專利名稱：黑電平補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及影像傳感器的黑電平補(bǔ)償(black level compensation，BLC)，特別涉 及一種影像傳感器的模擬黑電平補(bǔ)償電路。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體影像傳感器(例如電荷耦合元件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)傳 感器)普遍使用于照相機(jī)或攝影機(jī)中，用以將可見光的影像轉(zhuǎn)換為電子信號，便于后續(xù)的 儲存、傳輸或示出。由于電子電路的非完美性質(zhì)，使得影像傳感器在未接收任何光線的情形下仍然會 具有漏電流。為了克服此問題，通常會讀取多列的光學(xué)黑(optical black)像素(或光遮 (light-shielded)像素)，經(jīng)平均后作為黑色的參考基準(zhǔn)。然而，由于可編程增益放大器 (programmable gain amplifier, PGA)的不同增益設(shè)定，將使得參考基準(zhǔn)產(chǎn)生改變。圖1示出了傳統(tǒng)黑電平補(bǔ)償(BLC)系統(tǒng)，其數(shù)字回路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)l、數(shù)字 電路2及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)3組成。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)I自可編程增益放大器(PGA)4 接收光學(xué)黑信號，以輸出相應(yīng)的數(shù)字信號。光學(xué)黑信號接著經(jīng)數(shù)字電路2進(jìn)行比較及平均。 平均信號再轉(zhuǎn)換回相應(yīng)模擬信號后，用以補(bǔ)償可編程增益放大器(PGA) 4。然而，模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADC)I及數(shù)字電路2會產(chǎn)生時間延遲，且數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 3則產(chǎn)生量化誤差，因此，傳 統(tǒng)的黑電平補(bǔ)償(BLC)系統(tǒng)的速度及準(zhǔn)確度都無法提高。鑒于傳統(tǒng)黑電平補(bǔ)償(BLC)系統(tǒng)，特別是具有數(shù)字回路的黑電平補(bǔ)償(BLC)系統(tǒng)， 無法快速及準(zhǔn)確地進(jìn)行影像傳感器的黑電平補(bǔ)償，因此亟需提出一種新穎機(jī)制，用以快速 且準(zhǔn)確地執(zhí)行黑電平補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的之一在于提出一種模擬黑電平補(bǔ)償(BLC)電路，用以快 速且準(zhǔn)確地執(zhí)行黑電平補(bǔ)償。本發(fā)明的另一目的在于實質(zhì)地節(jié)省芯片面積及功率消耗。根據(jù)本發(fā)明實施例，黑電平補(bǔ)償(BLC)電路包含開關(guān)電容式(SC)積分器，其包含 放大器(例如差分放大器)、回授電容器、輸入電容器及一些第一 /第二相位開關(guān)。其中， 放大器的輸入連接至讀出放大器的輸出?；厥陔娙萜鬟B接在放大器的輸入與輸出之間，且 輸入電容器經(jīng)控制而連接在黑電平補(bǔ)償電路的輸入及放大器的輸入之間。第一/第二相位 開關(guān)經(jīng)配置而使得來自參考電壓及讀出放大器的輸出所儲存的電荷差得以被積分。放大器 的另一輸出提供補(bǔ)償電壓，用以補(bǔ)償讀出放大器。因此，讀出放大器的輸出被箝制于參考電 壓，其定義為影像傳感器的黑電平。根據(jù)本發(fā)明特征之一，還使用壞像素檢測器以檢測光學(xué) 黑像素當(dāng)中的壞像素。被檢測到的壞像素則與黑電平補(bǔ)償回路的積分器阻隔開來。


圖1示出了傳統(tǒng)黑電平補(bǔ)償(BLC)系統(tǒng)。
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圖2示出了本發(fā)明第一實施例的黑電平補(bǔ)償(BLC)電路。圖3示出了非重迭的相位信號Pl和P2及圖2信號的時序圖。圖4示出了本發(fā)明第二實施例的黑電平補(bǔ)償(BLC)電路。圖5示出了第二實施例(圖4)的變型實施例。圖6示出了第二實施例(圖4)的另一變型實施例。圖7示出了本發(fā)明特征之一的壞像素檢測器。
