專利名稱：產生信號中噪聲降低的信號的信號發(fā)生器和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于產生可以被圖像傳感器使用的信號的信號發(fā)生器和方法。特別是，本發(fā)明的一個或多個方面涉及互補金屬氧化半導體(CMOS)圖像傳感器和操作具有改進噪聲降低和/或抑制特性以及改進圖像質量的CMOS圖像傳感器的方法。
背景技術：
圖像傳感器可以使用于例如機器人、運輸、汽車、基于衛(wèi)星的儀器和導航等各個領域。圖像傳感器可以包括在半導體基板上形成的兩維像素陣列，這種像素陣列可以對應于圖像幀的圖像場。
圖像傳感器可以包括能夠累計與例如可視光等被檢測能量的量對應的電荷量的光電轉換元件。例如，像素陣列的每個像素都可以包括這種光電轉換元件，并且當光子撞擊所述光電轉換元件的表面時，可以產生自由電荷載流子。這種自由電荷載流子然后被各光電轉換元件所收集。所收集的電荷載流子然后被轉換為與所收集的自由載流子的各自量相對應的例如電壓或電流的輸出信號。所述像素陣列的每個可以輸出各自的輸出信號，并且每個輸出信號可以被提供給輸出電路并被用于產生與所檢測到的能量的量相對應的圖像。
已經知道了各種類型的圖像傳感器，例如，電荷耦合的器件(CCD)圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器更加優(yōu)越，這是因為可以使用例如標準的CMOS處理來構造CMOS傳感器并將其與在使能最小化器件的單芯片上的其它CMOS器件和電路集成到一起，還可以使用相對低的操作電壓以及消耗相對少的功率量。但是，與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器通常需要使用高分辨率的模/數轉換器(ADC)以將從有源(active)像素傳感器(APS)接收的模擬信號轉換為數字信號。
由圖像傳感器產生的圖像的質量直接與該圖像傳感器的信噪比(S/N)相關，例如，圖像傳感器的S/N比越高，則由該圖像傳感器產生的圖像的質量(例如，分辨率)就越高。為了降低噪聲和增加S/N比，CMOS圖像傳感器可以使用例如執(zhí)行關聯雙取樣(CDS)的ADC。執(zhí)行CDS的這種ADC可以降低與該ADC本身各方面對應的噪聲特征。但是，執(zhí)行CDS的這種ADC不可能降低和/或抑制其它類型的噪聲，例如，由除各ADC以外的部分像素所產生的電源噪聲。
對能夠產生高分辨率圖像的圖像傳感器的需求正在增加。這種需求增加的一個原因是隨著芯片尺寸的減小，噪聲對圖像質量的負面影響增加。因此，希望設計和構造具有改進的噪聲降低和改進的圖像質量的圖像傳感器。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個或多個方面旨在產生信號的信號發(fā)生器和方法，其可被圖像傳感器所使用并能夠克服一個或多個由于現有技術的限制和缺點所帶來的問題。
因此，本發(fā)明的實施例的特征提供CMOS圖像傳感器和操作具有改進的噪聲降低和/或抑制特性以及改進的圖像質量的CMOS圖像傳感器的方法。
因此，本發(fā)明實施例的個別特性是降低和/或抑制CMOS圖像傳感器中的電源噪聲。
因此，本發(fā)明實施例的個別特性是降低和/或抑制CMOS圖像傳感器中的轉換噪聲。
因此，本發(fā)明實施例的個別特性是降低和/或抑制CMOS圖像傳感器中的轉換噪聲和電源噪聲。
因此，本發(fā)明實施例的個別特性是可利用和/或使用公知CMOS圖像傳感器的元件提供用于降低轉換和電源噪聲裝置和方法。
通過提供用于操作包括有源(active)像素傳感器陣列和與該有源傳感器陣列對應的噪聲消除器陣列的CMOS圖像傳感器的方法，可以實現本發(fā)明上述和其它特性和優(yōu)點當中的至少一個，所述方法包括產生用于將外部噪聲鏡像到有源像素陣列的可變參考信號(generating a varying reference signal thatmirrors noise external to the active pixel sensor array)；將所述可變參考信號輸出給所述噪聲消除器陣列；和使用在噪聲消除器陣列中的可變參考信號消除所述有源像素傳感器陣列內部和外部的噪聲。
產生可變參考信號可以包括將用于提供功率的電源中的噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陣列。鏡像電源中的噪聲可以包括根據所述有源像素傳感器陣列中的像素的像素功能和來自電源的功率建立所復制的信號。產生所述可變參考信號可以包括將被復制的信號加到恒定的參考信號上。建立被復制的信號可以包括提供具有與所述有源像素傳感器陣列中的像素結構等效的像素結構的光學黑像素并將來自電源的功率提供給所述光學黑像素。
