模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】公開了模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個實施例包括至少一個比較器和限制電路。比較器具有第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及連接節(jié)點。連接節(jié)點是比較器的內(nèi)部節(jié)點和輸出節(jié)點中的一個。限制電路電連接到連接節(jié)點，并且限制電路被配置為限制連接節(jié)點的電壓。
【專利說明】模數(shù)轉(zhuǎn)換器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年9月7日提交的第10-2012-0099452號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開通過引用全部包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明構(gòu)思的實施例涉及圖像傳感器，更具體地，涉及用于圖像傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和包括該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0004]圖像傳感器是一種拍攝物體的二維圖像或三維圖像的裝置。圖像傳感器使用對被物體反射的光的強度作出反應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件來產(chǎn)生物體的圖像。近來，隨著互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)的發(fā)展，使用CMOS技術(shù)的CMOS圖像傳感器已經(jīng)普及開來。
[0005]CMOS圖像傳感器中常常使用相關(guān)雙采樣(⑶S)技術(shù)來有效消除像素重置噪聲。然而，在使用⑶S技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，由地波動造成的行式帶噪聲(row-wise bandingnoise)和因放大像素的異常信號而出現(xiàn)的“黑子(sunspot)”的問題仍有待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一些示例實施例涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0007]—些示例實施例涉及用于圖像傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字像素信號。
[0008]一些示例實施例涉及包括示例實施例的至少一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器。
[0009]一些示例實施例涉及包括根據(jù)示例實施例的圖像傳感器的電子裝置。
[0010]模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個實施例包括至少一個比較器和限制電路。比較器具有第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及連接節(jié)點。連接節(jié)點是比較器的內(nèi)部節(jié)點和輸出節(jié)點中的一個。限制電路直接連接到連接節(jié)點，并且限制電路被構(gòu)造為限制連接節(jié)點的電壓。
[0011]在一個實施例中，比較器包括放大器，并且連接節(jié)點是放大器的內(nèi)部節(jié)點和輸出節(jié)點中的一個。
[0012]在一個實施例中，連接節(jié)點包括二極管。二極管可以連接到地或者電源電壓。
[0013]在一個實施例中，限制電路包括與二極管串聯(lián)連接的開關(guān)。開關(guān)可以被構(gòu)造為在比較器的初始操作時間段期間禁用限制電路。
[0014]在一個實施例中，比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作比較器的輸出節(jié)點，并且限制電路電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間。在本實施例中，限制電路可以包括二極管。例如，限制電路可以是二極管連接的PMOS晶體管。
[0015]在一個實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括計數(shù)器，計數(shù)器被構(gòu)造為基于來自比較器的輸出來產(chǎn)生計數(shù)值。[0016]在一個實施例中，比較器被構(gòu)造為比較第一輸入與第二輸入。第一輸入是像素信號，并且第二輸入是斜波信號。
[0017]在另一個實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少一個比較器和限制電路。比較器具有輸出節(jié)點。限制電路電連接到輸出節(jié)點。限制電路被構(gòu)造為如果比較器輸出變化則抑制總電流的變化，并且總電流是流過比較器的電流加上流過限制電路的電流。
[0018]在又一個實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少一個比較電路。比較電路包括:第一比較器；第二比較器，連接到第一比較器的輸出；以及第一限制電路，電連接到第一比較器的輸出。第一限制電路被配置為限制第一比較器的輸出處的電壓。
[0019]在一個實施例中，第一限制電路包括二極管。二極管可以連接到地或電源電壓。
[0020]在一個實施例中，第一限制電路包括與二極管串聯(lián)連接的開關(guān)。開關(guān)可以被構(gòu)造為在第一比較器的初始操作時間段期間禁用限制電路。
[0021]在該實施例的一個變形形式中，比較電路包括第二限制電路。第二限制電路電連接到第二比較器的輸出，并且第二限制電路被構(gòu)造為限制第二比較器的輸出處的電壓。
[0022]在一個實施例中，第一比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，并且放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作第一比較器的輸出。另外，比較電路包括第三限制電路。第三限制電路電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間，并且第三限制電路被配置為限制第一比較器的輸出處的電壓。第一限制電路可電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間。
[0023]在該實施例的另一個變形形式中，第一比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，并且放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作第一比較器的輸出。另外，比較電路包括第二限制電路。第二限制電路電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間，并且第二限制電路被構(gòu)造為限制第一比較器的輸出處的電壓。
[0024]在另外的實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少一個比較電路。比較電路包括:第一比較器；第二比較器，連接到第一比較器的輸出；以及第一限制電路，電連接到第二比較器的輸出，第一限制電路被構(gòu)造為限制第二比較器的輸出處的電壓。
[0025]在一個實施例中，第一限制電路包括二極管。
[0026]在一個實施例中，第一限制電路包括與二極管串聯(lián)連接的開關(guān)。開關(guān)可以被構(gòu)造為在比較器的初始操作時間段期間禁用限制電路。
[0027]在該實施例的變形形式中，第一比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，并且放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作第一比較器的輸出。另外，比較電路包括第二限制電路。第二限制電路電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間，并且第二限制電路被配置為限制第一比較器的輸出處的電壓。
[0028]在又一個實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少一個比較電路。比較電路包括第一比較器。第一比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，并且放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作第一比較器的輸出節(jié)點。比較電路還包括與第一比較器的輸出節(jié)點連接的第二比較器和電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間的限制電路。限制電路被構(gòu)造為限制第一比較器的輸出處的電壓。
