專利名稱：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像傳感器系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明構(gòu)思涉及電子學(xué)領(lǐng)域，更具體地講，涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
典型地，圖像傳感器可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器將從單位像素(unit Pixel)輸出的模擬信號(hào)(即，像素輸出電壓)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。詳細(xì)地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可通過將像素輸出電壓與斜坡電壓進(jìn)行比較并且對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)直到斜坡電壓等于像素輸出電壓為止，來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然而，由于傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可使用多個(gè)斜坡電壓或者包括采樣電容器，因此可發(fā)生各種問題，諸如功耗過大、偏移失配和斜坡電壓斜率失配。因此，具有傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器可能不會(huì)產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例可提供模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像傳感器系統(tǒng)及其操作方法。根據(jù)這些實(shí)施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)可包括多輸入比較單元，被配置以將來自圖像傳感器的像素電壓、包括在ADC操作的粗略模式期間修改的階梯電壓的比較電壓以及包括在ADC操作的精細(xì)模式期間修改的斜坡電壓的斜坡電壓進(jìn)行比較，以提供指示與斜坡電壓組合的比較電壓大于像素電壓還是小于像素電壓的比較結(jié)果信號(hào)；選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元，可接收比較結(jié)果信號(hào)和指示ADC操作在粗略模式或者精細(xì)模式下的模式控制信號(hào)，以提供允許在粗略模式下修改比較電壓以及在精細(xì)模式下保持比較電壓不變的選擇控制信號(hào)；參考電壓選擇單元，可接收控制比較電壓的修改的選擇控制信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，多輸入比較單元還被配置以將像素電壓、比較電壓、斜坡電壓以及包括在粗略模式期間彼此提供的初始比較電壓的斜坡初始電壓進(jìn)行比較。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，ADC可還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括可接收比較結(jié)果信號(hào)的計(jì)數(shù)器電路，被配置以在粗略模式期間和在精細(xì)模式期間確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位(MSB)存儲(chǔ)器電路被配置以存儲(chǔ)表示在粗略模式期間確定的像素值的第一部分的多個(gè)MSB;最低有效位(LSB)存儲(chǔ)器電路可被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB;組合器電路可被配置以組合 MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，ADC可還包括相關(guān)雙采樣單元，與多輸入比較單元耦接并且可被配置以通過從與復(fù)位電壓對(duì)應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)中減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，ADC可還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元可包括計(jì)數(shù)器電路，接收比較結(jié)果信號(hào)以確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位(MSB)存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在粗略模式期間確定的像素值的第一部分的多個(gè)MSB ；最低有效位(LSB)存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB ；組合器，可被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，ADC可還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，僅操作在精細(xì)模式下并且接收比較結(jié)果信號(hào)以確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位(MSB)存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示像素值的第一部分的多個(gè) MSB;最低有效位(LSB)存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示由計(jì)數(shù)器電路確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB ；組合器，被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)；并且ADC 還可包括MSB產(chǎn)生單元，被配置以接收比較結(jié)果信號(hào)以使用逐次逼近來產(chǎn)生MSB，其中， MSB被提供給數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元以存儲(chǔ)在最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路中。