建立被復制的信號可以包括提供對與有源像素傳感器陣列中像素的功率等效的輸入功率做出響應的等效電路并將來自電源的功率提供給該等效電路。產生可變參考信號可以包括鏡像轉換噪聲消除器陣列中的偏移噪聲。產生所述可變參考信號可以包括將被復制的信號提供給具有與所述噪聲消除器陣列的噪聲消除器的結構等效結構的偽噪聲消除器。產生所述可變參考信號可以包括鏡像轉換所述噪聲消除器陣列內的偏移噪聲。產生所述可變參考信號可以包括將恒定的參考信號提供給具有與所述噪聲消除器陣列的噪聲消除器的結構等效結構的偽噪聲消除器。
通過提供與包括有源像素傳感器陣列和與該有源像素傳感器陣列對應的噪聲消除器陣列的CMOS圖像傳感器一起使用的裝置，可以獨立地實現本發(fā)明上述和其它特性和優(yōu)點中的至少一個。所述裝置包括用于產生將外部噪聲鏡像到有源像素傳感器陣列的可變參考信號并將該可變參考信號輸出給所述噪聲消除器陣列的可變參考信號發(fā)生器。
所述可變參考信號可以將用于提供功率的電源中的噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陳列。該裝置可以包括用于根據所述有源像素傳感器陣列中像素的像素功能和來自所述電源的功率建立復制信號的復制單元。所述可變參考信號發(fā)生器可以包括用于將被復制的信號和不變參考信號相加的比較器。所述復制單元可以包括其像素結構等效于所述有源像素傳感器陣列中的像素結構的光學黑像素，所述光學黑像素從所述電源接收功率。所述復制單元可以包括對等于所述有源像素傳感器陣列中的像素功率的輸入功率做出響應的等效電路。所述等效電路從所述電源接收功率。
所述可變參考信號可以包括鏡像所述噪聲消除器陣列中的轉換偏移噪聲。所述可變參考信號發(fā)生器可以包括其結構等效于所述噪聲消除器陣列的噪聲消除器的結構的偽噪聲消除器，所述偽噪聲消除器可以接收被復制的信號。所述可變參考信號鏡像噪聲消除器陣列中的轉換偏移噪聲。所述可變參考信號發(fā)生器可以包括其結構等效于所述噪聲消除器陣列的噪聲消除器的結構的偽噪聲消除器?？勺儏⒖夹盘柊l(fā)生器可以包括多個偽噪聲消除器。


對于本領域的技術人員來講，通過結合附圖對本發(fā)明范例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它特性和優(yōu)點將會變得更加明顯，其中圖1的一般性框圖示出了可使用本發(fā)明一個或多個方面的范例性CMOS圖像傳感器圖2示意性示出了可使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器的范例性像素圖3示意性示出了可使用本發(fā)明一個或多個方面的范例性CDS陣列；圖4示出了傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的時序圖；圖5的框圖示出了可使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器的第一范例性實施例；圖6示意性示出了根據具有范例性參考電壓發(fā)生器的本發(fā)明一個或多個方面使用的圖3所示的范例性CDS陣列；圖7示出了使用本發(fā)明一個或多個方面的范例性CMOS圖像的范例性時序圖；圖8示出了根據本發(fā)明一個或多個方面的參考電壓發(fā)生器的另一個范例性實施例；圖9的框圖示出了使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器的第二范例性實施例；和圖10示意性示出了根據本發(fā)明一個或多個方面的像素噪聲復制單元的范例性實施例。
具體實施例方式
下面將結合示出了本發(fā)明范例性實施例的附圖詳細描述本發(fā)明。但是，本發(fā)明可以不同的形式實施而不局限于這里所述的實施例。相反，提供這些實施例以使得該描述更加徹底和完整，并向本領域的技術人員傳達本發(fā)明的范圍。在上述范例性實施例的描述中，術語“低”和“高”分別表示邏輯相反的信號值或電平，例如，分別是“0”和“1”的邏輯值。術語“低”和“高”并不對應于任一特定的電壓值。在整個申請文本中，相同的參考數字指代相同的元件。
圖1的一般性框圖示出了可使用本發(fā)明一個或多個方面的范例性CMOS圖像傳感器，以及圖2示意性示出了可使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器的范例性像素22。
如圖1所示，CMOS圖像傳感器5可以包括行驅動器10、APS(有源像素傳感器)陣列20、CDS(關聯雙取樣)陣列30、數字代碼輸出單元40和參考電壓發(fā)生器50。
