電容可選擇電荷泵的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)案涉及一種電容可選擇電荷泵。一種升壓轉(zhuǎn)換器包含經(jīng)耦合以接收第一電壓電位的輸入及經(jīng)耦合以輸出高于所述第一電壓電位的第二電壓電位的輸出。所述升壓轉(zhuǎn)換器還包含電容電荷泵陣列。所述陣列中的所述電容電荷泵中的每一者包含通過(guò)將所述電容電荷泵中的每一者選擇性地連接到所述輸入及所述輸出而調(diào)制為個(gè)別地運(yùn)行所述電容電荷泵中的每一者的開(kāi)關(guān)。所述升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包含耦合到所述電容電荷泵中的每一者的所述開(kāi)關(guān)且經(jīng)配置而以實(shí)質(zhì)上固定頻率調(diào)制所述開(kāi)關(guān)的控制模塊。所述控制模塊響應(yīng)于所述輸出上的電流汲取而調(diào)制所述陣列中的選定電容電荷泵的所述開(kāi)關(guān)。所述升壓轉(zhuǎn)換器可包含于圖像傳感器中。
【專利說(shuō)明】電容可選擇電荷泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及電源，且特定來(lái)說(shuō)(但非排他性地)涉及用于圖像傳感器的電源。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已變得無(wú)所不在。其廣泛地用于數(shù)碼靜物相機(jī)、蜂窩式電話及安全攝像機(jī)以及醫(yī)療、汽車(chē)及其它應(yīng)用中。用以制造圖像傳感器且特定來(lái)說(shuō)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)圖像傳感器的技術(shù)已不斷快速地進(jìn)步。舉例來(lái)說(shuō)，圖像傳感器為越來(lái)越高的分辨率、越來(lái)越低的功率且具有更佳的光敏感度。
[0003]在圖像傳感器中且在許多其它種類的電子裝置中，既穩(wěn)定且又有效的電源為有利的。另外，具有低噪聲的電源在具有傳感器(包含圖像傳感器)的電子裝置中可尤其有利。在圖像傳感器中，由圖像傳感器產(chǎn)生的圖像的圖像質(zhì)量可尤其取決于低噪聲電源。特定來(lái)說(shuō)，具有較低噪聲電源的圖像傳感器可具有較佳動(dòng)態(tài)范圍，此可輔助攝影師在低光環(huán)境中捕獲圖像。此外，低噪聲電源減少對(duì)設(shè)計(jì)者及制造商的包含用以濾除由電源引入的噪聲的復(fù)雜濾波電路的負(fù)擔(dān)。由于圖像傳感器在具有有限電源的移動(dòng)裝置中也為普遍存在的，因此圖像傳感器及包含在所述圖像傳感器中或向所述圖像傳感器供應(yīng)的電源的效率對(duì)于保存移動(dòng)裝置中的電池壽命越來(lái)越重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包括:電容可選擇電荷泵，其包含:泵輸入，其耦合到圖像傳感器電壓輸入；泵輸出，其經(jīng)耦合以輸出經(jīng)升壓電壓；以及電容電荷泵陣列，其經(jīng)耦合以將所述泵輸入上的輸入電壓升壓到所述泵輸出上的所述經(jīng)升壓電壓；電壓調(diào)節(jié)器，其耦合到所述泵輸出且經(jīng)耦合以輸出像素電壓；像素陣列，其經(jīng)耦合以從所述電壓調(diào)節(jié)器接收所述像素電壓；以及控制模塊，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于所述像素陣列的電流汲取而分別選擇所述陣列中的所述電容電荷泵中的每一者以對(duì)所述輸入電壓進(jìn)行升壓，其中所述控制模塊經(jīng)配置而以相同的實(shí)質(zhì)上固定頻率運(yùn)行所述陣列中的所述選定電容電荷泵中的所述每一者。
[0005]另一實(shí)施例涉及一種升壓轉(zhuǎn)換器。所述升壓轉(zhuǎn)換器包括:輸入，其經(jīng)耦合以接收第一電壓電位；輸出，其經(jīng)I禹合以輸出高于所述第一電壓電位的第二電壓電位；電容電荷泵陣列，其中所述陣列中的所述電容電荷泵中的每一者包含通過(guò)將所述電容電荷泵中的每一者選擇性地連接到所述輸入及所述輸出而經(jīng)調(diào)制為個(gè)別地運(yùn)行所述電容電荷泵中的每一者的開(kāi)關(guān)；以及控制模塊，其耦合到所述電容電荷泵中的每一者的所述開(kāi)關(guān)且經(jīng)配置而以實(shí)質(zhì)上固定頻率調(diào)制所述開(kāi)關(guān)，其中所述控制模塊響應(yīng)于所述輸出上的電流汲取而調(diào)制所述陣列中的選定電容電荷泵的所述開(kāi)關(guān)。
[0006]另一實(shí)施例涉及一種調(diào)節(jié)電源的方法。所述方法包括:從電容可選擇電荷泵(“CSCP”)的輸出取樣輸出電壓，其中所述CSCP包含電容器電荷泵陣列；以及響應(yīng)于所述輸出電壓而激活或解除激活所述電容器電荷泵陣列中的電容器電荷泵，其中所述電容器電荷泵陣列中的每一電容器電荷泵經(jīng)配置以耦合到所述CSCP的輸入且經(jīng)配置以耦合到所述CSCP的所述輸出；以及以相同的實(shí)質(zhì)上固定頻率運(yùn)行所述經(jīng)激活電容器電荷泵。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡實(shí)施例，其中在所有各視圖中相似參考編號(hào)指代相似部件，除非另有規(guī)定。
