思路

[0004]根据一个实施例，提供了一种用于高速、基于多个TDI级的并行读出操作的方法和装置(例如，电路)。多个(N个)输出寄存器被复位并全局并行预充电，并准备接受从相同数量(N个)个TDI像素寄存器传递的电荷。每个输出寄存器处的每个信号电荷被并行转换为信号电压。然后，(N个)ADC中的每一个将模拟信号电压中的每一个并行转换为数字值。N个输出寄存器被链接以接收从寄存器的开始到结束的电荷。在处理接下来的(N个)TDI寄存器时，也并行执行AD转换。由S/H电容器阵列电路使用相应CDS电压以乒乓方式来执行转换相应信号电压。
[0005]根据一个实施例，提供了一种方法，包括：执行多个TDI像素寄存器的读出，以将相应信号电荷接收到多个输出寄存器；通过以下方式执行多个输出寄存器的并行转换：将相应信号电荷并行转换为相应信号电压；以及将相应信号电压并行转换为相应数字值。
[0006]在一个实施例中，该方法包括并行地复位多个输出寄存器以接收相应信号电荷。并行地复位多个输出寄存器可以包括通过并行的复位栅极将输出寄存器清空至复位漏极电压。
[0007]在一个实施例中，输出寄存器从开始到结束一个接一个地链接，并且其中，执行读出包括传递要在开始处接收的相应信号电荷，以便在多个输出寄存器内进一步传递(例如，沿着末端以填充寄存器)。
[0008]在一个实施例中，执行读出包括在包括相应输出寄存器的相应浮栅下面的相应势阱处接收相应信号电荷。在一个实施例中，势阱的沟道电势经由预充电栅极由参考电压设
置。在一个实施例中，每个相应浮栅耦合到相应SF，以提供相应信号电压，以用于转换为相应数字值。
[0009]在一个实施例中，转换相应信号电压包括以乒乓方式对S/H电容器阵列电路的以下操作：并行地采样到相应S/H电容器阵列的相应第一参考电容器的当前时间的相应参考电压；并行地采样到相应信号电容器的相应较早时间信号电压；以及将来自在相应第二参考电容器处采样的相应较早时间参考电压和在信号电容器处采样的相应较早时间信号电压的相应CDS电压并行地提供给相应ADC，以产生相应较早时间数字值。在一个实施例中，该方法进一步包括：进一步并行地，将下一时间相应参考电压接收到相应第二参考电容器且将当前信号电压接收到相应信号电容器；以及将来自在相应第一参考电容器处采样的相应当前参考电压和在信号电容器处采样的相应当前信号电压的相应CDS电压并行地提供给相应ADC，以产生相应当前数字值。
[0010]在一个实施例中，将相应信号电压并行转换为相应数字值是在当前时间执行的，并且进一步并行地执行对多个输出寄存器的下一个时间多个相应信号电荷的读出。
[0011]在一个实施例中，执行多个TDI寄存器的读出以接收相应信号电荷是在当前时间执行的，并且进一步与将相应较早时间信号电压转换为相应较早时间数字值并行地执行。
[0012]在一个实施例中，高速CMOS TDI图像传感器包括以矩阵形式布置的多个CCD像素(例如，具有多行和多列的像素阵列)，其包括TDI像素寄存器和耦合到其的输出寄存器。该矩阵的列切片包括来自列的多个TDI像素寄存器和来自该列的多个输出寄存器。在一个实施例中，列切片进一步包括耦合到多个输出寄存器的S/H电容器阵列电路和耦合到S/H电容器阵列电路用于并行操作的列
‑
并行ADC。
[0013]在一个实施例中，像素阵列可以包括位于TDI像素寄存器两端的多个输出寄存器，用于双向扫描操作。在相应端的相应输出寄存器(例如，顶部(第一)输出寄存器和底部(第二)输出寄存器)可以连接到在像素阵列的两端的相应S/H电容器阵列和列
‑
并行ADC，或者在相应端的相应输出寄存器可以复用到位于像素阵列的一端(例如，底部)的S/H阵列和列
‑
并行ADC。在一个实施例中，分别响应于TDI扫描的反向和正向，使用顶部输出寄存器和底部输出寄存器中的一个作为多个输出寄存器来执行该方法。
[0014]提供了一种装置，包括：多个输出寄存器，其被耦合以接收从多个TDI寄存器读出的相应信号电荷；其中，多个输出寄存器中的每一个配置有提供并行复位功能、并行电荷感测功能和电荷传递功能的电路；以及多个输出寄存器中的每一个耦合到列
‑
并行ADC，以产生用于每个相应信号电荷的相应数字值。
[0015]在一个实施例中，输出寄存器中的每一个经由相应的S/H电容器耦合到ADC，以用于CDS操作。
[0016]在一个实施例中，用于多个输出寄存器中的每一个的并行电荷感测功能将存储到一组势阱的相应信号电荷转换为用于并行ADC的相应信号电压。
[0017]在一个实施例中，该装置被配置为在下一时间将相应信号电荷读出到输出寄存器，同时并行ADC转换来自当前时间的相应信号电荷。