行驅動器10可以從控制器(未示出)接收定時信號和/或一個以上的控制信號，并可以將多個驅動信號提供給APS陣列20。驅動信號可以控制讀出操作，即，讀出APS陣列20的像素的被吸收的電荷。所述驅動信號可以包括例如復位信號RX、傳輸信號TX和/或像素選擇信號SEL。在本發(fā)明的實施例中，所述驅動信號可以按行的方式提供給APS陣列20，從而例如可以依次提供與APS陣列20的各行相對應的驅動信號。
APS陣列20可以包括多個像素22，像素22中的每一個可以具有圖2所示的范例性結構。像素22可以行與列(row-by-column)矩陣的形式排列并可以包括n行和m列，因此，所述APS陣列包括n×m個像素22，其中，n和m都是整數。像素22中的每一個可以吸收從圖像幀中的目標反射的光，并可以將所吸收光的功率轉換為電信號。如上所述，APS陣列20可以從行驅動器10接收多個驅動信號。由APS陣列20的像素22中的每一個所產生的電信號可以提供給CDS陣列30。
如圖2所示，像素22中的每一個都可以包括光電轉換元件PD、復位元件TRX、傳輸元件TTX、電荷檢測元件N、放大單元TAMP和選擇元件TSEL。
所述光電轉換元件PD可以是例如光電二極管、光電晶體管、光電門(photogate)和Pinned Photo Diode(PPD)等。所述光電轉換元件PD可以收集通過吸收從目標反射的光而產生的電荷。
傳輸元件TTX可以是例如用于將由所述光電轉換元件PD收集的電荷傳輸給電荷檢測元件N的開關或晶體管。所述傳輸元件TTX可以包括例如一個或多個晶體管。在所示的例子中，傳輸元件TTX可由傳輸信號TX控制。
復位元件TRX可以是例如用于傳輸所述復位信號RX的開關或晶體管。在所示的例子中，所述復位元件TRX由復位信號RX控制。復位元件TRX可以周期地復位電荷檢測元件N。如實施例所示，復位元件TRX可以具有連接到外部電源VDD_P的漏極。
電荷檢測元件N可以是例如浮動擴散(FD)區(qū)域。該電荷檢測元件N可以對應于傳輸元件TTX和放大單元TAMP之間的電節(jié)點，以及可以經過傳輸元件TTX分別接收由光點轉換元件PD所收集的電荷。如圖2所示范例性像素結構所示，電荷檢測元件N被連接到復位元件TRX的源極、放大單元TAMP的柵極和/或傳輸元件TTX。所述電荷檢測單元可以具有寄生電容，從而可以累積地收集電荷。在圖2所示的范例性像素結構中，示出了電容Cp，其可以對應于寄生電容而不對應于離散的附加組件。
放大器TAMP可以是例如與可以位于像素22外部的恒流發(fā)生器(未示出)相結合的源極跟隨放大器。放大器TAMP可以輸出一輸出信號OUT，該輸出信號OUT例如可以是與電荷檢測元件N所接收的電壓相對應的可變電壓。如該實施例所示，放大器TAMP的源極可以被連接到選擇元件TSEL的漏極以及選擇元件TSEL的漏極可以被連接到外部電源VDD_P。
選擇元件TSEL可以使能將按行的方式讀出的各像素22的選擇。當通過各像素選擇信號SEL選擇各像素22時，各像素22可以輸出像素輸出信號APS_O。如圖2中的例子所示，選擇元件TSEL的柵極可以接收各像素選擇信號SEL，選擇元件TSEL的源極可以被連接到偏流源IBIAS，其可以被連接到地電壓源VSS_P。
回過來看圖1，下面將提供對范例性CMOS圖像傳感器5的操作的總體描述。復位信號RX可以控制APS陣列20的像素22的復位操作。例如，可以施加與APS陣列20的第k行相對應的復位信號RXK以復位在APS陣列20的第k行中安排的一個或多個像素22?？梢越涍^連接行驅動器10和APS20的電路徑(未示出)提供各復位信號RX。所述傳輸信號TX可以控制傳輸元件TTX。
像素選擇信號SEL可以控制APS陣列20中像素22的選擇。例如，與APS陣列20的第k行對應的像素選擇信號SELk可以選擇排列在APS陣列20第k行中的一個或多個像素。各像素選擇信號SEL可以經過連接行驅動器10的相應電路徑提供給APS陣列20的相應行。
如上面所討論的，在范例性CMOS圖像傳感器5的工作期間，APS陣列20的n個行可以基于例如像素選擇信號SEL被例如順序選擇，在例如APS陣列20的被選擇行中的每個像素22可以輸出各自的輸出信號APS_O給CDS陣列30。例如，在具有n行和m列的范例性APS陣列20中，如上所述，在與APS陣列20的n個行中的一個所選行對應的時間周期內，m個APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m的被輸出給CDS30。由像素22之一提供的輸出信號的例如電壓的特征可以變化。例如，在復位信號取樣期間，各APS輸出信號的電壓可以對應于與提供給像素22的各復位信號RX相關的復位電壓Vres。另外，例如，在圖像信號取樣周期內，正在由同一像素22提供給CDS陣列30的各APS輸出信號的電壓可以對應于圖像信號電壓Vsig。
各APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m中的每一個都可以對應于可以各自的包括復位電壓Vres和圖像信號電壓Vsig的輸出電壓Vout。如圖4所示，所述復位電壓Vres和圖像信號電壓Vsig都可以由APS陣列20的各像素22順序提供給CDS陣列30。CDS30可以基于所接收的例如各復位電壓Vres和各圖像信號電壓Vsig的電壓執(zhí)行所關聯的雙取樣。
圖3示意性示出了使用本發(fā)明一個或多個方面的范例性CDS陣列30。如圖3所示，CDS30可以包括多個CDS電路32、34和36。雖然示出3個CDS電路32、34和36，但是，CDS陣列30可以包括任一數量的CDS電路32、34和36。CDS電路32、34和36中的每一個都可以包括一個或多個開關、一個或多個電容器和一個或多個比較器和/或放大器。如在該例中所示，CDS電路32、34和36中的每一個都可以包括例如S1、S2、S3和S4的4個開關、阻塞電容器C1、信號存儲電容器C2、信號傳輸電容器C3、比較器A1和放大器A2。
CDS陣列30可以包括例如m個CDS電路，即，一個CDS電路，用于該范例性APS陣列20的m列中的每一列，和m個CDS電路中的每一個分別接收包括各復位電壓Vres和各圖像信號電壓Vsig的各APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m，并可以分別輸出CDS輸出信號CDS_O_1到CDS_O_m。例如32、34和36中的每個CDS電路還可以接收參考信號REF和例如電壓斜波信號的斜波信號RAMP，如圖3所示。
如圖1所示，參考電壓發(fā)生器50可產生參考信號REF并將其提供給CDS陣列30。例如可以利用斜率信號發(fā)生器(未示出)將所述斜率信號PAMP提供給CDS陣列30。
如上所述以及如圖3所示，例如APS_O_1的包括各復位電壓Vres和各圖像信號電壓Vsig的各APS輸出信號可以被經過開關S1提供給各CDS電路32，以及斜率信號RAMP可以經過開關S2被提供給CDS電路32。阻塞電容器C1可以被連接在開關S1和信號存儲電容器C2以及開關S2之間。開關S3可以與比較器A1的輸入端IN和比較器A1的輸出端并連。參考信號REF可以提供給比較器A1的另一輸入端。信號傳輸電容器C3可以被連接在比較器A1的輸出端DIFF和放大器A2的輸入端之間。開關S4可以與放大器A2的輸入端和放大器A2的輸出端并連，其可以對應于CDS輸出信號CDS_O_1到CDS_O_m的各自一個。
圖4示出了傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的時序圖。為簡便起見，在圖4所示的時序圖中省略了復位信號RX、傳輸信號TX和像素選擇信號SEL。
如圖4所示，在執(zhí)行復位信號取樣的時間周期內，即，在時間(1)和時間(3)之間，各輸出電壓Vout可以相對高。特別是，在執(zhí)行復位信號取樣的時間周期內，與各像素22相關的各復位電壓RX可以是高的，即，由各像素22輸出的復位電壓Vres可以是高的。在執(zhí)行所述復位信號取樣時，開關S1、S2、S3和S4可以被導通。在圖4所示的例子中，開關S3在時間(2)關斷，而開關S1、S2和S4在時間(3)關斷。
這樣，如圖4所示，在執(zhí)行圖像信號取樣之前，即，在時間(3)和時間(4)之間，所述APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m的各電壓Vout被從所述復位電壓Vres減少由所述APS陣列20的相同的各像素22輸出的圖像信號電壓Vsig。在時間(4)和時間(5)之間的隨后圖像信號取樣的時間周期內，比較器A1輸入端處的電壓反映各APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m的各電壓Vout的壓降。從圖4所示的范例性時序圖可以看到，由所述電源(即，電源電壓VDD_P)所導致的噪聲被包括在各APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m的各電壓Vout中。例如，開關S3截止的時間(2)反映在正在被提供給比較器A1的各輸入電壓Vin中。
如圖4的時序圖所示，可以由參考電壓發(fā)生器50提供的參考信號REF的參考電壓Vref反映不可忽略或可忽略的噪聲量。