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，ADC還可包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，可接收比較結(jié)果信號(hào)以在精細(xì)模式期間確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位(MSB)存儲(chǔ)器電路，可被配置以存儲(chǔ)表示在粗略模式期間確定的像素值的第一部分的多個(gè)MSB ；最低有效位(LSB)存儲(chǔ)器電路，可被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB ；組合器，可被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元可被配置以存儲(chǔ)指示在粗略模式期間產(chǎn)生的比較電壓用作最終比較電壓的值，ADC還可包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元和MSB產(chǎn)生單元，其中，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，可接收比較結(jié)果信號(hào)以在精細(xì)模式期間確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位(MSB)存儲(chǔ)器電路，可被配置以存儲(chǔ)表示像素值的第一部分的多個(gè)MSB ；最低有效位(LSB)存儲(chǔ)器電路，可被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB ；組合器，可被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)，其中，MSB產(chǎn)生單元被配置以將所述值應(yīng)用到查找表以將該值與 MSB映射，其中，MSB被提供給數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元以存儲(chǔ)在最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路中。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，參考電壓選擇單元可包括移位寄存器電路， 可被配置以加載與初始比較電壓相應(yīng)的初始移位寄存器值并且配置以響應(yīng)于選擇控制信號(hào)將初始移位寄存器值移位，以提供與各階梯的比較電壓相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)的序列；比較電壓開關(guān)，每個(gè)比較電壓開關(guān)可被配置以響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行操作，以選擇性地提供各個(gè)階梯比較電壓作為比較電壓。在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例中，可通過將來自圖像傳感器的像素電壓、包括在ADC操作的粗略模式期間修改的階梯電壓的比較電壓以及包括在ADC操作的精細(xì)模式期間修改的斜坡電壓的斜坡電壓彼此進(jìn)行比較，以提供指示與斜坡電壓組合的比較電壓大于像素電壓還是小于像素電壓的比較結(jié)果信號(hào)來提供一種操作ADC電路的方法。當(dāng)接收到比較結(jié)果信號(hào)和指示ADC操作在粗略模式或者精細(xì)模式下的模式控制信號(hào)時(shí)，可產(chǎn)生選擇控制信號(hào)以允許在粗略模式下修改比較電壓以及在精細(xì)模式下保持比較電壓不變?？身憫?yīng)于選擇控制信號(hào)來修改比較電壓。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其他實(shí)施例也在這里進(jìn)行描述。


圖1是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖2是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的多輸入比較單元的示例的框圖。圖3是示出圖2的多輸入比較單元的示例的電路圖。圖4是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的多輸入比較單元的另一示例的框圖。圖5是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元的示例的框圖。圖6是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的參考電壓選擇單元的示例的框圖。圖7是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元的示例的框圖。圖8是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在粗略比較模式下的操作的流程圖。圖9是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在精細(xì)比較模式下的操作的流程圖。圖10是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的示例的時(shí)序圖。圖11是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的另一示例的時(shí)序圖。圖12是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖13是示出在圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的相關(guān)雙采樣單元的示例的電路圖。圖14是示出在圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的斜坡偏移消除單元的示例的電路圖。圖15是示出在圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的相關(guān)雙采樣單元和斜坡偏移消除單元的示例的電路圖。圖16是示出圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的流程圖。圖17是示出圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的示例的時(shí)序圖。圖18是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖19是示出在圖18的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中基于二叉搜索樹算法確定所選擇的參考電壓的示例的示圖。圖20是示出在圖18的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中計(jì)算最高有效位的示例的框圖。圖21是示出圖18的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的示例的時(shí)序圖。圖22是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖23是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖M是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖25是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的方法的流程圖。圖沈是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器的框圖。圖27是示出在圖沈的圖像傳感器的有源像素陣列中的單位像素的電路圖。圖觀是示出具有圖27的圖像傳感器的電子裝置的示例的框圖。圖四是示出用于圖觀的電子裝置的接口的示例的框圖。