[0029]在又一個實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括第一比較器。第一比較器包括放大器。放大器包括第一 PMOS晶體管和第一 NMOS晶體管之間的第一輸出節(jié)點。第一 PMOS晶體管和第一NMOS晶體管串聯(lián)連接在電源電壓和公共節(jié)點之間。放大器還包括第二 PMOS晶體管和第
二NMOS晶體管之間的第二輸出節(jié)點。第二 PMOS晶體管和第二 NMOS晶體管串聯(lián)連接在電源電壓和公共節(jié)點之間。晶體管連接在第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間，并且晶體管的柵極連接到第二輸出節(jié)點。晶體管可以是PMOS晶體管。
[0030]在另一個實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括第一比較器。第一比較器包括放大器。放大器包括第一 PMOS晶體管和第一 NMOS晶體管之間的第一輸出節(jié)點。第一 PMOS晶體管和第
一NMOS晶體管串聯(lián)連接在電源電壓和公共節(jié)點之間。放大器還包括第二 PMOS晶體管和第
二NMOS晶體管之間的第二輸出節(jié)點。第二 PMOS晶體管和第二 NMOS晶體管串聯(lián)連接在電源電壓和公共節(jié)點之間。限制電路連接在第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間。限制電路被構(gòu)造為抑制當(dāng)公共節(jié)點處的電壓下降到低于第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管的飽和電壓之下時流過放大器的電流的變化。
[0031]在圖像傳感器的一個實施例中，圖像傳感器包括:像素陣列，被構(gòu)造為產(chǎn)生至少一個像素信號；斜波發(fā)生器，被構(gòu)造為產(chǎn)生斜波信號；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為接收斜波信號和像素信號，并且被構(gòu)造為產(chǎn)生表示像素信號的數(shù)字信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少一個比較器、限制電路和計數(shù)器。比較器具有第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及連接節(jié)點，并且連接節(jié)點是比較器的內(nèi)部節(jié)點和輸出節(jié)點中的一個。限制電路電連接到連接節(jié)點，限制電路被構(gòu)造為限制連接節(jié)點的電壓。計數(shù)器被構(gòu)造為基于來自比較器的輸出來產(chǎn)生計數(shù)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]通過參照附圖詳細描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，本發(fā)明構(gòu)思的以上和其它特征和優(yōu)點將變得更加清楚，其中:
[0033]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的圖像處理系統(tǒng)的示意性框圖；
[0034]圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的圖像傳感器的詳細示圖；
[0035]圖3A至圖3E是圖2中示出的圖像傳感器的像素陣列中包括的像素的示例的電路圖；
[0036]圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的列比較器電路的示意性電路圖；
[0037]圖5是圖4中示出的限制電路的電路圖；
[0038]圖6是用于說明黑子效應(yīng)的示圖；
[0039]圖7是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路的示意性電路圖；
[0040]圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路的示意性電路圖；
[0041]圖9是圖8中示出的限制電路的電路圖；
[0042]圖1OA是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路的電路圖；
[0043]圖1OB示出根據(jù)一個實施例的圖1OA的列比較器電路中的第一放大器；
[0044]圖1OC示出根據(jù)一個實施例的圖1OA的列比較器電路中的第二放大器；
[0045]圖11是圖10中示出的列比較器電路的示意性信號時序圖；
[0046]圖12是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路的電路圖；
[0047]圖13A是當(dāng)沒有與放大器的輸出節(jié)點連接的限制電路時圖13C中示出的放大器的判決之前電流流動的示圖；[0048]圖13B是當(dāng)沒有與放大器的輸出節(jié)點連接的限制電路時圖13C中示出的放大器的判決之后電流流動的示圖；
[0049]圖13C是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的圖12中示出的第一放大器和限制電路的電路圖；
[0050]圖14A至圖14C是用于說明圖13B和圖13C中示出的放大器中的電流變化的示圖；
[0051]圖15是圖12中示出的列比較器電路的示意性信號時序圖；
[0052]圖16是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的作為圖12中示出的列比較器電路的修改形式的列比較器電路的電路圖；
[0053]圖17是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路的示意性電路圖；
[0054]圖18是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的限制電路和圖17中示出的第一放大器的電路圖；
[0055]圖19是圖18中示出的放大器和比較示例的信號時序圖；以及
[0056]圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的包括圖像傳感器的電子系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0057]現(xiàn)在，將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明構(gòu)思，在附圖中示出本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明可以用許多不同形式來實施并且不應(yīng)該被解釋為限于在此提出的實施例。相反地，提供這些實施例使得本發(fā)明將是徹底和完全的，并且將把本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為了清晰起見，可以夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。類似的標(biāo)號始終表示類似的元件。
[0058]應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件被稱作“連接”或“結(jié)合”到另一元件時，該元件可直接連接或結(jié)合到另一元件，或者可能存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱作“直接連接到”或“直接結(jié)合到”另一元件時，不存在中間元件。如在這里使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列的項目的任意組合和所有組合，并且可以被縮寫為“/”。
[0059]應(yīng)該理解的是，盡管這里可以使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述各種元件，但這些元件應(yīng)該不受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語只是用于將一個元件與另一個元件區(qū)分開。例如，在不脫離本公開的教導(dǎo)的情況下，第一信號可以被稱為第二信號，并且類似地，第二信號可以被稱為第一信號。
[0060]這里使用的術(shù)語只是為了描述特定實施例的目的，而不意圖限制本發(fā)明。如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，說明存在所述特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其它特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0061]除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科技術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。應(yīng)該進一步理解的是，除非這里明確定義，否則術(shù)語(諸如在通用字典中定義的術(shù)語)應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)技術(shù)和/或本申請的上下文中它們的意思相同的意思，而不是將理想地或者過于正式地解釋它們的意思。[0062]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的圖像處理系統(tǒng)10的示意性框圖。圖像處理系統(tǒng)10可以包括圖像傳感器100、圖像處理器(或數(shù)字信號處理器(DSP)) 200、顯示單元300和鏡頭500。圖像傳感器100包括像素陣列(例如，有源像素傳感器(APS)陣列)110、行驅(qū)動器120、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 130、斜波發(fā)生器160、時序發(fā)生器170、計數(shù)器控制器171、控制寄存器塊180和緩沖器190。