[0008]圖1A展示耦合到電壓調(diào)節(jié)器的常規(guī)電荷泵的混合框圖/電路圖解。
[0009]圖1B圖解說(shuō)明施加到電荷泵的常規(guī)時(shí)序序列及由圖1A中的電荷泵及電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的電壓的實(shí)例性電壓電平。
[0010]圖2A展示常規(guī)電荷泵及用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)以控制電荷泵的常規(guī)邏輯的框圖。
[0011]圖2B展示與常規(guī)電荷泵的不同電流輸出相關(guān)聯(lián)的常規(guī)時(shí)序序列及電壓電平。
[0012]圖3A及3B展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容可選擇電荷泵及控制模塊的混合框圖/電路圖解。
[0013]圖3C展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與電容可選擇電荷泵的不同電流輸出相關(guān)聯(lián)的實(shí)例性時(shí)序序列及電壓電平。
[0014]圖4圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)例性電容可選擇電荷泵、控制模塊及電壓調(diào)節(jié)器。
[0015]圖5展示包含一像素陣列及兩個(gè)電壓輸入的實(shí)例性圖像傳感器。
[0016]圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在數(shù)字控制環(huán)路中包含電容可選擇電荷泵的實(shí)例性圖像傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本文中描述用于調(diào)節(jié)包含電容可選擇電荷泵的電源的設(shè)備及方法的實(shí)施例。在以下描述中，闡述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)所述實(shí)施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在無(wú)所述特定細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下或借助其它方法、組件、材料等來(lái)實(shí)踐本文中所描述的技術(shù)。在其它實(shí)例中，為避免使某些方面模糊，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作。
[0018]在本說(shuō)明書(shū)通篇中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的提及意指結(jié)合所述實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在本說(shuō)明書(shū)通篇中各個(gè)地方短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必全部指代同一實(shí)施例。此外，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何適合方式組合于一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中。
[0019]圖1A展示耦合到電壓調(diào)節(jié)器150的常規(guī)電荷泵110的混合框圖/電路圖解。電容電荷泵Iio接收電壓VDD114作為輸入且將VDD114升壓到電壓Vhi130。電容電荷泵110通過(guò)使用時(shí)序信號(hào)Φ1及Φ2調(diào)制開(kāi)關(guān)112及113來(lái)對(duì)VDD114進(jìn)行升壓(或增壓)。電壓調(diào)節(jié)器150經(jīng)耦合以接收Vhi130且將其降壓到VAA155。電壓調(diào)節(jié)器150可用作將電源紋波減小到可接受水平的方式。通常，VAA155具有高于VDD114但低于Vhi130的電壓電位。電壓調(diào)節(jié)器150可使用電壓V,ef135作為輸入以確保VAA155處于適當(dāng)電壓電位。
[0020]圖1B圖解說(shuō)明經(jīng)調(diào)制以將VDD114增壓到Vhi130的信號(hào)Φ I及Φ 2的實(shí)例性時(shí)序序列。圖1B還展示在信號(hào)Φ1及Φ2的調(diào)制時(shí)間周期期間的相關(guān)聯(lián)Vhi130及VAA155電壓電位。在圖1B中，與Vhi 130相比，VAA155具有減小的電壓紋波。