具體實(shí)施例方式下文將參照顯示一些示例實(shí)施例的附圖來更全面地描述各種示例實(shí)施例。然而， 可以以許多不同形式來實(shí)施本發(fā)明構(gòu)思并且本發(fā)明構(gòu)思不應(yīng)被解釋為受限于這里闡述的示例實(shí)施例。然而，提供這些示例實(shí)施例以便本公開將是徹底和完整的，并且將本發(fā)明構(gòu)思的范圍全部轉(zhuǎn)達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，可放大層和區(qū)域的大小以及相對(duì)大小。相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。
將理解，盡管術(shù)語第一、第二、第三等在這里可被使用以描述各種元件，這些元件不應(yīng)由這些術(shù)語來限制。這些術(shù)語用于將一個(gè)元件與另一元件區(qū)分。因此，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件可能被稱為第二元件。如這里所使用，術(shù)語“和 /或”包括一個(gè)或多個(gè)的相關(guān)所列項(xiàng)目的任何組合或所有組合。將理解，當(dāng)元件被稱為與另一元件“連接”或“耦接”時(shí)，該元件可與另一元件直接連接或耦接，或者可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為與另一元件“直接連接”或“直接耦接”時(shí)，不存在中間元件。應(yīng)該以類似的方式(例如，“之間”相對(duì)“直接之間”，“相鄰”相對(duì) “直接相鄰”)來解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞語。這里使用的術(shù)語僅是用于描述特定示例實(shí)施例的目的并且不意于限制本發(fā)明構(gòu)思。如這里所使用，除非上下文清楚地指明，否則，單數(shù)形式意于也包括復(fù)數(shù)形式。還將理解，當(dāng)在說明書中使用術(shù)語“包括”時(shí)，術(shù)語“包括”指定存在所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、 組件和/或其組合。除非有相反限定，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與由本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。還將理解，除非這里有清楚限定，否則術(shù)語(諸如常用字典中限定的那些術(shù)語)應(yīng)被解釋為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的含義一致的含義，并且不將以理想化或過度形式來解釋。圖1是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。參照?qǐng)D1，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可包括參考電壓選擇單元120、多輸入比較單元140、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180。參考電壓選擇單元120可通過基于選擇控制信號(hào)SCS選擇參考電壓之一來輸出所選擇的參考電壓CV (這里有時(shí)被稱為比較電壓)。詳細(xì)地，當(dāng)用于更新所選擇的參考電壓CV 的選擇控制信號(hào)SCS被輸入時(shí)，參考電壓選擇單元120可改變所選擇的參考電壓CV，而當(dāng)用于維持所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS被輸入時(shí)，參考電壓選擇單元120可不改變所選擇的參考電壓CV。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV以前，用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可被輸入，在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV 之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，用于維持選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可被輸入。參考電壓選擇單元120可在粗略比較模式下基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性的第一時(shí)間點(diǎn)來確定最終參考電壓FCV。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，參考電壓選擇單元120可維持最終參考電壓FCV。 例如，參考電壓選擇單元120在第一時(shí)間點(diǎn)可將最終參考電壓FCV確定為所選擇的參考電壓CV。在一個(gè)示例實(shí)施例中，參考電壓選擇單元120可包括參考電壓控制塊和參考電壓輸出塊。參考電壓控制塊可基于選擇控制信號(hào)SCS來產(chǎn)生用于選擇所選擇的參考電壓CV的輸出控制信號(hào)。參考電壓輸出塊可基于輸出控制信號(hào)來輸出參考電壓之一?？赏ㄟ^具有多個(gè)串聯(lián)的觸發(fā)器的移位寄存器來實(shí)現(xiàn)參考電壓控制塊?？赏ㄟ^用于選擇參考電壓之一的多個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)參考電壓輸出塊。在這種情況下，用于更新選擇參考電壓CV的選擇控制信號(hào) SCS可對(duì)應(yīng)于通過讓時(shí)鐘信號(hào)CLK通過而產(chǎn)生的信號(hào)，用于維持選擇參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可對(duì)應(yīng)于通過阻止時(shí)鐘信號(hào)CLK而產(chǎn)生的信號(hào)。然而，參考電壓選擇單元120 的實(shí)現(xiàn)方式不限于此。