具體實施例方式圖2示出了本發(fā)明第一實施例的黑電平補(bǔ)償(BLC)電路10。黑電平補(bǔ)償電路10用 以補(bǔ)償讀出放大器12，例如可編程增益放大器(PGA)，其可放大影像傳感器(圖中未示出) 的信號。(開回路)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 14則接收可編程增益放大器(PGA) 12的輸出。在本 實施例中，可編程增益放大器(PGA) 12的輸出OUTP連接至黑電平補(bǔ)償電路10的輸入，且黑 電平補(bǔ)償電路10的(正)輸出DACN經(jīng)控制而連接至可編程增益放大器(PGA) 12并向其回 授電容器CFl或輸入電容器CSl充電，因而形成黑電平補(bǔ)償回路。此回路為一種模擬回路， 而非傳統(tǒng)黑電平補(bǔ)償系統(tǒng)(圖1)的數(shù)字回路。在本實施例中，黑電平補(bǔ)償電路10為開關(guān)電容式(switched-capacitonSC)積分 器，其包含差分放大器A2、回授電容器CF2、輸入電容器CS2及一些(相位1/相位2)開關(guān) P1/P2?；厥陔娙萜鰿F2連接在差分放大器A2的正輸入及負(fù)輸出之間。輸入電容器CS2經(jīng) 由開關(guān)P1/P2而連接在黑電平補(bǔ)償電路10的輸入及差分放大器A2的正輸入之間。差分放 大器A2的正輸出提供補(bǔ)償電壓DACN給可編程增益放大器(PGA) 12。圖3示出了非重迭的相位信號Pl和P2及圖2信號的時序圖。在第一相位P1，來 自負(fù)參考電壓REFN的電荷儲存在輸入電容器CS2。負(fù)參考電壓REFN為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 14 的零位準(zhǔn)，也是光學(xué)黑位準(zhǔn)的定義所在。在第二相位P2，來自可編程增益放大器(PGA) 12的 輸出電壓OUTP的電荷儲存在輸入電容器CS2。因此，電壓REFN及電壓OUTP的電荷差即傳 送至回授電容器CF2，換句話說，電壓REFN及電壓OUTP的差值將受到開關(guān)電容式(SC)積分 器10的積分。因此，可編程增益放大器(PGA) 12的輸出電壓OUTP被箝制(clamp)在負(fù)參 考電壓REFN，因而完成黑電平補(bǔ)償。在其他實施例中，可編程增益放大器(PGA) 12的輸出電 壓OUTP也可箝制在非零位準(zhǔn)的黑電平。例如，如果光學(xué)黑位準(zhǔn)定義于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)14 的位準(zhǔn)，則可編程增益放大器(PGA) 12的輸出電壓OUTP可箝制在90%的REFN。實際上，回授電容器CF2的電容值經(jīng)設(shè)計使其和輸入電容器CS2的電容值大致 相等，因而在讀取光學(xué)黑(或光遮)像素時(此時的開關(guān)ACT為閉合的)，黑電平補(bǔ)償回 路得以快速地達(dá)到穩(wěn)定(通常僅要幾個周期時間)。接下來，通過并聯(lián)耦接另一電容器 (CF2increase)(如圖3所示)，使得回授電容器的電容值大量地增加。增大的回授電容值 使得黑電平補(bǔ)償電路10更能抵抗熱(或壞)像素的影響。因此，可以得到快速且準(zhǔn)確的黑 電平補(bǔ)償電路10。在完成黑電平補(bǔ)償后，開關(guān)ACT即斷開。開關(guān)ACT也可以在檢測到一個 或多個熱(或壞)像素時予以斷開，用以消除熱像素所造成的效應(yīng)。與圖1的傳統(tǒng)黑電平補(bǔ)償系統(tǒng)相比，本發(fā)明實施例(圖4)使用模擬回授回路以實 現(xiàn)黑電平的補(bǔ)償，因此，不再需要數(shù)字電路2及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 3，因而可以避免時間延遲 及量化誤差。再者，還可以節(jié)省相當(dāng)?shù)男酒娣e及相關(guān)的功率消耗。
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圖4示出了本發(fā)明第二實施例的黑電平補(bǔ)償(BLC)電路10A/10B。本實施例使用 多級(例如二級)的可編程增益放大器(PGA) 12A/12B。每一級可編程增益放大器對應(yīng)至 一個黑電平補(bǔ)償電路。例如，在實施例中，黑電平補(bǔ)償電路IOA用以箝制可編程增益放大器 (PGA) 12A的輸出，而黑電平補(bǔ)償電路IOB則用以箝制可編程增益放大器(PGA) 12B的輸出。 在另一實施例中，僅有最后一級可編程增益放大器(PGA)被箝制，而其他級則未予以箝制。在本實施例(圖4)中，第二級可編程增益放大器(PGA)12B的輸出電壓0UTP3被箝 制在負(fù)參考電壓REFN，而第一級可編程增益放大器(PGA) 12A的輸出電壓OUTP則被箝制在 電壓REFN/A3 (其中A3 = CS3/CF3)。一般來說，每一級的目標(biāo)箝制電壓依下一級可編程增 益放大器(PGA)的增益而比例縮小。例如，如圖4所示，第二級的可編程增益放大器(PGA) 的增益A3等于CS3/CF3，因此第一級的目標(biāo)箝制電壓即為REFN/A3。在圖4的多級實施例中，相鄰級的相位開關(guān)P1/P2的排列互為顛倒的。