[0021]圖2A展示電容電荷泵110及用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)Φ1及Φ 2以控制電容電荷泵110的常規(guī)邏輯180。應(yīng)了解，所圖解說(shuō)明的邏輯180僅為邏輯符號(hào)且所述邏輯的實(shí)際實(shí)施方案可采取多種不同模擬或數(shù)字組件的形式。[0022]圖2B展示與常規(guī)電荷泵的不同電流輸出相關(guān)聯(lián)的信號(hào)Φ I及Φ2以及Vhi130的對(duì)應(yīng)電壓電平的實(shí)例性時(shí)序序列。當(dāng)電容電荷泵110的輸出上存在高電流消耗時(shí)信號(hào)Φ1及Φ2的時(shí)鐘序列處于比當(dāng)存在中或低電流消耗時(shí)高的頻率。當(dāng)電容電荷泵110的輸出上存在中消耗時(shí)信號(hào)Φ1及Φ2的時(shí)鐘序列處于比當(dāng)存在低電流消耗時(shí)高的頻率。因此，圖2A及2B展示具有異步泵的電容電荷泵110。圖2B中的時(shí)序圖還展示Vhi130上的紋波頻率緊密遵循信號(hào)Φ I及Φ2的時(shí)鐘序列的頻率-當(dāng)時(shí)鐘序列頻率較高時(shí)，Vhi130上的紋波頻率較高，且當(dāng)時(shí)鐘序列頻率較低時(shí)，Vhi130上的紋波頻率較低。
[0023]圖2A及2B圖解說(shuō)明使用具有給定時(shí)序序列的電容電荷栗110的潛在缺點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，異步泵頻率可形成電力供應(yīng)輸出的不可預(yù)測(cè)的尖峰，且Vhi130上的紋波的振幅可不與電流消耗成比例。泵的異步性質(zhì)可需要較復(fù)雜的濾波電路來(lái)使電力供應(yīng)中的噪聲變靜。使用具有給定時(shí)序序列的電容電荷泵110的另一潛在缺點(diǎn)是，無(wú)論電流消耗如何，紋波振幅均大致相同。如果使用電壓調(diào)節(jié)器來(lái)使紋波平滑，那么此可導(dǎo)致較低的效率，因?yàn)殡妷赫{(diào)節(jié)器在“容許度”(電壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓與經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓之間的差)較大時(shí)可能較不有效。
[0024]圖3A及3B展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容可選擇電荷泵(“CSCP”)310及控制模塊375的混合框圖/電路圖解。在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，CSCP310包含包括電容電荷泵模塊(“CCPM”)315、CCPM320及CCPM325的電容電荷泵模塊陣列。在其它實(shí)施例中，CSCP310可在所述陣列中包含兩個(gè)、四個(gè)、五個(gè)(或更多)CCPM。CSCP310具有經(jīng)耦合以接收第一電壓電位(例如VDD314)的泵輸入。CSCP310具有經(jīng)耦合以輸出比第一電壓電位高的第二電壓電位(例如Vhi330)的泵輸出。所述陣列中的每一 CCPM經(jīng)耦合而可單獨(dú)地選擇以將第一電壓電位(例如，VDD314)升壓到第二電壓電位(例如，Vhi330)。所述陣列中的每一 CCPM包含通過(guò)將電容電荷泵中的每一者選擇性地連接到所述泵的輸入及輸出而調(diào)制為個(gè)別地運(yùn)行所述CCPM中的每一者的開(kāi)關(guān)。
[0025]在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，CCPM315包含由信號(hào)Φ Ia及Φ 2a控制以運(yùn)行(或激活)CCPM315的開(kāi)關(guān)317及318。當(dāng)CCPM315正在運(yùn)行時(shí)，其將VDD314升壓到Vhi330。類似地，CCPM320包含由信號(hào)Φ Ib及(^2b控制以運(yùn)行(或激活)CCPM320的開(kāi)關(guān)322及323。當(dāng)CCPM320正在運(yùn)行時(shí)，其將VDD314升壓到Vhi330。仍參考所圖解說(shuō)明的實(shí)施例，CCPM325包含由信號(hào)Φ Ic及Φ2ο控制以運(yùn)行(或激活)CCPM325的開(kāi)關(guān)327及328。當(dāng)CCPM325正在運(yùn)行時(shí)，其將VDD314升壓到Vhi330。
[0026]圖3B展示耦合到共同地作為電流消耗總線(“CCB”) 378的控制信號(hào)Φ la、Φ lb、Φ lc、Φ2β, (t2b及Φ2ο的控制模塊375。因此，控制模塊375可通過(guò)在CCB378上將數(shù)字信號(hào)發(fā)送到陣列中的CCPM來(lái)單獨(dú)地選擇所述CCPM中的哪些正在運(yùn)行。在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，控制模塊375包含時(shí)鐘輸入370。在一些實(shí)施例中，控制模塊375可包含內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生器。此外，在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，控制模塊375包含感測(cè)輸入365。感測(cè)輸入365可接收表示CSCP310的輸出上的電流汲取的信號(hào)。感測(cè)輸入365可耦合到CSCP310的輸出以監(jiān)視Vhi330?？刂颇K375可基于來(lái)自感測(cè)輸入365的所接收信號(hào)而激活并運(yùn)行不同的CCPM。在一個(gè)實(shí)施例中，代替具有感測(cè)輸入365，控制模塊375接收指示控制模塊375將運(yùn)行哪些CCPM的模式命令(模擬或數(shù)字)。