[0063]圖像傳感器100受DSP200控制，以感測通過鏡頭500拍攝的物體400。DSP200可以將已經(jīng)被圖像傳感器100感測且輸出的圖像輸出到顯示單元300。顯示單元300可以是任何可以輸出圖像的裝置。例如，顯示單元300可以是計算機、移動電話或任何類型的圖像顯示終端。
[0064]DSP200包括相機控制器210、圖像信號處理器220和個人計算機(PC)接口(I/F)230。相機控制器210對控制寄存器塊180進行控制。相機控制器210可以使用內(nèi)置集成電路(I2C)接口協(xié)議來控制圖像傳感器100 (更具體地，控制寄存器塊180)，但是本發(fā)明構(gòu)思的范圍不限于此。
[0065]圖像信號處理器220接收圖像數(shù)據(jù)(即，緩沖器190的輸出信號)，將圖像數(shù)據(jù)處理成供人觀看的圖像，并且通過PC I/F230將圖像輸出到顯示單元300。
[0066]在圖1中，圖像信號處理器220設(shè)置在DSP200內(nèi)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更改該設(shè)計。例如，圖像信號處理器220可以設(shè)置在圖像傳感器100內(nèi)。
[0067]像素陣列110包括多個感光器件，諸如光電二極管或釘扎光電二極管。像素陣列110使用感光器件感測光并且將光轉(zhuǎn)換成電信號，以產(chǎn)生圖像信號。
[0068]時序發(fā)生器170可以向行驅(qū)動器120、ADC130、斜波發(fā)生器160和計數(shù)器控制器171輸出控制信號或時鐘信號，以控制行驅(qū)動器120、ADC130、斜波發(fā)生器160和計數(shù)器控制器171的操作或時序?？刂萍拇嫫鲏K180可以向斜波發(fā)生器160、時序發(fā)生器170、計數(shù)器控制器171和緩沖器190輸出控制信號，以控制元件160、170、171和190的操作?？刂萍拇嫫鲏K180受相機控制器210控制。
[0069]計數(shù)器控制器171可以從控制寄存器塊180接收控制信號并且將計數(shù)器控制信號發(fā)送到ADC130中包括的多個計數(shù)器(圖2中的151)，以控制計數(shù)器151的操作。計數(shù)器控制信號可以包括用于控制計數(shù)器151的重置操作的計數(shù)器重置信號和用于反轉(zhuǎn)計數(shù)器151的所有內(nèi)部位的反轉(zhuǎn)信號(圖15中的C0NV)。計數(shù)器控制器171可以從時序發(fā)生器170接收時鐘信號并且將計數(shù)器時鐘信號(圖15中的CNT_CLK)提供給計數(shù)器151。
[0070]圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的圖像傳感器100的詳細示圖。參照圖2，行驅(qū)動器120以行為單位驅(qū)動像素陣列110。例如，行驅(qū)動器120可以產(chǎn)生行選擇信號。像素陣列110從按照從行驅(qū)動器120選擇的行選擇信號而選擇的行輸出像素信號。像素信號可以包括重置信號和圖像信號。
[0071]ADC130使用來自斜波發(fā)生器160的斜波信號將從像素陣列110接收的模擬像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。ADC130可以包括比較塊140和模數(shù)轉(zhuǎn)換塊150。
[0072]還可以在像素陣列110和ADC130之間設(shè)置讀出電路(未示出)，以將像素信號從像素陣列110發(fā)送到ADC130。
[0073]緩沖器190暫時存儲從ADC130輸出的數(shù)字信號，并且在輸出數(shù)字信號之前感測且放大數(shù)字信號。緩沖器190可以包括:針對各個列設(shè)置的多個列存儲塊，例如，靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)，用于進行暫時存儲；和感測放大器，感測且放大從ADC130接收的數(shù)字信號。
[0074]像素陣列110包括以矩陣形式布置的多個像素111，多個像素111中的每個連接到多個行線中的一個和多個列線中的一個。
[0075]像素111可以包括:紅色像素，將紅色光譜中的光轉(zhuǎn)換成電信號；綠色像素，將綠色光譜中的光轉(zhuǎn)換成電信號；和藍色像素，將藍色光譜中的光轉(zhuǎn)換成電信號。另外，可以在每個像素111的上方排列濾色器，以透射特定光譜中的光。
[0076]行驅(qū)動器120可以解碼時序發(fā)生器170所產(chǎn)生的行控制信號(例如，地址信號)，并且響應(yīng)于經(jīng)解碼的行控制信號從像素陣列110中包括的行線之中選擇至少一個行線。
[0077]比較塊140比較連接到像素陣列110中的每個列線的像素所輸出像素信號與斜波信號Ramp。比較塊140包括與各個行對應(yīng)的多個列比較器電路141。列比較器電路141連接到像素陣列110和斜波發(fā)生器160。
[0078]列比較器電路141可以比較像素信號與從斜波發(fā)生器160接收的斜波信號Ramp，并且將比較結(jié)果信號輸出到輸出端子。從列比較器電路141輸出的比較結(jié)果信號可以對應(yīng)于隨著外部光的亮度而變化的圖像信號和重置信號之差。為了輸出圖像信號和重置信號之差，使用斜波信號Ramp，使得根據(jù)斜波信號Ramp的斜率來拾取和輸出圖像信號和重置信號之差。斜波發(fā)生器160可以基于時序發(fā)生器170產(chǎn)生的控制信號來操作。
[0079]模數(shù)轉(zhuǎn)換塊150包括多個計數(shù)器151。計數(shù)器151分別連接到各個列比較器電路141的輸出端子并且基于各個列比較器電路141的輸出進行計數(shù)。計數(shù)器控制器171可以產(chǎn)生計數(shù)器控制信號CNT_CS并且將計數(shù)器控制信號CNT_CS發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換塊150。計數(shù)器控制信號CNT_CS可以包括計數(shù)器時鐘信號CNT_CLK、用于控制計數(shù)器151的重置操作的計數(shù)器重置信號、用于改變計數(shù)器151的特定內(nèi)部位的計數(shù)器設(shè)置信號和用于反轉(zhuǎn)計數(shù)器151的所有內(nèi)部位的反轉(zhuǎn)信號C0NV。模數(shù)轉(zhuǎn)換塊150根據(jù)從計數(shù)器控制器171接收的計數(shù)器時鐘信號CNT_CLK對比較結(jié)果信號進行計數(shù)并且輸出與計數(shù)結(jié)果對應(yīng)的數(shù)字信號。
[0080]在圖1和圖2中，計數(shù)器控制器171設(shè)置在時序發(fā)生器170的外部，但本發(fā)明構(gòu)思不限于這些實施例。計數(shù)器控制器171可以設(shè)置在模數(shù)轉(zhuǎn)換塊150或時序發(fā)生器170內(nèi)。
[0081]計數(shù)器151可以是加/減計數(shù)器或逐位反轉(zhuǎn)計數(shù)器。逐位反轉(zhuǎn)計數(shù)器可以執(zhí)行與加/減計數(shù)器類似的操作。例如，逐位反轉(zhuǎn)計數(shù)器可以具有只執(zhí)行累加計數(shù)的功能和轉(zhuǎn)換其內(nèi)的所有位使它們成為I的補數(shù)的功能。因此，逐位反轉(zhuǎn)計數(shù)器可以執(zhí)行重置計數(shù)并且反轉(zhuǎn)重置計數(shù)的結(jié)果，使得結(jié)果被轉(zhuǎn)換成I的補數(shù)，即，負值。
[0082]每個計數(shù)器151可以根據(jù)從計數(shù)器控制器171輸出的計數(shù)器設(shè)置信號來改變其內(nèi)的特定內(nèi)部位。此時，計數(shù)器控制器171可以包括開關(guān)(未示出)，開關(guān)將計數(shù)器設(shè)置信號只提供給一些計數(shù)器151?？晒┻x擇地，開關(guān)可以設(shè)置在計數(shù)器151內(nèi)。
[0083]緩沖器190包括列存儲器塊191和感測放大器192。列存儲器塊191包括多個存儲器193。
[0084]每個存儲器193可以響應(yīng)于存儲器控制信號進行操作，其中，所述存儲器控制信號由列存儲器塊191或時序發(fā)生器170內(nèi)設(shè)置的存儲器控制器(未示出)基于時序發(fā)生器170產(chǎn)生的控制信號而產(chǎn)生。存儲器193可以是SRAM。