下面的關系示出了包括在各APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m的各輸出信號Vout中的噪聲對由CDS陣列30所輸出的生成信號的影響。
在復位信號取樣期間，例如，在時間(1)到時間(3)期間，噪聲對VIN_1、對VIN_1噪聲影響的Vref、Vref和Vdififf_res的影響可以表示如下
VIN_1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWERVref＝Vref∴Vdif_res＝VIN_1-Vref＝ΔVS3+ΔVPOWER如上所述，在時間(3)，開關S3可以截止并可以是在復位信號取樣周期內信號噪聲的主要原因。
在圖像信號取樣期間，例如，從時間(4)到時間(5)，噪聲對VIN_2、Vref和Vdiff_sig的影響可以表示如下VIN_2＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWer-VsigVref＝Vref∴Vdiff_sig＝VIN_2-Vref＝ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig在圖像取樣之后，例如，在時間(5)之后，噪聲對VIN_3、Vref和Vdiff_res_sig的影響可以表示如下VIN-2＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER-VsigVIN_3＝VIN-2+VRAMP+ΔVS1＝Vrfe+ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig+VRAMP+ΔVS1Vref＝Vref∴Vdiff_res_sig＝VIN_3-Vref＝ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig+VRAMP+ΔVS1如上所述，在時間(5)處，開關S1可以被截止并且可以是在圖像信號取樣周期內信號噪聲的主要原因。如能夠從反映噪聲對Vdiff_res_sig影響的最后等式所看出的，除了例如Vsig和VRAMP需要傳輸的分量以外，還存在ΔVS3、VPOWER和ΔVS1多種噪聲源。
如上所述，可以得到能夠減少和/或消除由例如電源和/或APS陣列20外部的源所導致的噪聲的CMOS圖像傳感器以及操作這種CMOS圖像傳感器的方法。
圖5的框圖示出了使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器105的第一范例性實施例。為簡便起見，只說明圖5所示的CMOS圖像傳感器105示例和與上述圖1-3描述相關的CMOS圖像傳感器之間的差異，。
與上述CMOS圖像傳感器5類似，CMOS圖像傳感器105可以包括行驅動器110、APS陣列120、CDS陣列130和數字代碼輸出單元140。本發(fā)明的多個方面可以使用參考電壓發(fā)生器150。CMOS圖像傳感器105也可以包括光學黑(OB)像素陣列122。
OB像素陣列122通?？梢蕴峁┰趫D像傳感器中，以執(zhí)行自動電平補償(ADLC)，即，用于像素的電壓電平偏移的補償。在本發(fā)明的某些實施例中，參考電壓發(fā)生器150可以使用OB像素陣列122來復制電源噪聲并將包括由位于CMOS圖像傳感器105的CDS陣列130外部的例如電源等導致噪聲的輸出信號OB_O提供給參考電壓發(fā)生器150。
如圖5所示，在本發(fā)明的實施例中，OB像素陣列122可以包括以一列或多列和一行或多行排列的多個OB像素。在本發(fā)明的某些實施例中，OB像素陣列122的行數可以對應于APS陣列120的行數，例如，OB像素陣列122可以具有n行。在本發(fā)明的某些實施例中，可以各種方式利用OB像素陣列122。所述OB像素陣列122中的一個、一些或所有列可以對應于APS陣列120的m列中的一列，以便復制例如電源噪聲的噪聲。
在本發(fā)明的OB像素陣列122包括多個與APS陣列120的多列對應的多列的實施例中，一些或所有的各輸出信號OB_O可以被作為到參考電壓發(fā)生器150的單一信號連接到一起。在本發(fā)明的OB像素陣列122包括與APS陣列120的多列對應的多列的另一些實施例中，可以分別使用所述OB像素陣列122的多列的各輸出信號OB_O中的每一個。在本發(fā)明所述OB像素陣列122包括與APS陣列122的多列對應的多列的其它實施例中，OB像素陣列122的輸出信號OB_O可以被分離成多個組，相應的多個各輸出信號OB_O可以被輸出給參考電壓發(fā)生器150。在本發(fā)明的實施例中，OB像素陣列120的每列的每個輸出信號OB_O可以基于OB像素陣列120的各列的一個、一些或所有的OB像素。