[0027]圖3C展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與CSCP310的不同電流輸出相關(guān)聯(lián)的實(shí)例性時(shí)序序列及電壓電平。圖3C展示當(dāng)CSCP310的輸出上存在高、中及低電流消耗時(shí)CCB378的信號(hào)時(shí)序序列。應(yīng)了解，CCB378針對(duì)經(jīng)激活以運(yùn)行的CCPM的調(diào)制序列處于相同的大致固定頻率。換句話說(shuō)，當(dāng)電流消耗改變時(shí)，CCPM中的每一者的泵激頻率不改變。如圖2B中所展示，當(dāng)電流消耗較高時(shí)，常規(guī)電荷泵增加泵頻率。相比之下，圖3C展示控制模塊375通過(guò)激活(并運(yùn)行)更多或更少CCPM以提供所需要的電流來(lái)調(diào)制每時(shí)鐘的電荷。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)存在高電流消耗時(shí)，控制模塊375激活CCPM315、320及325。當(dāng)存在低電流消耗時(shí)，控制模塊375僅激活CCPM315。
[0028]雖然圖3C僅展示三種不同的電流消耗情形(高、中及低)，但應(yīng)了解，控制模塊375可在控制具有三個(gè)不同電容值的三個(gè)CCPM時(shí)具有高達(dá)3位的分辨率(八個(gè)設(shè)定)。在圖3A中的所圖解說(shuō)明實(shí)例中，CCPM315具有電容C，CCPM320具有電容2C，且CCPM325具有電容4C。因此，控制模塊375可運(yùn)行CCPM的組合以為CSCP310提供總計(jì)O、C、2C、3C、4C、5C、6C或7C的電荷泵電容。當(dāng)然，可能有其它電容值，且在一些實(shí)施例中，陣列中的CCPM中的每一者中的電容值相同。此外，應(yīng)了解，假定CSCP310中的對(duì)應(yīng)數(shù)目的CCPM，則可能有任何分辨率。舉例來(lái)說(shuō)，如果CSCP310包含六個(gè)CCPM的陣列，那么可能有6位的分辨率(六十四個(gè)設(shè)定)。注意以下為有幫助的:雖然來(lái)自CCPM中的電容器的線性響應(yīng)為合意的，但來(lái)自CCPM中的電容器的非線性響應(yīng)也是可能的。
[0029]控制模塊375可經(jīng)配置以接收感測(cè)信號(hào)且接著運(yùn)行某些CCPM以提供用以供應(yīng)恰當(dāng)電流的電容。控制模塊375可包含用以將模擬感測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬感測(cè)信號(hào)的數(shù)字表示的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器?？刂颇K375可包含可具有板上模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理器?？刂颇K375還可經(jīng)配置以接收模式命令(例如，數(shù)字字)，且響應(yīng)于所述模式命令而運(yùn)行某些CCPM以提供用以供應(yīng)恰當(dāng)電流的電容。在任一情況中，控制模塊375可僅運(yùn)行與最小所需電容對(duì)應(yīng)的CCPM。在本發(fā)明中，“最小所需電容”應(yīng)定義為在仍滿足CSCP310的輸出上的電流汲取的同時(shí)可用于由控制模塊375選擇的最小電容。僅運(yùn)行滿足電流汲取所需要的CCPM可通過(guò)減小CSCP310的輸出上的紋波來(lái)增加CSCP310的效率。作為一實(shí)例，如果滿足CSCP310的輸出上的電流需求需要大于4C但小于5C的電容值，那么控制模塊375可僅運(yùn)行CCPM315及325以提供5C電容值。在此情況中，5C為可用于由控制模塊375選擇的“最小所需電容”，這是因?yàn)樵谒鶊D解說(shuō)明的實(shí)施例中，4C將不充足且控制模塊375不具有提供低于5C的電容的分辨率。
[0030]圖4圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CSCP310、控制模塊475及電壓調(diào)節(jié)器450。例如電壓調(diào)節(jié)器450的電壓調(diào)節(jié)器可耦合到CSCP310的輸出以使輸出上的任何紋波平滑。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器450包含將Vhi430減小到VAA455的低壓降線性調(diào)節(jié)器。在一個(gè)實(shí)施例中，Vhi430為大約2.7伏特且VAA455為大約2.5伏特?？刂颇K475、CSCP310及電壓調(diào)節(jié)器450可組合成單個(gè)電力供應(yīng)模塊。