[0085]響應(yīng)于存儲器控制信號，列存儲器塊191暫時存儲從每個計數(shù)器151輸出的數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號輸出到感測放大器192。感測放大器192在輸出數(shù)字信號之前感測并放大數(shù)字信號。
[0086]圖3A至圖3E是圖2中示出的圖像傳感器100的像素陣列110中包括的像素111的示例的電路圖。
[0087]參照圖3A，單位像素115a可以包括光電二極管H)、傳輸晶體管TX、浮動擴散節(jié)點FD、重置晶體管RX、驅(qū)動晶體管DX和選擇晶體管SX。
[0088]光電二極管ro是光電轉(zhuǎn)換元件的示例。它可以包括光電晶體管、光門、釘扎光電二極管(PPD)及其組合之中的至少一個。
[0089]圖3A示出包括單個光電二極管H)和四個金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管TX、RX、DX和SX的4晶體管(4T)結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明構(gòu)思不限于這個示例。在本發(fā)明構(gòu)思的實施例中可以使用任何包括至少三個晶體管(包括驅(qū)動晶體管DX和選擇晶體管SX)和光電二極管F1D的電路。
[0090]在單位像素115a的操作中，光電二極管H)產(chǎn)生隨著被物體400反射的光的強度而變化的光電荷。傳輸晶體管TX可以響應(yīng)于從行驅(qū)動器120接收的傳輸控制信號TG將光電荷傳輸?shù)礁訑U散節(jié)點FD。
[0091]驅(qū)動晶體管DX可以根據(jù)浮動擴散節(jié)點FD中積聚的光電荷的電位將光電荷發(fā)送到選擇晶體管SX。
[0092]選擇晶體管SX具有與驅(qū)動晶體管DX的源節(jié)點連接的漏節(jié)點。選擇晶體管SX可以響應(yīng)于從行驅(qū)動器120接收的選擇信號SEL將像素信號輸出到與單位像素115a連接的列線。
[0093]重置晶體管RX可以響應(yīng)于從行驅(qū)動器120接收的重置信號RS將浮動擴散節(jié)點FD重置為電源電壓VDD。
[0094]在圖3B至圖3E中示出像素111的其它示例。
[0095]參照圖3B，單位像素115b具有可以包括光電二極管PD、重置晶體管RX、驅(qū)動晶體管DX和選擇晶體管SX的3-晶體管(3T)結(jié)構(gòu)。光電二極管ro中產(chǎn)生的光電荷可以直接積聚在浮動擴散節(jié)點FD。可以根據(jù)驅(qū)動晶體管DX和選擇晶體管SX的操作將像素信號輸出到列線。
[0096]圖3C中示出的單位像素115c具有可以包括光電二極管H)、傳輸晶體管TX、重置晶體管RX和驅(qū)動晶體管DX的3T結(jié)構(gòu)。重置晶體管RX可以用η溝道耗盡型晶體管來實現(xiàn)。重置晶體管RX可以響應(yīng)于從行驅(qū)動器120接收的重置控制信號RS將浮動擴散節(jié)點FS重置為電源電壓VDD或者低電平(例如，0V)，從而執(zhí)行與選擇晶體管SX類似的功能。
[0097]圖3D中示出的單位像素115d具有包括光電二極管PD、傳輸晶體管TX、重置晶體管RX、驅(qū)動晶體管DX、選擇晶體管SX和一個其它晶體管GX的5-晶體管(5T)結(jié)構(gòu)。
[0098]圖3E中示出的單位像素115e具有包括光電二極管PD、傳輸晶體管TX、重置晶體管RX、驅(qū)動晶體管DX、選擇晶體管SX和一個其它晶體管PX的5T結(jié)構(gòu)。
[0099]圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的列比較器電路141的示意性電路圖。列比較器電路141包括比較器510和限制電路520。
[0100]比較器510比較從像素陣列110輸出的像素信號PIX_0UT與斜波信號Ramp并且輸出比較結(jié)果信號C0MP_0UT。[0101]限制電路520連接到比較器510的至少一個節(jié)點(下文中，被稱為連接節(jié)點)NA，并且將連接節(jié)點NA的信號的特性(例如，電壓和/或電流)限制為期望的(或可供選擇地，預(yù)定的)范圍。連接節(jié)點NA可以是比較器510的內(nèi)部節(jié)點或者比較器510的輸出節(jié)點NO。
[0102]限制電路520可以包括串聯(lián)連接在比較器510的連接節(jié)點NA和地之間的至少一個二極管521。二極管521可以用具有二極管連接的η溝道MOS (NMOS)晶體管DNl和DN2來實現(xiàn)，如圖5中所示。
[0103]在一些實施例中，連接節(jié)點NA是比較器510的輸出節(jié)點NO。這里，限制電路520限制從比較器510輸出的比較結(jié)果信號C0MP_0UT，使得比較結(jié)果信號C0MP_0UT不超過上限。
[0104]例如，如果來自比較器510的比較結(jié)果信號C0MP_0UT高于上限，則限制電路520使用二極管特性創(chuàng)建從比較器510的輸出節(jié)點NO通往地的電流路徑，從而減少或消除了圖像偽影，諸如，行式帶噪聲和黑子。
[0105]行式帶噪聲是沿水平方向在圖像中出現(xiàn)的噪聲，并且也被稱為水平樣式噪聲。黑子是在圖6中示出的圖像(a)中的亮部分周圍出現(xiàn)的黑色噪聲。當(dāng)拍攝亮的物體時，黑子通常以黑斑形式出現(xiàn)在亮物體(例如，熒光燈)周圍。
[0106]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，可以使用限制電路抑制或消除這些圖像偽影。
[0107]圖7是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路141’的示意性電路圖。圖7中示出的列比較器電路141’與圖4中示出的列比較器電路141類似，因此，將只描述它們之間的差別以避免贅述。相比于圖4中示出的限制電路520，列比較器電路141’中包括的限制電路530還包括開關(guān)522。
[0108]開關(guān)522連接到至少一個二極管521，以選擇性地啟用限制電路530。例如，開關(guān)522可以響應(yīng)于限制電路啟用信號EN來導(dǎo)通或截止。當(dāng)開關(guān)522導(dǎo)通時，限制電路530被啟用并且正常操作。當(dāng)開關(guān)522截止時，限制電路530被禁用。
[0109]當(dāng)比較器510的操作時間段主要被劃分成初始時間段和比較時間段時，開關(guān)522可以在比較器510的初始時間段內(nèi)被禁用并且可以在比較器510的比較時間段內(nèi)被啟用。以下，將對此進行更詳細的描述。
[0110]圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路600的示意性電路圖?？梢允褂眠@個列比較器電路600來替代列比較器電路141。參照圖8，列比較器電路600包括比較器510和限制電路540。
[0111]比較器510比較從像素陣列輸出的像素信號PIX_0UT與斜波信號Ramp并且輸出比較結(jié)果信號C0MP_0UT。
[0112]限制電路540連接到比較器510的至少一個連接節(jié)點NA，并且將連接節(jié)點NA的信號的特性(例如，電壓和/或電流)限制為期望的(或可供選擇地，預(yù)定的)范圍。連接節(jié)點NA可以是比較器510的內(nèi)部節(jié)點或者比較器510的輸出節(jié)點NO。
[0113]限制電路540可以包括串聯(lián)連接在比較器510的連接節(jié)點NA和電源VDD之間的至少一個二極管541。
[0114]在連接節(jié)點NA是比較器510的輸出節(jié)點NO的一些實施例中，限制電路540限制從比較器540輸出的比較結(jié)果信號C0MP_0UT，使得比較結(jié)果信號C0MP_0UT不低于下限。例如，當(dāng)來自比較器510的比較結(jié)果信號C0MP_0UT低于下限時，限制電路540使用二極管特性創(chuàng)建從電源VDD通往比較器510的輸出節(jié)點NO的電流路徑，從而抑制比較結(jié)果信號COMP_OUT低于下限。
[0115]盡管未示出，但像圖7中示出的實施例一樣，限制電路540還可以包括與二極管541連接以選擇性地啟用限制電路540的開關(guān)。二極管541可以用具有二極管連接的P溝道MOS (PMOS)晶體管DPl和DP2來實現(xiàn)，如圖9中所示。
[0116]比較器510可以被實現(xiàn)為各種類型中的一種。例如，比較器510可以被實現(xiàn)為I級放大器或至少2級放大器。比較器510還可以被實現(xiàn)為PMO S類型或NMOS類型。當(dāng)比較器510是PMOS類型時，可以使用限制上限的限制電路520或530，如圖4或圖7中所示。當(dāng)比較器510是NMOS類型時，可以使用限制下限的限制電路540，如圖8中所示。
[0117]在本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例中，可以使用限制電路來擴大比較電路的輸入范圍。
[0118]可以選擇性地調(diào)節(jié)下限和上限。另外，可以根據(jù)限制電路在比較電路中的目的，以各種方式使用限制電路。
[0119]圖1OA是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路700的電路圖。列比較器電路700可以替代列比較器電路141。圖11是圖1OA中示出的列比較器電路700的示意性