如圖5所示，范例性實施例的參考電壓發(fā)生器105可以從OB像素陣列122接收輸出信號OB_O，斜率信號RAMP_R和REF_OB，并經過放大器A3(在圖6中示出的)將REF_C信號提供給CDS陣列130。在本發(fā)明的某些實施例中，CDS陣列130、APS陣列120、數字代碼輸出單元140和行驅動器110可以具有例如與圖1-3所示的CMOS圖像傳感器的CDS陣列30、APS陣列20、數字代碼輸出單元40和行驅動器10相對應的結構。
在本發(fā)明的實施例中，斜率信號發(fā)生器(未示出)可以產生多個斜率信號，例如，RAMP_R和RAMP_C等。如圖5所示，RAMP_R信號可以提供給參考電壓發(fā)生器150以及RAMP_C信號可以提供給CDS陣列130。所述RAMP_R信號可以提供給參考電壓發(fā)生器150且不可以具有任何變化。在本發(fā)明的某些實施例中，在RAMP_C信號能夠開始增加的時間(6)之前、當時和之后，提供給參考電壓發(fā)生器105的RAMP_R信號可以是基本不變或完全不變的電壓信號。
在本發(fā)明的某些實施例中，REF_OB信號可以對應于由例如圖1中50所示的已知參考電壓發(fā)生器產生的無噪聲參考信號。
REF_C信號可以包括由例如CDS陣列130外部的因素所導致的噪聲。這些噪聲因素可以是例如由于接通/關斷開關操作所引起的和時鐘饋送噪聲和電源噪聲。在本發(fā)明的某些實施例中，參考電壓150可以使用OB像素陣列122從產生具有與CMOS圖像傳感器105的信號相同的或基本相同噪聲特性的信號，因此，輸出REF_C信號可以全部消除或基本全部消除CMOS圖像傳感器105內降低信號質量的噪聲。通過在CMOS圖像傳感器內提供例如包括所有或基本所有影響信號的噪聲衰減的REF_C信號的參考電壓信號，可以降低和/或抑制噪聲對圖像質量的影響。
為了減少和/或抑制可能由CDS陣列外部的源所導致的噪聲，參考電壓發(fā)生器150可以包括與CDS陣列130中的CDS電路對應的電路結構。在本發(fā)明的某些實施例中，參考電壓發(fā)生器150可以包括和相應CDS陣列130相同結構的CDS電路，因此，由于例如接通/關斷操作所引起的時鐘饋送噪聲可以被復制到所產生的參考電壓信號REF_C上。
圖6示意性示出了根據具有范例性參考電壓發(fā)生器150的本發(fā)明的一個或多個方面而使用的圖3所示的范例性CDS陣列130。下面將只說明圖6所示的CDS陣列130和圖3所示CDS陣列30之間的區(qū)別。
當圖6所示的CDS陣列130對應于圖3所示的CDS陣列30時，以上圖3所示的CDS陣列30可以使用本發(fā)明的一個或多個方面。特別是，除了例如電壓發(fā)生器50以外，本發(fā)明的某些實施例可以使用例如電壓發(fā)生器150的噪聲消除器代替例如電壓發(fā)生器50來消除可能由CDS陣列130以外(beyond theCDS array130)的因素所導致的噪聲。如參考圖6所討論的，參考電壓發(fā)生器150可以使用來自OB像素陣列122的輸出信號OB_O、RAMP_R信號、REF_OB信號和與相應CDS陣列130的CDS電路132、134和136的結構相對應的結構152以產生包括基本或完全對應于上述由例如電源和/或時鐘饋送、例如ΔVS3、ΔVPOWER和ΔVS1所導致的噪聲項的噪聲的參考電壓信號REF_C。
圖7示出了使用本發(fā)明一個或多個方面的范例性CMOS圖像的時序圖。開關S1、S2、S3和S4的操作可以對應于圖4所示的時序圖中的開關S1、S2、S3和S4的操作。RAMP_C信號可以對應于圖4所示的RAMP信號。如圖7所示，輸出電壓Vout信號可以基本或完全對應于圖4所示的Vout信號。
如上所述，在本發(fā)明的某些實施例中，提供給參考電壓發(fā)生器150的RAMP_R信號在RAMP_C信號可以開始增加的時間(6)之前、當時和之后可以基本上不變或完全不變的電壓信號。
另外，如上所述，在本發(fā)明的實施例中，可以基于來自OB像素陣列122的各輸出信號OB_O產生提供給CDS陣列130的參考電壓信號REF_C，其可以將例如電源噪聲復制到無噪聲參考電壓REF_OB上。由此，如圖7所示，在本發(fā)明的某些實施例中，比較器A1的輸出信號Vdiff可以不包括例如電源噪聲。特別是，在本發(fā)明的實施例中，REF_C信號的電壓信號Vref_c可以消除存在于Vout信號中的噪聲，從而使所生成的輸出電壓Vdiff不包括任何或基本上是所有的噪聲，例如電源噪聲。因此，本發(fā)明的實施例使能圖像信號的質量，因此，可以改進圖像信號的質量。