[0031]圖4展示控制模塊475包含額外控制線，即低功率控制453。在圖4中，控制模塊475經(jīng)耦合以控制CCB478。在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，CCB478包含Φ la、Φ lb、Φ lc、Φ 2a、Φ 2b、Φ 2c及低功率控制453。低功率控制453從控制模塊475耦合到為電壓調(diào)節(jié)器450上的輸入的低功率模式輸入454。當(dāng)控制模塊475選擇低功率模式輸入454時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器450進(jìn)入減小電流帶寬的低功率模式。所述低功率模式可減小電壓調(diào)節(jié)器中的靜態(tài)電流。此特征為又一功率效率改進(jìn)。
[0032]返回參考圖3C，隨著電流消耗降低，CSCP310的輸出電壓(Vhi330)上的紋波減小。此展示使用CSCP310來(lái)代替常規(guī)電荷泵的潛在優(yōu)點(diǎn)。如圖2B所圖解說(shuō)明，無(wú)論電流消耗如何，常規(guī)電荷泵均具有約相同的紋波電壓。相比之下，圖3C展示Vhi330上的紋波電壓隨著降低的電流消耗減小。紋波電壓的此降低給出較穩(wěn)定的輸出電壓，其可允許電壓調(diào)節(jié)器450為“低壓降”線性調(diào)節(jié)器，此通常為更有效的。
[0033]圖5展示實(shí)例性圖像傳感器501，其包含像素陣列510、用以一次對(duì)一個(gè)像素的像素復(fù)位與信號(hào)電壓進(jìn)行取樣的電路(像素復(fù)位與信號(hào)電壓取樣520)及用以將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字字的模/數(shù)(“A/D”)轉(zhuǎn)換器530。圖像傳感器501還包含耦合到A/D轉(zhuǎn)換器530以提供參考電壓的電壓參考525。數(shù)字控制與圖像處理器550控制圖像傳感器501的操作且可輔助預(yù)處理原始圖像。
[0034]像素陣列輸出電壓信號(hào)(像素復(fù)位與信號(hào)電壓之間的差)可比像素電力供應(yīng)電壓VAA(例如，2.8V)顯著小(例如，IV)。此意味著可通過(guò)以較低電壓運(yùn)行像素復(fù)位與信號(hào)電壓取樣520及A/D轉(zhuǎn)換530而節(jié)省電力。數(shù)字核心(數(shù)字控制與圖像處理器550)可需要其自己的電源，因?yàn)槠湫枰萔AA低的電壓且保護(hù)像素陣列510免受由數(shù)字核心產(chǎn)生的電力供應(yīng)噪聲的影響。如果數(shù)字核心電壓低于數(shù)字輸入/輸出(“I/O”)電壓VDD，那么可將任選電壓調(diào)節(jié)器耦合在VDD和數(shù)字控制與圖像處理器550之間，如所圖解說(shuō)明。
[0035]圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在數(shù)字控制環(huán)路中包含電容可選擇電荷泵310的實(shí)例性圖像傳感器601。圖像傳感器601包含具有電壓電位VDD的圖像傳感器電壓輸入614。圖像傳感器電壓輸入614可為圖像傳感器601上為圖像傳感器組件供應(yīng)電力的唯一電壓輸入；但圖像傳感器601中可包含其它通信信號(hào)輸入及輸出(未展示)。圖像傳感器601還包含具有耦合到圖像傳感器電壓輸入614的輸入的CSCP310。CSCP310具有經(jīng)耦合以輸出比輸入電壓的電壓電位聞的經(jīng)升壓電壓(例如，Vhi631)的輸出。
[0036]在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器450耦合到CSCP310的輸出且將Vhi631下調(diào)到供應(yīng)給像素陣列610的VAA1655。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器450為線性調(diào)節(jié)器。在一個(gè)實(shí)施例中，Vhi631為大約2.7伏特且VAA1655為大約2.5伏特。像素陣列610經(jīng)耦合以接收VAA1655且經(jīng)配置以捕獲圖像。像素復(fù)位與取樣電路620經(jīng)耦合以從所述像素陣列讀取像素值。像素復(fù)位與取樣電路620可經(jīng)配置以逐行或逐列地讀出像素陣列610。模/數(shù)(“A/D”)轉(zhuǎn)換器630耦合到像素復(fù)位與取樣電路620以將模擬像素值轉(zhuǎn)換成數(shù)字像素值。
[0037]數(shù)字控制與圖像處理器(“DCIP”)650經(jīng)耦合以從A/D轉(zhuǎn)換器630接收數(shù)字像素值。DCIP650耦合到像素陣列610以控制圖像獲取過(guò)程。DCIP650還耦合到像素復(fù)位與取樣電路620及A/D轉(zhuǎn)換器630以控制像素值的讀出及A/D轉(zhuǎn)換。在DCIP650需要比Vhi631高的電壓的情況下或作為用以進(jìn)一步改進(jìn)電力供應(yīng)噪聲的拒斥的方式，可將任選電壓調(diào)節(jié)器(例如，REG2)耦合在圖像傳感器電壓輸入614與DCIP650之間。[0038]DCIP650經(jīng)耦合以使用CCB478單獨(dú)地選擇CSCP310中所包含的電容電荷泵模塊。DCIP650可選擇電容電荷泵模塊(例如，CCPM315、320及/或325)的任何組合以將VDD升壓到Vhi631。類似于圖3C中的時(shí)序圖，DCIP650可以大致相同的泵頻率泵激選定電容電荷泵模塊。DCIP650所選擇的CCPM組合取決于像素陣列610的電流汲取。除控制選擇哪些CCPM以外，CCB478還可經(jīng)耦合以在像素陣列610需要低電流量時(shí)控制電壓調(diào)節(jié)器450的低功率模式選擇器454。