信號時序圖。
[0120]列比較器電路700包括比較塊710和限制電路720。在單位像素760和比較塊710之間設(shè)置箝位電路750。圖1OA中的參考標(biāo)號760表示分別在圖3A至圖3E中示出的單位像素115a至115e中的一個的一部分。箝位電路750位于列比較器電路700的前方并且限制輸入到列比較器電路700的像素信號PIX_0UT的電平。
[0121]比較塊710可以包括兩級的至少兩個比較器730和740。在圖1OA中示出的實施例中，比較塊710包括第一級比較器730和第二級比較器740，但本發(fā)明構(gòu)思不限于此。
[0122]第一級比較器730接收像素信號PIX_0UT和斜波信號Ramp作為輸入。第二級比較器740接收第一級比較器730的輸出信號0TA1_0UT作為輸入。第一級比較器730包括第一放大器731、第一輸入電容器Cl、第二輸入電容器C2、第一開關(guān)732和第二開關(guān)733。第一放大器731具有第一輸入節(jié)點NI和第二輸入節(jié)點N2以及第一輸出節(jié)點N3和第二輸出節(jié)點N4。
[0123]圖1OB更詳細地示出第一放大器731。如圖所示，輸出節(jié)點N4處于PMOS晶體管780和NMOS晶體管782之間。PMOS晶體管780和NMOS晶體管782串聯(lián)連接在恒流源770和公共節(jié)點772之間。輸出節(jié)點N3處于PMOS晶體管784和NMOS晶體管786之間。PMOS晶體管784和NMOS晶體管786串聯(lián)連接在恒流源770和公共節(jié)點772之間。PMOS晶體管780的柵連接到輸入節(jié)點NI，并且PMOS晶體管784的柵連接到輸入節(jié)點N2。NMOS晶體管782和786的柵連接在一起并且連接到輸出節(jié)點N4。恒流源770連接到電源電壓，并且公共節(jié)點772連接到地。返回到圖10A，第一輸入電容器Cl連接到被輸入像素信號PIX_0UT的像素信號輸入節(jié)點和第一放大器731的第一輸入節(jié)點NI。第二輸入電容器C2連接在被輸入斜波信號Ramp的斜波輸入節(jié)點和第一放大器731的第二輸入節(jié)點N2之間。第一開關(guān)732連接在第一放大器731的第一輸入節(jié)點NI和第一輸出節(jié)點N3之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S3來操作。第二開關(guān)733連接在第一放大器731的第二輸入節(jié)點N2和第二輸出節(jié)點N4之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S3來操作。
[0124]第二級比較器740包括第二放大器741、第三電容器C3和第三開關(guān)742。第二放大器741具有第一輸入節(jié)點N5和第二輸入節(jié)點N6以及第一輸出節(jié)點N7和第二輸出節(jié)點NS。圖1OC更詳細地示出第二放大器741。如圖所示，第二放大器741與第一放大器731具有相同的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，NMOS晶體管782和786的柵通過第一開關(guān)790連接到輸出節(jié)點N8，并且通過第二開關(guān)792連接到輸出節(jié)點N7。第一開關(guān)790響應(yīng)于啟用信號0FF_RST_EN來斷開和閉合，而第二開關(guān)792響應(yīng)于反轉(zhuǎn)的啟用信號0FF_RST_ENB來斷開和閉合?？梢杂蓵r序發(fā)生器170供應(yīng)啟用信號和反轉(zhuǎn)的啟用信號。另外，在圖1OC中，輸入節(jié)點被標(biāo)注為N5和N6，并且輸出節(jié)點被標(biāo)注為N7和N8。
[0125]參照圖10A，第三電容器C3連接在第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6和地電壓之間。第三開關(guān)742連接在第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6和第二輸出節(jié)點N8之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S4來操作。
[0126]第二放大器741的第一輸入節(jié)點N5連接到第一放大器731的第一輸出節(jié)點N3。限制電路720連接在第二放大器741的第二輸出節(jié)點N8和地電壓之間。限制電路720可以包括串聯(lián)連接在第二放大器741的輸出節(jié)點N8和地之間的至少一個二極管721和開關(guān)722。開關(guān)722響應(yīng)于限制電路啟用信號來操作。在當(dāng)前的實施例中，開關(guān)控制信號S4被用作限制電路啟用信號。應(yīng)該理解，可以由時序發(fā)生器170供應(yīng)控制信號。
[0127]將參照圖1OA至圖1OC和圖11描述列比較器電路700的操作。盡管像素信號PIX_OUT中的重置信號的電平理想上應(yīng)該是恒定的，但由于亮光，導(dǎo)致電平可能逐漸減小。換句話說，如圖11中所示，像素信號PIX_0UT的電平可能線性減小。然而，由于箝位電路750，導(dǎo)致像素信號PIX_0UT沒有減小至低于特定電平。
[0128]在列比較器電路700的自動歸零階段(在此期間，啟動開關(guān)控制信號S3和S4)中，執(zhí)行比較器初始化，使第一級比較器730的兩個輸入節(jié)點NI和N2處的電平相同，并且使第二級比較器740的兩個輸入節(jié)點N5和N6處的電平相同。
[0129]如圖11中所示，當(dāng)像素信號PIX_0UT線性減小時，第一放大器731按第一放大器731的增益放大具有減小斜率的像素信號PIX_0UT，使得第一級比較器730輸出具有快速增大斜率的輸出信號0TA1_0UT。
[0130]因此，當(dāng)假設(shè)不使用限制電路720時，在啟用開關(guān)控制信號S4期間，第二級比較器740的第二輸入節(jié)點N6的電壓N6_wo變成等于經(jīng)放大的輸出信號0TA1_0UT的直流(DC)電壓。此后，當(dāng)禁用開關(guān)控制信號S4時，第二級比較器740的第二輸入節(jié)點N6存儲經(jīng)放大的DC電壓。換句話說，當(dāng)不使用限制電路720時，第二級比較器740的第二輸入節(jié)點N6具有異常放大的DC電壓。
[0131]在圖11中，N6_wo是指指在不使用限制電路720的情況下第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6的電壓，并且0TA2_0UT_wo是第二級比較器740的輸出節(jié)點N7處的輸出信號，N6_wi是指在使用限制電路720的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的當(dāng)前實施例中的第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6的電壓并且0TA2_0UT_wi是指第二級比較器740的輸出節(jié)點N7處的輸出信號。
[0132]相比于本發(fā)明構(gòu)思，詳細描述不使用限制電路720的情況。
[0133]因為由于第一放大器731的特性導(dǎo)致第一放大器731的輸出DC電壓電平低，所以第二級比較器740由于存儲在第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6中的經(jīng)放大的DC電壓而不能執(zhí)行精確的比較。例如，第一級比較器730的輸出信號0TA1_0UT和第一放大器731的第二輸入節(jié)點N6的電壓N6_wo之間可能沒有交叉點，或者輸出信號0TA1_0UT和第二輸入節(jié)點N6的電壓N6_wo可能交叉于不希望的點Pl。
[0134]限制電路720將第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6的DC電壓電平限于不高于期望的(或可供選擇地，預(yù)定的)上限，如圖11中的“N6_wi”所示。換句話說，在包括限制電路720的實施例中，在啟用開關(guān)控制信號S4時，第二級比較器740的第二輸入節(jié)點N6的電平N6_wi根據(jù)經(jīng)放大的輸出信號0TA1_0UT的DC電壓而增大，然后被限制電路720限制于上限。
[0135]如上所述，由于第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6的DC電壓電平N6_wi被限制電路720限制為不高于上限，因此第一級比較器730的輸出信號0TA1_0UT和第二放大器741的第二輸入節(jié)點N6的電壓N6_wo可以交叉于合適的點P2。
[0136]當(dāng)不使用限制電路720時，第二級比較器740的輸出信號0TA2_0UT_wo在點Pl處發(fā)生電平變化。結(jié)果，在圖6中的圖像(a)中出現(xiàn)黑色噪聲(即，黑子)，或者在圖6中的圖像(b)中出現(xiàn)比黑色略亮的噪聲。圖6中的圖像(a)對應(yīng)于既不使用限制電路720又不使用箝位電路750的情況。圖6中的圖像(b)對應(yīng)于使用箝位電路750但不使用限制電路720的情況。