由于每一 放大器(A2或A4)僅工作半個周期，因此，相鄰級即可以共享一放大器，如圖5所示第二實 施例(圖4)的變型實施例，其可以較圖4節(jié)省更多的芯片面積。根據(jù)圖式，放大器A2在第 一相位Pl時連接至第一級黑電平補(bǔ)償電路10A，同一放大器A2則在第二相位P2時連接至 第二級黑電平補(bǔ)償電路10B。類似的情形，對于可編程增益放大器(PGA) 12A/12B而言，放大 器Al在第一相位Pl時連接至第二級可編程增益放大器(PGA) 12B,同一放大器Al則在第二 相位P2時連接至第一級可編程增益放大器(PGA) 12A。圖6示出了第二實施例(圖4)的另一變型實施例。在此實施例中，使用二級的可 編程增益放大器(PGA)，然而僅使用一級的黑電平補(bǔ)償電路10B，因此可以較圖4節(jié)省更多 的芯片面積。單級黑電平補(bǔ)償電路IOB屬于反相(inverting)配置，其負(fù)輸出DACN連接 以補(bǔ)償?shù)谝患壙删幊淘鲆娣糯笃?PGA) 12A，而第二級可編程增益放大器(PGA) 12B的輸出 0UTP3則連接至單級黑電平補(bǔ)償電路IOB的輸入。在光學(xué)黑像素進(jìn)行信號積分期間，由于工藝的非理想性，可能會受到一些壞像素 的影響。因此，可以使用壞像素檢測器以控制黑電平補(bǔ)償電路中的開關(guān)ACT，從而斷開黑電 平補(bǔ)償回路，因而將壞像素信息予以旁路。圖7示出了本發(fā)明特征之一的壞像素檢測器。反 向器CMPl及電容器Cl作為比較器，用以比較(如圖2所示)可編程增益放大器(PGA) 12 的輸出電壓OUTP和壞像素參考電壓BAD REFP。當(dāng)輸出電壓OUTP大于壞像素參考電壓BAD REFP時，比較器的輸出Pixel OK變?yōu)椤?”且檢測器輸出ACT也變?yōu)椤?”，其即被用以旁路 壞像素信息。上述檢測器的電路可作等效的修改或以其他等效電路來取代。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明；凡其它未脫離發(fā) 明所揭示的精神下所完成的等效改變或修改，均應(yīng)包含在所附權(quán)利要求以內(nèi)。
權(quán)利要求
一種黑電平補(bǔ)償電路，包含開關(guān)電容式積分器，用以補(bǔ)償影像傳感器的讀出放大器，使得所述讀出放大器的輸出被箝制在參考電壓，其定義為所述影像傳感器的黑電平。
2.如權(quán)利要求1所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述讀出放大器為可編程增益放大器。
3.如權(quán)利要求1所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述黑電平定義為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的負(fù)參 考電壓，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至所述讀出放大器的輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述讀出放大器的輸出連接至所述黑 電平補(bǔ)償電路的輸入，且所述黑電平補(bǔ)償電路的輸出經(jīng)控制而連接至所述讀出放大器，并 向其回授電容器或輸入電容器充電。
5.如權(quán)利要求1所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述開關(guān)電容式積分器包含差分放大器；回授電容器，連接在所述差分放大器的正輸入與負(fù)輸出之間；輸入電容器，經(jīng)控制而連接在所述黑電平補(bǔ)償電路的輸入及所述差分放大器的正輸入 之間；以及多個第一相位開關(guān)及第二相位開關(guān)，其經(jīng)配置而使得來自所述參考電壓及所述讀出放 大器的輸出所儲存的電荷差得以傳送至所述黑電平補(bǔ)償電路的回授電容器；其中，所述差分放大器的正輸出提供補(bǔ)償電壓，用以補(bǔ)償所述讀出放大器。
6.如權(quán)利要求5所述的黑電平補(bǔ)償電路，在第一相位時，來自所述參考電壓的電荷儲 存在所述黑電平補(bǔ)償電路的輸入電容器，在第二相位時，來自所述讀出放大器的輸出的電 荷儲存在所述黑電平補(bǔ)償電路的輸入電容器。
7.如權(quán)利要求5所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述回授電容器的電容值大致相同于 所述輸入電容器的電容值，并在后續(xù)增大所述回授電容器的電容值。
8.如權(quán)利要求7所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述回授電容器的電容值的增大通過 并聯(lián)耦接另一電容器而達(dá)成。
9.如權(quán)利要求1所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述讀出放大器包含多個級，且所述黑 電平補(bǔ)償電路包含多個級，其中所述黑電平補(bǔ)償電路的每一級對應(yīng)至所述讀出放大器的每 一級。