在一個(gè)示例實(shí)施例中，參考電壓可包括第一至第η參考電壓。這里，η是大于1的整數(shù)。隨著η的增加，參考電壓(S卩，第一至第η參考電壓)可增加預(yù)定電壓。例如，第二參考電壓可比第一參考電壓高出預(yù)定電壓，第三參考電壓可比第二參考電壓高出預(yù)定電壓， 第η參考電壓可比第(η-1)參考電壓高出預(yù)定電壓。在粗略比較模式下確定最終參考電壓 FCV以前，參考電壓選擇單元120可順序輸出參考電壓(即，第一至第η參考電壓)作為所選擇的參考電壓CV。此外，在粗略比較模式下基于第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，參考電壓選擇單元120可輸出最終參考電壓FCV。也就是，所選擇的參考電壓CV可階梯式地增加，并在第一時(shí)間點(diǎn)可被確定為最終參考電壓FCV。在粗略比較模式下，斜坡電壓RV可維持為斜坡初始電壓RIV，并且在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓RV 可以按照預(yù)定斜率增加。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓RV可按照預(yù)定斜率增加預(yù)定電壓的整數(shù)倍。如上所述，可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性的第一時(shí)間點(diǎn)來確定最終參考電壓FCV。例如，當(dāng)比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性(例如，負(fù)極性)改變?yōu)榈诙O性(例如，正極性)，同時(shí)第m參考電壓被選作為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第m參考電壓在第一時(shí)間點(diǎn)可被確定為最終參考電壓FCV。在另一示例實(shí)施例中，參考電壓可包括第一至第η參考電壓。這里，η是大于1的整數(shù)。隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓)可減小預(yù)定電壓。例如，第二參考電壓可比第一參考電壓低預(yù)定電壓，第三參考電壓可比第二參考電壓低預(yù)定電壓，第η 參考電壓可比第(η-1)參考電壓低預(yù)定電壓。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV以前，參考電壓選擇單元120可順序輸出參考電壓(即，第一至第η參考電壓)作為所選擇的參考電壓CV。此外，在粗略比較模式下基于第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV之后在精細(xì)比較模式結(jié)束之前，參考電壓選擇單元120可輸出最終參考電壓FCV。也就是，所選擇的參考電壓CV可階梯式地減小，并在第一時(shí)間點(diǎn)可被確定為最終參考電壓FCV。在粗略比較模式下，斜坡電壓RV可維持為斜坡初始電壓RIV，而在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓RV可以按照預(yù)定斜率減小。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓RV可按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓的整數(shù)倍。如上所述，可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性的第一時(shí)間點(diǎn)來確定最終參考電壓FCV。例如，當(dāng)比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性 (例如，正極性)改變?yōu)榈诙O性(例如，負(fù)極性)，同時(shí)第m參考電壓被選作為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第m參考電壓在第一時(shí)間點(diǎn)可被確定為最終參考電壓FCV。多輸入比較單元140可基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。多輸入比較單元140可包括用于接收所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV的輸入端子。如上所述，所選擇的參考電壓CV階梯式地增加或減小，并且從比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性的第一時(shí)間點(diǎn)，可被選作為最終參考電壓FCV。在粗略比較模式下，斜坡電壓RV可維持為斜坡初始電壓RIV，并且在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓RV可按照預(yù)定斜率增加或減小預(yù)定電壓的整數(shù)倍。在一個(gè)示例實(shí)施例中，多輸入比較單元140可包括第一計(jì)算塊、第二計(jì)算塊和放大塊。第一計(jì)算塊可產(chǎn)生所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV 之間的第一電壓差。第二計(jì)算塊可產(chǎn)生斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差。放大塊可通過放大第一電壓差和第二電壓差之間的差來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。例如， 多輸入比較單元140可使用下面的[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。
[表達(dá)式1]CRS = A(CV-PV+RIV-RV)(這里，CRS表示比較結(jié)果信號(hào)，A表示放大塊的電壓增益，CV表示所選擇的參考電壓，PV表示像素輸出電壓，RIV表示斜坡初始電壓，RV表示斜坡電壓。)模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過基于一個(gè)斜坡電壓RV操作粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式來將模擬信號(hào)(即，像素輸出電壓PV)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這里，粗略比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有第一邏輯電平的時(shí)間段，精細(xì)比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有第二邏輯電平的時(shí)間段。當(dāng)多輸入比較單元140在粗略比較模式下產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS時(shí)，由于斜坡電壓RV被維持為斜坡初始電壓RIV，斜坡電壓RV和斜坡初始電壓 RIV之間的第二電壓差可以是0。因此，粗略比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)CRS可主要取決于所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差。當(dāng)多輸入比較單元140在精細(xì)比較模式下產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS時(shí)，所選擇的參考電壓CV與像素輸出電壓PV之間的第一電壓差可具有通過從最終參考電壓FCV減去像素輸出電壓PV而產(chǎn)生的常數(shù)值。也就是，在精細(xì)比較模式下，像素輸出電壓PV可以固定，并且所選擇的參考電壓CV可被維持為最終參考電壓FCV。因此，精細(xì)比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)CRS可主要取決于斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差。