特別是，下面將描述噪聲對使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器的信號的影響。下面的關系示出了包括在各APS輸出信號APS_O_1到APS_O_m的各輸出電壓Vout中的噪聲對由CDS陣列130輸出的生成信號的影響。
在例如從時間(1)到時間(3)的復位信號取樣期間，噪聲對VIN_1、對VIN_1噪聲影響的Vref、Vref和Vdiff_res的影響可以表示如下VIN-1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOPOWERVIN_OB_1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER∴Vdiff_res＝VIN-1-VIN_OB_1＝0如上所述，在時間(3)，開關S3截止并且是復位信號取樣期間信號噪聲的主要原因。
在圖像信號取樣期間，例如，在從時間(4)到時間(5)期間，噪聲對VIN_2、VIN_OB_2和Vdiff_sig的影響如下
VI-N2＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER-VsigVIN_OB_2＝Vref+VS3+ΔVPWER∴Vdiff_sig＝VIN_2-VIN_OB_2＝-Vsig在圖像信號取樣之后，例如在時間(5)之后，噪聲對VIN_3、VIN_OB_3和Vdiff_res_sig的影響如下VIN_3＝VIN_2+VRAMP+ΔVS1＝Vref+VS1+ΔVPOWER-Vsig+VRAMP+VS1VIN_OB_3＝VIN_OB_2+ΔVS1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWR+ΔVS1∴Vdiff_ref_sig＝VIN-3-VIN_OB_3＝VRAMP-Vsig如上所述，在時間(5)處，開關S1可以關斷并且可以是在圖像信號取樣周期期間信號噪聲的主要原因.因此，與上述的CMOS圖像傳感器5相反，如能夠從反映噪聲對Vdiff_refs_sig信號的影響的最后等式看到的，可以消除例如ΔΔVS3、ΔVPOWER和ΔVS1的多源噪聲和例如Vsig、VRAMP等需要被傳輸的分量可以在沒有噪聲或基本沒有噪聲的情況下傳輸。
圖8示出了根據本發(fā)明的一個或多個方面參考電壓發(fā)生器的另一個范例性實施例。圖8中示出的參考電壓發(fā)生器150’的第二實施例對應于圖1所示的參考電壓發(fā)生器150的范例性實施例，但是，包括例如152、154的一個以上的相應CDS電路結構。由于放大器A3可以被連接到例如多個比較器A1上，所以，本發(fā)明的實施例可以使用例如152、154的多個這種相應的CDC電路結構，以便降低輸入電容對放大器A3的影響。雖然只示出了例如152和154的兩個相應的CDS電路結構，本發(fā)明的實施例可以使用兩個以上的相應CDS電路結構。所使用的相應CDS電路結構的數量可以對應于由各參考電壓發(fā)生器150所驅動的相應CDS陣列130的例如比較器A1的器件的數量。
圖9的框圖示出了使用本發(fā)明一個或多個方面的CMOS圖像傳感器的第二范例性實施例，圖10示意性示出了根據本發(fā)明一個或多個方面像素噪聲復制單元的范例性實施例。下面將只描述不同于上述圖5-8所述范例性實施例的本范例性實施例的幾個方面。
在圖9所示的范例性施例中，可以使用像素噪聲復制單元160來代替CMOS圖像傳感器105的OB像素陣列122。像素噪聲復制單元160可以將例如電源噪聲的像素噪聲復制到將被提供給參考電壓發(fā)生器150的輸出信號PNR_O。
如圖110所示，范例性的像素噪聲復制單元160可以包括例如電阻和開關的用于標度例如電源噪聲的像素噪聲電壓電平的器件。所述電源電壓VDD_P和地電源電壓VSS_P由向例如APS陣列120供電的同一電源提供。
陣列，已經描述了本發(fā)明的范例性實施例，盡管在這里使用了特定術語，但它們在這里的使用僅僅是為了解釋而不是試圖作為限制。在結合硬件方式描述了本發(fā)明的同時，也可以利用軟件的方式執(zhí)行本發(fā)明，例如，可以由具有包括數據在內的機械可訪問介質的人造制品加以執(zhí)行，當被所述機械訪問時，所述數據能夠使得該機械產生降低噪聲的信號。因此，本領域內的普通技術人員應當理解，在不脫離由本發(fā)明權利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍內可以做出各種改變。
權利要求