[0137]相反地，當(dāng)使用限制電路720時，第二級比較器740的輸出信號0TA2_0UT_wi在點P2處發(fā)生電平變化。結(jié)果，即使物體是亮的，在圖6中的圖像(c)中也不出現(xiàn)黑色或灰色噪聲。
[0138]當(dāng)既不使用限制電路720又不使用箝位電路750時，如圖6中的圖像(a)中所示，黑子最差。當(dāng)使用箝位電路750時，如圖6中的圖像(b)中所示，黑子略微減輕。當(dāng)既使用限制電路720又使用箝位電路750時，如圖6中的圖像(c)中所示，消除了大部分黑子。
[0139]在圖1OA中示出的實施例中，限制電路720連接到第二級比較器740的輸出節(jié)點N8。然而，限制電路720可以直接連接到第二級比較器740的第二輸入節(jié)點N6。
[0140]圖12是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路800的電路圖。列比較器電路800可以替代列比較器電路141。圖13C是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的圖12中示出的第一放大器831和限制電路820的電路圖。
[0141]參照圖12和圖13C，列比較器電路800包括比較塊810和限制電路820。比較塊810可以包括至少兩級比較器。圖12中示出的當(dāng)前實施例中的比較塊810包括第一級比較器830和第二級比較器840，但本發(fā)明構(gòu)思不限于此。
[0142]第一級比較器830接收像素信號PIX_0UT和斜波信號Ramp作為輸入。第二級比較器840接收第一級比較器830的輸出信號作為輸入。第一級比較器830包括第一放大器831、第一輸入電容器Cl和第一開關(guān)832。第一放大器831具有第一輸入節(jié)點NI和第二輸入節(jié)點N2以及第一輸出節(jié)點N3。第一輸入電容器Cl連接到被輸入像素信號PIX_0UT的像素信號輸入節(jié)點和第一放大器831的第一輸入節(jié)點NI。
[0143]第一開關(guān)832連接在第一放大器831的第一輸入節(jié)點NI和輸出節(jié)點N3之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S3來操作。
[0144]第二級比較器840包括第二放大器841、第二電容器C2和第三開關(guān)842。第二放大器841具有第一輸入節(jié)點N4和第二輸入節(jié)點N5以及輸出節(jié)點N6。第二電容器C2連接在第二放大器841的第二輸入節(jié)點N5和地電壓之間。第二開關(guān)842連接在第二放大器841的第二輸入節(jié)點N5和輸出節(jié)點N6之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S4來操作。第二放大器841的第一輸入節(jié)點N4連接到第一放大器831的輸出節(jié)點N3。
[0145]限制電路820可以包括串聯(lián)連接在第一級比較器830的輸出節(jié)點N3和地之間的至少一個二極管821和開關(guān)822，如圖13C中所示。開關(guān)822響應(yīng)于限制電路啟用信號SW來操作。參照圖13C，第一放大器831可以用鏡像運算跨導(dǎo)放大器(OTA)來實現(xiàn)。
[0146]第一放大器831可以包括第一至第四NMOS晶體管麗IN、麗ΙΡ、ΜΝ0和麗I ;第一至第六PMOS晶體管MP0、MP1、MP2、MP3、MP4和MP5 ;和偏壓晶體管MNBN。負輸入信號INN (在節(jié)點NI處)被輸入到第一 NMOS晶體管MNIN，并且正輸入信號INP (在節(jié)點N2處)被輸入到第二 NMOS晶體管麗IP。第一 NMOS晶體管麗IN的源極和第二 NMOS晶體管麗IP的源極公共連接到偏壓晶體管MNBN的漏極。
[0147]第一 PMOS晶體管MPO和第二 PMOS晶體管MPl以電流鏡形式彼此連接。第四PMOS晶體管MP3和第六PMOS晶體管MP5也以電流鏡形式彼此連接。第三NMOS晶體管MNO和第四NMOS晶體管MNl也以電流鏡形式彼此連接。
[0148]第三PMOS晶體管MP2的柵極和第五PMOS晶體管MP4極的柵彼此連接。第五PMOS晶體管MP4的漏極和第四NMOS晶體管麗I的漏極連接到輸出節(jié)點OUT。
[0149]當(dāng)假設(shè)不使用與第一放大器831的輸出節(jié)點OUT連接的限制電路820時，在比較器830的判決之前和之后，電流發(fā)生變化。即，當(dāng)比較器830的輸出變化時，流過放大器831的電流也變化。結(jié)果，出現(xiàn)行式帶噪聲。將參照圖13A和圖13B對此進行描述。
[0150]圖13A是示出當(dāng)不使用與第一放大器831的輸出節(jié)點OUT連接的限制電路820時圖13C中示出的第一放大器831的判決之前電流流動的示圖。圖13B是示出當(dāng)不使用與第一放大器831的輸出節(jié)點OUT連接的限制電路820時圖13C中示出的第一放大器831的判決之后電流流動的示圖。
[0151]假設(shè)在第一放大器831的判決之前正輸入信號INP高于負輸入信號INN。在這種情況下，當(dāng)假設(shè)電流“I”概念化地在從電源電壓VDD經(jīng)由第六PMOS晶體管P5、第二 NMOS晶體管MNIP和偏壓晶體管MNBN通往地的路徑中流動時，在其它路徑中幾乎沒有電流流動。
[0152]由于第四PMOS晶體管MP3和第六PMOS晶體管MP5以電流鏡形式彼此連接，因此假定電流“I”流過第四PMOS晶體管P3。然而，由于正輸入信號INP高于負輸入信號INN，因此輸出節(jié)點OUT處的電平高。結(jié)果，幾乎沒有電流流過第四PMOS晶體管P3。因此，在正輸入信號INP高于負輸入信號INN的第一放大器831的判決之前,可以說總共“I”的電流在第一放大器831中流動。
[0153]然而，當(dāng)正輸入信號INP低于負輸入信號INN時,第一放大器831的輸出從高電平轉(zhuǎn)變至低電平，這可對應(yīng)于第一放大器831的判決點。
[0154]參照圖13B，假設(shè)在第一放大器831的判決之后電流“I”概念化地從電源電壓VDD流過第一 PMOS晶體管MPO和第一 NMOS晶體管麗IN。此時，正輸入信號INP低于負輸入信號INN，并且電流“I”流過以電流鏡形式連接的第二 PMOS晶體管MP1?？梢哉f總共“21”的電流在第一放大器831中流動。
[0155]如上所述，由于在第一放大器831的判決之前和之后，在第一放大器831中流動的電流的強度是不同的，因此出現(xiàn)行式帶噪聲并且圖像的質(zhì)量降低。
[0156]圖14A至圖14C是用于說明圖13A和圖13B中示出的第一放大器831中的電流變化的示圖。參照圖14A，假設(shè)在像素陣列110中的每行中布置有1000個像素。換句話說，假設(shè)像素陣列110中的列數(shù)是1000。還假設(shè)第一區(qū)域Al和第二區(qū)域A2是暗的而第三區(qū)域A3是亮的。
[0157]如圖14B中所示，在比較從像素陣列110的第一區(qū)域Al中的行輸出的像素信號PIX_0UT_A1與斜波信號Ramp的圖13A和圖13B中示出的放大器的操作中，在放大器的判決之前，也就是說，在放大器比較像素信號PIX_0UT_A1與斜波信號Ramp時，總共10001的電流在放大器中流動。在放大器的判決之后，也就是說，當(dāng)斜波信號Ramp開始低于像素信號PIX_0UT_A1時，總共20001的電流在放大器中流動。
[0158]然而，如圖14C中所示，在比較從第二區(qū)域A2和第三區(qū)域A3中的行輸出的像素信號PIX_0UT_A2和PIX_0UT_A3與斜波信號Ramp的圖13A和圖13B中示出的放大器的操作中，當(dāng)斜波信號Ramp高于像素信號PIX_0UT_A2時，總共10001的電流在放大器中流動。此后，當(dāng)斜波信號Ramp低于像素信號PIX_0UT_A2且高于像素信號PIX_0UT_A3時，總共15001的電流在放大器中流動。從斜波信號Ramp低于像素信號PIX_0UT_A3的點開始，總共20001的電流在放大器中流動。
[0159]因此，盡管如圖14B和圖14C中所示，第一區(qū)域Al和第二區(qū)域A2都是暗區(qū)域，但當(dāng)電流強度變化時，第一區(qū)域Al和第二區(qū)域A2的暗度是不同的。例如，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域Al是黑色時，第二區(qū)域A2可以是灰色。換句話說，亮區(qū)域A3旁邊的第二區(qū)域A2具有灰色的帶噪聲。
[0160]根據(jù)圖12和圖13C中示出的實施例，與第一放大器831的輸出節(jié)點OUT連接的限制電路820用于抑制或防止在第一放大器831中流動的電流的強度發(fā)生變化。
[0161]返回到圖13C，當(dāng)設(shè)置限制電路820時，輸出節(jié)點OUT處的電平被限制為最高達到期望的(或可供選擇地，預(yù)定的)上限。
[0162]因此,在第一放大器831的判決之前正輸入信號INP高于負輸入信號INN的情況下，當(dāng)假設(shè)電流“I”概念化地在從電源電壓VDD經(jīng)由第六PMOS晶體管P5、第二 NMOS晶體管麗IP和偏壓晶體管MNBN通往地的路徑中流動時，“ I ”的電流也流過以電流鏡形式連接的第四PMOS晶體管MP3。然而，流過第四PMOS晶體管MP3的電流經(jīng)由限制電路820流向地。