[0039]在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，電壓參考625將參考電壓VBe626提供到A/D轉(zhuǎn)換器630、電壓調(diào)節(jié)器450、REG2、REG3及像素復(fù)位與取樣電路620。在圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，作為數(shù)字控制環(huán)路的一部分將VBe626提供到像素復(fù)位與取樣電路620，此可確保Vhi631與過(guò)程、電壓及溫度變化以及來(lái)自VAA1655的電流消耗無(wú)關(guān)。在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，像素復(fù)位與取樣電路620及A/D轉(zhuǎn)換器630具有接收Vhi631及VSENSE665的像素讀出電路的“虛擬列”。使用“虛擬列”可利用已設(shè)計(jì)的電路且可利用已為板上圖像傳感器601的電路。在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，Vsense665表示Vhi631上的電壓(經(jīng)由分壓器)，所述電壓可表示像素陣列610的電流汲取。分壓器可將Vhi631(通過(guò)已知比)減小到像素復(fù)位與取樣電路620可接受的電壓電平。
[0040]在所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，DCIP650經(jīng)耦合以從A/D轉(zhuǎn)換器630讀取包含VBe626及Vsense665的數(shù)字表示的虛擬列。應(yīng)了解，VSENSE665僅為監(jiān)視像素陣列610的電流汲取的一個(gè)實(shí)例且可使用其它配置來(lái)監(jiān)視像素陣列610的電流汲取。DCIP650可確定VBe626與Vsense665之間的差(其為Vhi631除以恒定因子)。可從可編程電阻器或電容器分壓器獲得所述恒定因子。將VBe626與Vsense665之間的差的數(shù)字表示驅(qū)動(dòng)為零。在一個(gè)實(shí)施例中，使用比例積分(“PI”)控制器來(lái)確定進(jìn)行控制的CCB478以選擇CSCP310的滿足像素陣列610的電流需求所需要的CCPM。可使用(DCIP650內(nèi))兩個(gè)不同的控制器以取決于是否啟用像素陣列610的像素偏置電流而確定進(jìn)行控制的CCB478。
[0041]在一個(gè)實(shí)例中，DCIP650正以20 μ s的行時(shí)間對(duì)像素陣列610進(jìn)行讀出。在此實(shí)例中，可以50kHz對(duì)Vsense665進(jìn)行取樣(經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器630上的虛擬列)。有利地，可通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器450抑制大于50kHz的高頻率噪聲。
[0042]應(yīng)了解，除基于監(jiān)視表示像素陣列610的電流汲取的信號(hào)(例如，Vhi631)而控制CCB478以外，DCIP650還可基于像素陣列610的可預(yù)測(cè)負(fù)載變化而控制CCB478。舉例來(lái)說(shuō)，由于DCIP650經(jīng)耦合以控制像素陣列610，因此DCIP650可能夠基于發(fā)送到像素陣列610的控制信號(hào)而預(yù)測(cè)像素陣列610的低或高電流需求。因此，DCIP650可增加或降低(經(jīng)由CCB478)由CSCP310遞送的電流以基于像素陣列610的可預(yù)測(cè)電流需求增加而將VDD升壓到Vhi631。如上文所論述，選擇及解除選擇CSCP310的CCPM增加及降低CSCP中的電荷泵的電容，此增加及降低CSCP310能夠供應(yīng)的電流。
[0043]所圖解說(shuō)明實(shí)施例的一個(gè)可能優(yōu)點(diǎn)是，VDD可為向圖像傳感器601供應(yīng)電力的唯一襯墊。此可降低圖像傳感器601的大小且使得較容易實(shí)施圖像傳感器601，因?yàn)榻o圖像傳感器601供電將需要僅一個(gè)電力供應(yīng)電壓。
[0044]上文所解釋的過(guò)程是就計(jì)算機(jī)軟件及硬件來(lái)描述的。所描述的技術(shù)可構(gòu)成在有形或非暫時(shí)機(jī)器(例如，計(jì)算機(jī))可讀存儲(chǔ)媒體內(nèi)體現(xiàn)的機(jī)器可執(zhí)行指令，所述指令在由機(jī)器執(zhí)行時(shí)將致使所述機(jī)器執(zhí)行所描述的操作。另外，所述過(guò)程可體現(xiàn)在硬件內(nèi)，例如專用集成電路(“ASIC”)或其它。