[0018]在一个实施例中，输出寄存器中的每一个经由相应的S/H电容器阵列耦合到并行ADC，阵列中的每一个包括信号电容器和用于乒乓式S/H操作的两个参考电容器。
[0019]在一个实施例中，相应S/H电容器阵列共同操作以：并行地采样到相应S/H电容器
阵列的相应第一参考电容器的当前时间的相应参考电压；并行地采样到相应信号电容器的相应较早时间信号电压；以及将来自在相应第二参考电容器处采样的相应较早时间参考电压和在信号电容器处采样的相应较早时间信号电压的相应CDS电压并行地提供给相应ADC，以产生相应较早时间数字值。在一个实施例中，相应S/H电容器阵列进一步共同操作以：进一步并行地，将下一时间相应参考电压接收到相应第二参考电容器且将当前信号电压接收到相应信号电容器；以及将来自在相应第一参考电容器处采样的相应当前参考电压和在信号电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：执行多个时间延迟积分(TDI)像素寄存器的读出，以将相应信号电荷接收到多个输出寄存器；通过以下方式执行所述多个输出寄存器的并行转换：将所述相应信号电荷并行转换为相应信号电压；以及将所述相应信号电压并行转换为相应数字值。2.根据权利要求1所述的方法，包括并行地复位所述多个输出寄存器以接收所述相应信号电荷。3.根据权利要求2所述的方法，其中，并行地复位所述多个输出寄存器包括通过并行地复位栅极将所述多个输出寄存器清空至复位漏极电压。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述多个输出寄存器的各个输出寄存器从开始到结束一个接一个地链接，并且其中，执行读出包括传递要在开始处接收的所述相应信号电荷，以便在所述多个输出寄存器内进一步传递。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，执行读出包括：在包括所述相应输出寄存器的相应浮栅下面的相应势阱处接收所述相应信号电荷。6.根据权利要求5所述的方法，其中，每个所述相应浮栅耦合到相应源极跟随器(SF)，以提供所述相应信号电压以用于转换为所述相应数字值。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，转换所述相应信号电压包括：以乒乓方式对采样和保持(S/H)电容器阵列电路进行以下操作：并行地采样到所述相应S/H电容器阵列的相应第一参考电容器的当前时间的相应参考电压；并行地采样到相应信号电容器的相应较早时间信号电压；以及将在相应第二参考电容器处采样的相应较早时间参考电压和在所述信号电容器处采样的所述相应较早时间信号电压的相应相关双采样(CDS)电压并行地提供给相应列
‑
并行模数转换器(ADC)，以产生相应较早时间数字值。8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：进一步并行地，将下一时间相应参考电压接收到所述相应第二参考电容器且将当前信号电压接收到所述相应信号电容器；以及将在所述相应第一参考电容器处采样的相应当前参考电压和在所述信号电容器处采样的相应当前信号电压的相应CDS电压并行地提供给所述相应列
‑
并行ADC，以产生相应当前数字值。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，将所述相应信号电压并行转换为相应数字值是在当前时间执行的，并且进一步与将下一时间的多个相应信号电荷读出到所述多个输出寄存器并行地执行。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，执行所述多个TDI寄存器的读出以接收相应信号电荷是在当前时间执行的，并且进一步与将相应较早时间信号电压转换为相应较早时间数字值并行地执行。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述方法由高速CMOS TDI图像传感器执行，所述高速CMOS TDI图像传感器包括以矩阵形式布置的多个CCD像素，所述矩阵的
的列切片包括所述多个TDI像素寄存器和所述多个输出寄存器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中：第一输出寄存器耦合在所述TDI像素寄存器的一端；第二输出寄存器耦合在所述TDI像素寄存器的另一端；且响应于扫描方向，使用所述第一输出寄存器和所述第二输出寄存器中的一者作为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：特励达数字成像有限公司，
类型：发明
国别省市：