1.一種操作包括有源像素傳感器陣列和與該有源像素傳感器陣列對應的噪聲消除器陣列的CMOS圖像傳感器的方法，該方法包括產生可變參考信號，用于將外部的噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陣列上；將所述可變參考信號輸出給所述噪聲消除器陣列；和使用在所述噪聲消除器陣列中的該可變參考信號消除所述有源像素傳感器陣列內外的噪聲。
2.如權利要求1所述的方法，其中，產生所述可變參考信號包括將提供功率的電源中的噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陣列。
3.如權利要求2所述的方法，其中，鏡像電源中的噪聲包括根據所述有源像素傳感器陣列中像素的像素功能和來自所述電源的功率建立復制信號。
4.如權利要求3所述的方法，其中，產生所述可變參考信號還包括將所述復制信號加到恒定的參考信號上。
5.如權利要求3所述的方法，其中，建立復制信號包括提供具有與所述有源像素傳感器陣列中的像素的像素結構等效的像素結構的光學黑像素并將來自電源的功率提供給該光學黑像素。
6.如權利要求3所述的方法，其中，建立復制信號包括提供等于所述有源像素傳感器陣列中像素的輸入功率的輸入功率做出響應的等效電路并將來自所述電源的功率提供給該等效電路。
7.如權利要求3所述的方法，其中，產生所述可變參考信號還包括鏡像所述噪聲消除器陣列中的轉換偏移噪聲。
8.如權利要求7所述的方法，其中，產生所述可變參考信號還包括將所述復制信號提供給具有與噪聲消除器陣列的噪聲消除器結構等效結構的偽噪聲消除器。
9.如權利要求1所述的方法，其中，產生所述可變參考信號包括鏡像所述噪聲消除器陣列內的轉換偏移噪聲。
10.如權利要求9所述的方法，其中，產生所述可變參考信號還包括將恒定的參考信號提供給具有與所述噪聲消除器陣列的噪聲消除器等效結構的偽噪聲消除器。
11.一種和包括有源像素傳感器陣列和與該有源像素傳感器陣列對應的噪聲消除器陣列的CMOS圖像傳感器一起使用的裝置，該裝置包括可變參考信號發(fā)生器，用于產生可變參考信號，該可變參考信號將外部的噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陣列并將該可變參考信號輸出給所述噪聲消除器陣列。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，所述可變參考信號將提供功率的電源中的噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陣列。
13.如權利要求12所述的裝置，還包括復制單元，用于根據所述有源像素傳感器陣列中像素的像素功能和來自電源的功率建立復制信號。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述可變參考信號發(fā)生器包括比較器，用于將所述復制信號和恒定的參考信號相加。
15.如權利要求13所述的裝置，其中，所述復制單元包括其像素結構等效于所述有源像素傳感器陣列中的像素結構的光學黑像素，所述光學黑像素從所述電源接收功率。
16.如權利要求13所述的裝置，其中，所述復制單元包括對等于所述有源像素傳感器陣列中的像素的輸入功率的輸入功率做出響應的等效電路，該等效電路從所述電源接收功率。
17.如權利要求13所述的裝置，其中，所述可變參考信號還鏡像所述噪聲消除器陣列內的轉換偏移噪聲。
18.如權利要求17所述的裝置，其中，所述可變參考信號發(fā)生器包括具有與所述噪聲消除器陣列的噪聲消除器結構等效結構的偽噪聲消除器，所述偽噪聲消除器接收所述復制信號。
19.如權利要求11所述的裝置，其中，所述可變參考信號鏡像所述噪聲消除器陣列內的轉換偏移噪聲。
20.如權利要求19所述的裝置，其中，所述可變參考信號發(fā)生器包括具有與所述噪聲消除器陣列內的噪聲消除器的結構等效結構的偽噪聲消除器。
21.如權利要求20所述的裝置，其中，所述可變參考信號發(fā)生器包括多個偽噪聲消除器。
全文摘要
CMOS圖像傳感器可以包括有源像素傳感器陣列以及與該有源像素傳感器陣列對應的噪聲消除器陣列。操作這種CMOS圖像傳感器的方法可以包括產生將外部噪聲鏡像到所述有源像素傳感器陣列的可變參考信號，輸出該可變參考信號給噪聲消除器陣列，和使用在噪聲消除器陣列中的可變參考信號來消除有源像素查陣列內外的噪聲。
文檔編號H01L27/146GK1980335SQ20061013558
公開日2007年6月13日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權日2005年12月8日
發(fā)明者李明洙, 韓準秀 申請人:三星電子株式會社