[0045]有形非暫時(shí)機(jī)器可讀存儲(chǔ)媒體包含以可由機(jī)器(例如，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)裝置、個(gè)人數(shù)字助理、制造工具、具有一組一個(gè)或一個(gè)以上處理器的任何裝置等)存取的形式提供(即，存儲(chǔ))信息的任何機(jī)制。舉例來(lái)說(shuō)，機(jī)器可讀存儲(chǔ)媒體包含可記錄/不可記錄媒體(例如，只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、磁盤(pán)存儲(chǔ)媒體、光學(xué)存儲(chǔ)媒體、快閃存儲(chǔ)器裝置
坐')
寸/ ο
[0046]包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說(shuō)明實(shí)施例的以上描述并非打算為窮盡性或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式。盡管出于說(shuō)明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實(shí)施例及實(shí)例，但如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改。
[0047]可根據(jù)以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于說(shuō)明書(shū)中所揭示的特定實(shí)施例。相反，本發(fā)明的范圍將完全由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定，所述權(quán)利要求書(shū)將根據(jù)所創(chuàng)建的權(quán)利要求解釋原則來(lái)加以理解。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像傳感器，其包括: 電容可選擇電荷泵，其包含: 泵輸入，其耦合到圖像傳感器電壓輸入； 泵輸出，其經(jīng)耦合以輸出經(jīng)升壓電壓；以及 電容電荷泵陣列，其經(jīng)耦合以將所述泵輸入上的輸入電壓升壓到所述泵輸出上的所述經(jīng)升壓電壓； 電壓調(diào)節(jié)器，其耦合到所述泵輸出且經(jīng)耦合以輸出像素電壓； 像素陣列，其經(jīng)耦合以從所述電壓調(diào)節(jié)器接收所述像素電壓；以及 控制模塊，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于所述像素陣列的電流汲取而分布選擇所述陣列中的所述電容電荷泵中的每一者以對(duì)所述輸入電壓進(jìn)行升壓，其中所述控制模塊經(jīng)配置而以相同的實(shí)質(zhì)上固定頻率運(yùn)行所述陣列中的所述選定電容電荷泵中的所述每一者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述控制模塊經(jīng)耦合以接收表示所述像素陣列的所述電流汲取的感測(cè)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述控制模塊耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器的低功率模式選擇器，且經(jīng)配置以響應(yīng)于所述像素陣列的所述電流汲取而激活所述電壓調(diào)節(jié)器的較低功率模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括: 電壓參考，其中所述控制·模塊經(jīng)耦合以從所述電壓參考接收參考電壓信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括: 像素復(fù)位與取樣電路，其經(jīng)耦合以從所述像素陣列讀出像素值；以及 模/數(shù)“A/D”轉(zhuǎn)換器模塊，其耦合到所述像素復(fù)位與取樣電路以將所述像素值轉(zhuǎn)換成數(shù)字像素值，其中所述控制模塊經(jīng)耦合以從所述A/D轉(zhuǎn)換器模塊接收所述數(shù)字像素值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中所述控制模塊經(jīng)耦合以控制所述像素陣列、像素復(fù)位與取樣電路及所述A/D轉(zhuǎn)換器模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括: 電壓參考，其中所述像素復(fù)位與取樣電路經(jīng)耦合以從所述電壓參考接收參考電壓信號(hào)，且經(jīng)耦合以接收表示所述經(jīng)升壓電壓的經(jīng)升壓電壓信號(hào)， 且其中所述A/D轉(zhuǎn)換器模塊經(jīng)耦合以將所述參考電壓信號(hào)及所述經(jīng)升壓電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓值，且所述控制模塊經(jīng)耦合以讀取所述數(shù)字電壓值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其中所述參考電壓信號(hào)及所述經(jīng)升壓電壓信號(hào)是借助用以讀出所述像素陣列的所述像素值的像素讀出電路的虛擬列而轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器電壓輸入為所述圖像傳感器的唯一供應(yīng)電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中第二電壓調(diào)節(jié)器耦合于所述圖像傳感器電壓輸入與所述控制模塊的控制供應(yīng)電壓輸入之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述電流汲取是由所述控制模炔基于所述控制模塊的輸入或輸出而預(yù)測(cè)的預(yù)期電流汲取。