[0163]當(dāng)設(shè)置限制電路820時，在第一放大器831的判決之前和之后，都有總共“21 ”的電流在第一放大器831中流動，因此，第一放大器831中的電流強度沒有變化。結(jié)果，減少了由于電流強度變化而出現(xiàn)的噪聲(例如，行式帶噪聲)。
[0164]圖15是圖12中示出的列比較器電路800的示意性信號時序圖。將參照圖12至圖15描述列比較器電路800的整體操作。根據(jù)當(dāng)前實施例，在信號S3或S4的自動歸零時間段期間，也就是說，在“a-c”時間段期間，限制電路820不進行操作。如果在自動歸零時間段期間限制電路820操作并且限制電壓，則沒有實現(xiàn)偏差消除。因此，限制電路820在自動歸零時間段期間被禁用，而只在“d-k”時間段期間被啟用。
[0165]當(dāng)假設(shè)放大器831和841沒有偏差時，在圖15中示出的點“a”處，第一放大器831的兩個輸入信號0TA1_IN-和0TA1_IN+與第二放大器841的兩個輸入信號0TA2_IN_和0TA2_IN+處于相同的電平。
[0166]為了將重置信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在“d-e”時間段內(nèi)，向斜波信號Ramp施加期望的(或可供選擇地，預(yù)定的)偏差。然后，斜波信號Ramp開始從點“e”減小，也就是說，從點“e”開始形成斜波。計數(shù)器對點“e”至點“f”的時間進行計數(shù)，在點“f”處，第一放大器831的輸出信號的極性發(fā)生變化。減法器電路或加減計數(shù)器可以得到圖像信號和重置信號之差。在當(dāng)前實施例中，可以使用位轉(zhuǎn)換器和累加計數(shù)器來得到這個差。
[0167]在重置信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后，如圖15中所示，在點“h”處，啟用傳輸控制信號TG，并且第一放大器831或OTAl的負輸入信號0TA1_IN-因光電二極管H)積聚的電荷而發(fā)生變化。斜波信號Ramp的斜波在點“i”處重新開始，以將圖像信號數(shù)字化。計數(shù)器對點“i”至點“ j”的時間進行計數(shù)，在點“ j”處，第二放大器842或0TA2的輸出信號的極性發(fā)生變化。
[0168]在完成圖像信號的數(shù)字化之后，將列比較器電路800初始化，以將下一個重置信
號數(shù)字化。
[0169]圖16是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的作為圖12中示出的列比較器電路800的修改形式的列比較器電路800’的電路圖。圖16中示出的列比較器電路800’與圖12中示出的列比較器電路800類似。因此，將主要描述列比較器電路800和列比較器電路800’之間的差別，以避免贅述。
[0170]雖然在圖12中示出的列比較器電路800中，限制電路820連接在第一級比較器830的輸出節(jié)點N3和地之間，但在圖16中示出的列比較器電路800’中，限制電路820’連接在第二級比較器880的輸出節(jié)點N6和地之間。
[0171]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，限制電路可以根據(jù)其目的以不同方式應(yīng)用于比較器電路。
[0172]此外，應(yīng)該理解，可以組合圖12和圖16的實施例，使得限制電路連接到第一比較器830和第二比較器840中的每個的輸出。
[0173]圖17是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的列比較器電路900的示意性電路圖。參照圖17，列比較器電路900包括比較塊和限制電路。比較塊可以包括至少兩級比較器。在圖17中示出的實施例中，比較塊包括第一級比較器910和第二級比較器920，但本發(fā)明構(gòu)思不限于當(dāng)前實施例。
[0174]第一級比較器910包括第一放大器911、第一輸入電容器ClB和第二輸入電容器ClA以及第一開關(guān)912和第二開關(guān)913。第一放大器911具有第一輸入節(jié)點NI和第二輸入節(jié)點N2以及第一輸出節(jié)點N3和第二輸出節(jié)點N4。
[0175]第一輸入電容器ClB連接到接收像素信號PIX_0UT的像素信號輸入節(jié)點和第一放大器91的第一輸入節(jié)點N2。第二輸入電容器ClA連接在接收斜波信號Ramp的斜波信號輸入節(jié)點和第一放大器911的第二輸入節(jié)點N2之間。第一開關(guān)912連接在第一放大器911的第一輸入節(jié)點NI和第一輸出節(jié)點N3之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S3B來操作。第二開關(guān)913連接在第一放大器911的第二輸入節(jié)點N2和第二輸出節(jié)點N4之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S3A來操作。
[0176]第二級比較器920包括第二放大器921、第三電容器C2和第三開關(guān)922。第二放大器921具有第一輸入節(jié)點N5和第二輸入節(jié)點N6以及第一輸出節(jié)點N7和第二輸出節(jié)點N8。第三電容器C2連接在第二放大器921的第二輸入節(jié)點N6和地電壓之間。
[0177]第三開關(guān)922連接在第二放大器921的第二輸入節(jié)點N6和第二輸出節(jié)點N8之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號S4來操作。[0178]第二放大器921的第一輸入節(jié)點N5連接到第一放大器911的第一輸出節(jié)點N3。
[0179]圖18是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的限制電路930和圖17中示出的第一放大器911的電路圖。第一放大器911包括第一 NMOS晶體管麗I和第二 NMOS晶體管麗2、第一PMOS晶體管MPl和第二 PMOS晶體管MP2和偏壓晶體管MNO。
[0180]正輸入信號INP被輸入到第一 NMOS晶體管麗I并且負輸入信號INN被輸入到第
二NMOS晶體管麗2。第一 NMOS晶體管麗I的源極和第二 NMOS晶體管麗2的源極公共連接到偏壓晶體管MNO的漏極。第一 PMOS晶體管MPl和第二 PMOS晶體管MP2以電流鏡形式彼此連接。
[0181 ] 第一 PMOS晶體管MPl的柵極和漏極和第一 NMOS晶體管麗I的漏極公共連接到負輸出節(jié)點0UTN。第二 PMOS晶體管MP2的漏極和第二 NMOS晶體管麗2的漏極公共連接到正輸出節(jié)點OUTP。
[0182]限制電路930包括連接在第一放大器911的第一輸出節(jié)點N3 (例如，正輸出節(jié)點OUTP)和第二輸出節(jié)點N4 (例如，負輸出節(jié)點0UTN)之間的至少一個二極管。二極管可以由二極管連接的PMOS晶體管MPO來實現(xiàn)。二極管限制第一輸出信號OUTP的擺幅。
[0183]圖19是圖18中示出的放大器911和比較示例的信號時序圖。在列比較器電路900的判決之后(例如，在比較器的輸出變化之后)，第一輸出信號OUTP的低電平等于公共節(jié)點電壓COMM的電平。此時，由接收斜波信號Ramp的第二輸入節(jié)點INN來確定公共節(jié)點電壓COMM的電平。
[0184]當(dāng)在ADC130的操作期間斜波信號Ramp連續(xù)地減小并且公共節(jié)點電壓COMM低于NMOS晶體管麗I或麗2的飽和電壓時，電流量發(fā)生變化，從而造成噪聲。例如，當(dāng)在圖18中示出的第一放大器911中沒有設(shè)置限制電路930時，如圖19中的曲線圖(b)所示，隨著斜波信號Ramp減小，公共節(jié)點電壓COMM連續(xù)地減小，因此，如圖19中的曲線圖(d)中的曲線dl所示，出現(xiàn)電流波動。
[0185]因此，在判決之后，使用二極管MPO限制第一輸出信號OUTP的擺幅，使得根據(jù)第一輸入信號INN確定公共節(jié)點電壓COMM的低電平。結(jié)果，減少或消除了電流的變化。例如，當(dāng)如圖18中所示第一放大器911包括限制電路930時，即使斜波信號Ramp減小，公共節(jié)點電壓COMM也沒有減小至低于下限，如圖19中的曲線圖(c)所示。結(jié)果，如圖19中的曲線圖(d)中的曲線d2所示，電流沒有變化。
[0186]應(yīng)該理解，本實施例可以應(yīng)用于第一比較器910和第二比較器920 二者。另外，應(yīng)該理解，本實施例可以與之前實施例中的一個結(jié)合。例如，第一比較器可以是具有圖18的限制電路的比較器910，第二比較器可以是具有圖16的限制電路820’的比較器840。
[0187]圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的包括圖像傳感器的電子系統(tǒng)的框圖?？梢杂脭?shù)據(jù)處理裝置(諸如可以使用或支持MIPI接口的移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式媒體播放器(PMP)、IP TV或智能電話)實現(xiàn)電子系統(tǒng)1000。電子系統(tǒng)1000包括應(yīng)用處理器1010、圖像傳感器1040和顯示器1050。