選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS和比較模式信號(hào)SC來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)SCS。如上所述，粗略比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有第一邏輯電平的時(shí)間段，精細(xì)比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有第二邏輯電平的時(shí)間段。詳細(xì)地， 在基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性的第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV以前，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可輸出用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS。在基于第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV(即，在第一時(shí)間點(diǎn)的所選擇的參考電壓CV)之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可輸出用于維持最終參考電壓FCV的選擇控制信號(hào)SCS。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可通過邏輯元件(例如，AND門) 來實(shí)現(xiàn)選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160。邏輯元件可通過對(duì)比較結(jié)果信號(hào)CRS、時(shí)鐘信號(hào)CLK和比較模式信號(hào)SC執(zhí)行邏輯操作來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)SCS。例如，當(dāng)隨著η的增加，參考電壓 (即，第一至第η參考電壓)可減小預(yù)定電壓時(shí)，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可在粗略比較模式下比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性(例如，正極性)改變?yōu)榈诙O性(例如，負(fù)極性)的第一時(shí)間點(diǎn)以前，產(chǎn)生用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS (例如，通過讓時(shí)鐘信號(hào)CLK通過)，并且選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可在基于第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，產(chǎn)生用于維持最終參考電壓FCV的選擇控制信號(hào)SCS (例如，通過阻止時(shí)鐘信號(hào)CLK)。數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180可通過基于比較結(jié)果信號(hào)CRS對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù) (即，時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)方法)來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。例如，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180可以是具有至少一個(gè)計(jì)數(shù)器塊和至少一個(gè)存儲(chǔ)器塊的計(jì)數(shù)器鎖存單元。這里， 可由多個(gè)存儲(chǔ)裝置(諸如，鎖存器、觸發(fā)器等)來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器塊。然而，存儲(chǔ)裝置的實(shí)現(xiàn)方式不限于此。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可以在雙重模式(即，粗略比較模式和精細(xì)比較模式)下操作。 因此，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180可在粗略比較模式下在比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性(即，第一時(shí)間點(diǎn))以前，通過對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算最高有效位 (MSB)，并且可在精細(xì)比較模式下在比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第二極性改變?yōu)榈谝粯O性 (即，第二時(shí)間點(diǎn))之后，通過對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算最低有效位(LSB)，并且數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180可通過將MSB和LSB進(jìn)行求和來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS。然后，可通過數(shù)字信號(hào)處理(DSP)電路來將數(shù)字信號(hào)DS顯示為圖像。在一個(gè)示例實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元 180可包括計(jì)數(shù)器塊、第一存儲(chǔ)器塊、第二存儲(chǔ)器塊以及求和塊。計(jì)數(shù)器塊可通過基于比較結(jié)果信號(hào)CRS對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算MSB和LSB。在粗略比較模式下，第一存儲(chǔ)器塊可存儲(chǔ)MSB。在精細(xì)比較模式下，第二存儲(chǔ)器塊可存儲(chǔ)LSB。求和塊可通過對(duì)MSB和LSB進(jìn)行求和來輸出數(shù)字信號(hào)DS。例如，計(jì)數(shù)器塊可對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)，以從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到粗略比較模式下的第一時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生MSB。此外，計(jì)數(shù)器塊可對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)，以從精細(xì)比較模式下的第二時(shí)間點(diǎn)到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生LSB。