10.如權(quán)利要求9所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述黑電平補(bǔ)償電路的每一級用以箝 制所述讀出放大器的對應(yīng)級。
11.如權(quán)利要求10所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述黑電平補(bǔ)償電路每一級的目標(biāo) 箝制電壓依下一級讀出放大器的增益而比例縮小。
12.如權(quán)利要求9所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，放大器共享于所述黑電平補(bǔ)償電路的 相鄰級，使得所述共享放大器在第一相位時連接至其中一級，而在第二相位時連接至另一 級。
13.如權(quán)利要求5所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述讀出放大器包含二級，且所述黑 電平補(bǔ)償電路包含反向配置的單級，其中所述單級黑電平補(bǔ)償電路的負(fù)輸出經(jīng)連接以補(bǔ)償 所述第一級讀出放大器，而所述第二級讀出放大器的輸出則連接至所述單級黑電平補(bǔ)償電 路的輸入。
14.如權(quán)利要求1所述的黑電平補(bǔ)償電路，還包含開關(guān)，當(dāng)其斷開時，可在檢測到壞像素時，將壞像素信息予以旁路。
15.如權(quán)利要求14所述的黑電平補(bǔ)償電路，還包含壞像素檢測器，用以檢測所述壞像 素，所述壞像素檢測器包含比較器，用以比較所述讀出放大器的輸出與壞像素參考電壓，當(dāng)所述讀出放大器的輸 出大于所述壞像素參考電壓時，則旁路所述壞像素。
16.一種黑電平補(bǔ)償電路，包含放大器，其輸入連接至讀出放大器的輸出；回授電容器，連接在所述放大器的正輸入與負(fù)輸出之間；輸入電容器，經(jīng)控制而連接在所述黑電平補(bǔ)償電路的輸入及所述放大器的輸入之間；多個第一相位開關(guān)及第二相位開關(guān)，其經(jīng)配置而使得來自參考電壓及所述讀出放大器 的輸出所儲存的電荷差得以被積分；其中，所述放大器的另一輸出提供補(bǔ)償電壓，用以補(bǔ)償所述讀出放大器，因此所述讀出 放大器的輸出被箝制在所述參考電壓，其定義為影像傳感器的黑電平。
17.如權(quán)利要求16所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述放大器為差分放大器。
18.如權(quán)利要求17所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述回授電容器連接在所述差分放 大器的正輸入與負(fù)輸出之間。
19.如權(quán)利要求18所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述補(bǔ)償電壓由所述差分放大器的 正輸出所提供。
20.如權(quán)利要求19所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述補(bǔ)償電壓經(jīng)控制而連接至所述 讀出放大器，并向其回授電容器充電。
21.如權(quán)利要求16所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述讀出放大器為可編程增益放大ο
22.如權(quán)利要求16所述的黑電平補(bǔ)償電路，其中，所述黑電平定義為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的負(fù) 參考電壓，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至所述讀出放大器的輸出。
23.如權(quán)利要求16所述的黑電平補(bǔ)償電路，還包含開關(guān)，當(dāng)其斷開時，可在檢測到壞像 素時，將壞像素信息予以旁路。
24.如權(quán)利要求23所述的黑電平補(bǔ)償電路，還包含壞像素檢測器，用以檢測所述壞像 素，所述壞像素檢測器包含比較器，用以比較所述讀出放大器的輸出與壞像素參考電壓，當(dāng)所述讀出放大器的輸 出大于所述壞像素參考電壓時，則旁路所述壞像素。
全文摘要
一種黑電平補(bǔ)償電路，其包含開關(guān)電容式積分器，用以補(bǔ)償影像傳感器的讀出放大器。因此，讀出放大器的輸出被箝制在參考電壓，其定義為影像傳感器的黑電平。根據(jù)本發(fā)明特征之一，使用壞像素檢測器以檢測壞像素，并在檢測到壞像素后，斷開黑電平補(bǔ)償回路。
文檔編號H03F3/45GK101931737SQ200910149440
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者劉智民, 印秉宏, 邱伯舜 申請人:英屬開曼群島商恒景科技股份有限公司