[0188]應(yīng)用處理器1010中包括的CSI主機1012通過CSI與圖像傳感器1040中包括的CSI裝置1041執(zhí)行串行通信。例如，可以在CSI主機1012中實現(xiàn)光學(xué)串行化器，并且可以在CSI裝置1041中實現(xiàn)光學(xué)解串行化器。
[0189]應(yīng)用處理器1010中包括的DSI主機1011通過DSI與顯示器1050中包括的DSI裝置1051執(zhí)行串行通信。例如，可以在DSI主機1011中實現(xiàn)光學(xué)串行化器，并且可以在DSI裝置1051中實現(xiàn)光學(xué)解串行化器。
[0190]電子系統(tǒng)1000還可以包括與應(yīng)用處理器1010通信的射頻(RF)芯片1060。電子系統(tǒng)1000的物理層(PHY)1013和RF芯片1060的PHY根據(jù)MIPI DigRF標(biāo)準(zhǔn)彼此進行數(shù)據(jù)通信。電子系統(tǒng)1000還可以包括GPS1020、存儲裝置1070、DRAM1085和揚聲器1290之中的至少一個元件。電子系統(tǒng)1000可以使用Wimaxl030、WLAN1100或USB1110等進行通信。
[0191]如上所述，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，可以解決圖像傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中由地波動造成的行式帶噪聲和/或因放大像素的異常信號而出現(xiàn)的黑子。
[0192]另外，抑制或防止了在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的放大器中流動的電流的強度變化，因此，減少或防止了因電流強度變化造成的噪聲。結(jié)果，圖像傳感器的信號質(zhì)量提高。
[0193]雖然已經(jīng)參照本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例具體示出和描述了本發(fā)明構(gòu)思，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離權(quán)利要求限定的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可以在實施例中進行形式和細節(jié)上的各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器,包括: 至少一個比較器，比較器具有第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及連接節(jié)點，連接節(jié)點是比較器的內(nèi)部節(jié)點和輸出節(jié)點中的一個；以及 限制電路，電連接到連接節(jié)點，限制電路被構(gòu)造為限制連接節(jié)點的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，比較器包括放大器，并且連接節(jié)點是放大器的內(nèi)部節(jié)點和輸出節(jié)點中的一個。
3.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，連接節(jié)點是比較器的內(nèi)部節(jié)點。
4.如權(quán)利要求3所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路包括二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，二極管連接到地。
6.如權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，二極管連接到電源電壓。
7.如權(quán)利要求4所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路包括與二極管串聯(lián)連接的開關(guān)。
8.如權(quán)利要求7所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，開關(guān)被構(gòu)造為在比較器的初始操作時間段期間禁用限制電路。
9.如權(quán)利要求7所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路連接到地。
10.如權(quán)利要求7所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路連接到電源電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，連接節(jié)點是比較器的輸出節(jié)點。
12.如權(quán)利要求11所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作比較器的輸出節(jié)點，并且限制電路電連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間。
13.如權(quán)利要求12所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路包括二極管。
14.如權(quán)利要求12所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路是二極管連接的PMOS晶體管。
15.如權(quán)利要求11所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路包括二極管。
16.如權(quán)利要求15所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，二極管連接到地。
17.如權(quán)利要求15所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路包括與二極管串聯(lián)連接的開關(guān)。
18.如權(quán)利要求17所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，開關(guān)被構(gòu)造為在比較器的初始操作時間段期間禁用限制電路。
19.如權(quán)利要求17所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，限制電路連接到地。
20.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，還包括: 計數(shù)器，被構(gòu)造為基于來自比較器的輸出來產(chǎn)生計數(shù)值。
21.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，比較器被配置為比較第一輸入與第二輸入，第一輸入是像素信號，并且第二輸入是斜波信號。
22.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括: 至少一個比較電路，比較電路包括: 第一比較器， 第二比較器，連接到第一比較器的輸出，以及 第一限制電路，電連接到第一比較器的輸出，第一限制電路被構(gòu)造為限制第一比較器的輸出處的電壓。
23.如權(quán)利要求22所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，第一限制電路包括二極管。
24.如權(quán)利要求23所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，第一限制電路包括與二極管串聯(lián)連接的開關(guān)。
25.如權(quán)利要求24所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，開關(guān)被構(gòu)造為在第一比較器的初始操作時間段期間禁用限制電路。
26.如權(quán)利要求24所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，第一限制電路連接到地。
27.如權(quán)利要求22所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，比較電路包括第二限制電路，第二限制電路電連接到第二比較器的輸出，第二限制電路被構(gòu)造為限制第二比較器的輸出處的電壓。
28.如權(quán)利要求22所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中， 第一比較器包括具有第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點的放大器，放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點中的至少一個用作第一比較器的輸出；并且 第一限制電路電 連接在放大器的第一輸出節(jié)點和第二輸出節(jié)點之間。
【文檔編號】H03M1/12GK103684460SQ201310407579
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月7日
【發(fā)明者】林新桓, 樸儒珍, 梁韓, 秋教軫, 咸錫憲 申請人:三星電子株式會社