MSB和LSB可被分別存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器塊和第二存儲(chǔ)器塊。求和塊可通過對(duì)MSB和LSB進(jìn)行求和來輸出數(shù)字信號(hào)DS。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器100使用一個(gè)斜坡電壓RV，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可防止偏移失配和斜坡電壓斜率失配，并且由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器100包括多輸入比較器140而不包括采樣電容器，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可防止(或減小)時(shí)間噪聲以及不必要的功耗。由于在參考電壓選擇單元120、多輸入比較器140、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180之間(即，形成回路)執(zhí)行反饋操作，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可使用一個(gè)斜坡電壓RV來操作雙重模式(即粗略比較模式和精細(xì)比較模式)。其結(jié)果是，具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器100的圖像傳感器可產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可具有如圖1所示的簡單結(jié)構(gòu)。因此，盡管圖像傳感器中的幀率、位分辨率和單位像素的數(shù)量可被增加，但是模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可減小功耗以及信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間。在具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器100的圖像傳感器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100的數(shù)量可以與耦接有源像素陣列的列線(column line)的數(shù)量相同。此外，列線可分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 100耦接。圖2是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的多輸入比較單元的示例的框圖。參照?qǐng)D2，多輸入比較單元140可包括第一計(jì)算塊142、第二計(jì)算塊144和放大塊 146。如上所述，多輸入比較單元140可在粗略比較模式下基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS，并且多輸入比較單元140可在精細(xì)比較模式下基于最終參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV 和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。第一計(jì)算塊142可接收所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV，并可產(chǎn)生所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差FDS。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可通過邏輯元件(諸如，減法元件)來實(shí)現(xiàn)第一計(jì)算塊142。然而，第一計(jì)算塊142的實(shí)現(xiàn)方式不限于此。第二計(jì)算塊144可接收斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV，并可產(chǎn)生斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差SDS。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可通過邏輯元件(諸如，減法元件)來實(shí)現(xiàn)第二計(jì)算塊144。然而，第二計(jì)算塊144的實(shí)現(xiàn)方式不限于此。如上所述， 在粗略比較模式下，斜坡電壓RV可被維持為斜坡初始電壓RIV。因此，第二電壓差SDS可對(duì)應(yīng)于0。在精細(xì)比較模式下，第二電壓差SDS的大小可增加。放大塊146可接收從第一計(jì)算塊142輸出的第一電壓差FDS和從第二計(jì)算塊144輸出的第二電壓差SDS,并且可通過放大第一電壓差FDS和第二電壓差SDS之間的差來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可使用一個(gè)斜坡電壓RV來操作雙重模式(即粗略比較模式和精細(xì)比較模式)。詳細(xì)地，多輸入比較單元140可在粗略比較模式下基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV來輸出比較結(jié)果信號(hào)CRS，并且多輸入比較單元140可在精細(xì)比較模式下基于最終參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV來輸出比較結(jié)果信號(hào)CRS。在粗略比較模式下，由于斜坡電壓RV與斜坡初始電壓RIV相同，因此第二電壓差 SDS可以是0。因此，在粗略比較模式下，多輸入比較單元140可通過放大第一電壓差FDS 來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS，并且可基于在第一時(shí)間點(diǎn)的比較結(jié)果信號(hào)CRS來確定最終參考電壓FCV。在精細(xì)比較模式下，多輸入比較單元140可通過放大第一電壓差FDS和第二電壓差SDS之間的差來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS，并可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS來檢測像素輸出電壓PV的電壓電平。如上所述，當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓CVl至 CVn)增加預(yù)定電壓時(shí)，斜坡電壓RV在粗略比較模式下可被維持為斜坡初始電壓RIV，并且斜坡電壓RV在精細(xì)比較模式下可按照預(yù)定斜率增加預(yù)定電壓的整數(shù)倍。此外，當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓CVl至CVn)減小預(yù)定電壓時(shí)，斜坡電壓RV在粗略比較模式下可被維持為斜坡初始電壓RIV，并且斜坡電壓RV在精細(xì)比較模式下可按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓的整數(shù)倍。