12.—種升壓轉(zhuǎn)換器,其包括: 輸入，其經(jīng)耦合以接收第一電壓電位；輸出，其經(jīng)I禹合以輸出高于所述第一電壓電位的第二電壓電位； 電容電荷泵陣列，其中所述陣列中的所述電容電荷泵中的每一者包含通過(guò)將所述電容電荷泵中的每一者選擇性地連接到所述輸入及所述輸出而經(jīng)調(diào)制為個(gè)別地運(yùn)行所述電容電荷泵中的每一者的開(kāi)關(guān)；以及 控制模塊，其耦合到所述電容電荷泵中的每一者的所述開(kāi)關(guān)且經(jīng)配置而以實(shí)質(zhì)上固定頻率調(diào)制所述開(kāi)關(guān)，其中所述控制模塊響應(yīng)于所述輸出上的電流汲取而調(diào)制所述陣列中的選定電容電荷泵的所述開(kāi)關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的升壓轉(zhuǎn)換器，其中調(diào)制所述開(kāi)關(guān)以運(yùn)行選定電容電荷泵包含僅運(yùn)行所述陣列中的提供組合電容的電容電荷泵，所述組合電容為供應(yīng)所述輸出上的所述電流汲取所需要的最小所需電容。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的升壓轉(zhuǎn)換器，其中所述電容電荷泵中的每一者具有不同電容。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的升壓轉(zhuǎn)換器，其中所述陣列中存在η數(shù)目個(gè)電容電荷泵，且任何給定電容電荷泵的電容值大約由CX21給出，其中C為所述電容電荷泵陣列中的第一電容電荷泵的第一電容值，且其中i為所述給定電容電荷泵在所述陣列中的位置，且i以所述第一電容電荷泵為零開(kāi)始且針對(duì)所述陣列中的每一額外電容電荷泵遞增直到i等于n-1為止。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的升壓轉(zhuǎn)換器，其中所述控制模塊經(jīng)耦合以接收表示所述輸出上的所述電流汲取的感測(cè)信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的升壓轉(zhuǎn)換器，其中所述電流汲取是由所述控制模炔基于所述控制模塊的輸入或輸出而預(yù)測(cè)的預(yù)期電流汲取。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的升壓轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括: 電壓調(diào)節(jié)器，其耦合到所述輸出以調(diào)節(jié)所述第二電壓電位，其中所述控制模塊耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器的低功率模式選擇器，且經(jīng)配置以響應(yīng)于所述輸出上的所述電流汲取而激活所述電壓調(diào)節(jié)器的較低功率模式。
19.一種調(diào)節(jié)電源的方法，其包括: 從電容可選擇電荷泵“CSCP”的輸出取樣輸出電壓，其中所述CSCP包含電容器電荷泵陣列；以及 響應(yīng)于所述輸出電壓而激活或解除激活所述電容器電荷泵陣列中的電容器電荷泵，其中所述電容器電荷泵陣列中的每一電容器電荷泵經(jīng)配置以耦合到所述CSCP的輸入且經(jīng)配置以耦合到所述CSCP的所述輸出；以及 以相同的實(shí)質(zhì)上固定頻率運(yùn)行所述經(jīng)激活電容器電荷泵。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的調(diào)節(jié)電源的方法，其中所述陣列中的所述經(jīng)激活電容器電荷泵提供組合電容，所述組合電容為所述CSCP的維持所述CSCP的所述輸出上的特定電壓所需要的最小所需電容。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的調(diào)節(jié)電源的方法，其進(jìn)一步包括: 從電壓參考取樣參考電壓且確定所述參考電壓與所述輸出電壓之間的差，其中響應(yīng)于所述輸出電壓而激活或解除激活所述陣列中的所述選定電容器電荷泵是至少部分地基于所述參考電壓與所述輸出電壓之間的所述差。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的調(diào)節(jié)電源的方法，其進(jìn)一步包括: 當(dāng)所述CSCP的所述輸出上的電流汲取低于特定電平時(shí)，激活耦合到所述CSCP的所述輸出的電壓調(diào)節(jié)器上 的低功率模式。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK103595245SQ201310320620
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月15日
【發(fā)明者】羅伯特·約翰松, 托雷·馬丁努森 申請(qǐng)人:全視科技有限公司