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可基于一個(gè)斜坡電壓RV在包括粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式下操作。其結(jié)果是，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可防止(或減小)偏移失配和斜坡電壓斜率失配，并且可防止(或減小)由于采樣電容器導(dǎo)致的時(shí)間噪聲和不必要的功耗。圖3是示出圖2的多輸入比較單元的示例的電路圖。參照?qǐng)D3，多輸入比較單元140可包括第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0Q晶體管 PMl、第二 PMOS晶體管ΡΜ2、第一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管匪1、第二 NMOS晶體管ΝΜ2、第三NMOS晶體管ΝΜ3、第四NMOS晶體管ΝΜ4、第五NMOS晶體管ΝΜ5和第六NMOS晶體管ΝΜ6。第一 PMOS晶體管PMl的源極可與電源電壓VDD耦接，第一 PMOS晶體管PMl的柵極可與第二 PMOS晶體管ΡΜ2的柵極耦接，并且第一 PMOS晶體管PMl的漏極可與輸出節(jié)點(diǎn) OUT耦接。第二 PMOS晶體管PM2的源極可與電源電壓VDD耦接，第二 PMOS晶體管PM2的柵極可與第一 PMOS晶體管PMl的柵極以及第二 PMOS晶體管PM2的漏極耦接，并且第二 PMOS 晶體管PM2的漏極可與第二 NMOS晶體管匪2的漏極耦接。第一 NMOS晶體管匪1的漏極可與輸出端子OUT耦接，像素輸出電壓PV可輸入到第一 NMOS晶體管匪1的柵極，并且第一 NMOS晶體管匪1的源極可與第五NMOS晶體管匪5 的漏極耦接。第二 NMOS晶體管匪2的漏極可與第二 PMOS晶體管PM2的漏極耦接，所選擇的參考電壓CV可輸入到第二 NMOS晶體管匪2的柵極，并且第二 NMOS晶體管匪2的源極可與第五NMOS晶體管匪5的漏極耦接。第三NMOS晶體管匪3的漏極可與輸出端子OUT耦接， 斜坡初始電壓RIV可輸入到第三NMOS晶體管匪3的柵極，并且第三NMOS晶體管匪3的源極可與第六NMOS晶體管NM6的漏極耦接。第四NMOS晶體管NM4的漏極可與第二 PMOS晶體管PM2的漏極耦接，斜坡電壓RV可輸入到第四NMOS晶體管NM4的柵極，并且第四NMOS 晶體管NM4的源極可與第六NMOS晶體管NM6的漏極耦接。
第五NMOS晶體管匪5的漏極可與第一 NMOS晶體管匪1的源極和第二 NMOS晶體管匪2的源極耦接，時(shí)間信號(hào)TS可輸入到第五NMOS晶體管匪5的柵極，并且第五NMOS晶體管匪5的源極可與接地電壓GND耦接。第六NMOS晶體管NM6的漏極可與第三NMOS晶體管匪3的源極和第四NMOS晶體管NM4的源極耦接，時(shí)間信號(hào)TS可輸入到第六匪OS晶體管 NM6的柵極，并且第六NMOS晶體管NM6的源極可與接地電壓GND耦接。第一 PMOS晶體管PMl和第二 PMOS晶體管PM2、第一 NMOS晶體管NMl和第二 NMOS 晶體管匪2以及第五NMOS晶體管匪5構(gòu)成第一差分放大器，第一 PMOS晶體管PMl和第二 PMOS晶體管PM2、第三匪OS晶體管匪3和第四匪OS晶體管匪4以及第六晶體管匪6構(gòu)成第二差分放大器，第一差分放大器和第二差分放大器彼此交叉耦接。如圖3所示，第一差分放大器可在第一 NMOS晶體管匪1的柵極接收像素輸出電壓PV，可在第二 NMOS晶體管匪2的柵極接收所選擇的參考電壓CV，并且可通過放大所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差來產(chǎn)生第一放大的電壓差(即， A (CV-PV))。類似地，第二差分放大器可在第三NMOS晶體管匪3的柵極接收斜坡初始電壓 RIV,可在第四NMOS晶體管NM4的柵極接收斜坡電壓RV，并且可通過放大斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差來產(chǎn)生第二放大的電壓差(即，A(RV-RIV))?？赏ㄟ^由第一 PMOS晶體管PMl和第二 PMOS晶體管PM2以及第五NMOS晶體管匪5和第六NMOS晶體管NM6實(shí)現(xiàn)的電流鏡(current mirror)，在輸出端子OUT將第一放大的電壓差(即，A(CV-PV))和第二放大的電壓差(即，A(RV-RIV))之間的電壓差(即， A(CV-PV+RIV-RV))輸出為比較結(jié)果信號(hào)CRS。如上所述，多輸入比較單元140可接收所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV，并且可基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV來輸出比較結(jié)果信號(hào)CRS。 然而，多輸入比較單元140的結(jié)構(gòu)不限于此。圖4是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的多輸入比較單元的另一示例的框圖。參照?qǐng)D4，多輸入比較單元140可包括三個(gè)輸入端子。在這種情況下，多輸入比較單元140可包括計(jì)算塊147和放大塊148。如圖4所示，多輸入比較單元140可不接收斜坡初始電壓RIV。計(jì)算塊147可接收所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV，并且可產(chǎn)生所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差FDS。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可由邏輯元件(諸如，減法元件)來實(shí)現(xiàn)計(jì)算塊147。然而，計(jì)算塊147的實(shí)現(xiàn)方式不限于此。放大塊 148可接收斜坡電壓RV和從計(jì)算塊147輸出的第一電壓差FDS，并且可通過放大第一電壓差FDS和斜坡電壓RV之間的差來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。圖5是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元的示例的框圖。參照?qǐng)D5，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可包括邏輯元件162。邏輯元件162可對(duì)比較結(jié)果信號(hào)CRS、時(shí)鐘信號(hào)CLK和比較模式信號(hào)SC執(zhí)行邏輯操作以產(chǎn)生選擇控制信號(hào)SCS。 根據(jù)一些示例實(shí)施例，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可通過僅使用比較結(jié)果信號(hào)CRS和比較模式信號(hào)SC來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)SCS。在這種情況下，時(shí)鐘信號(hào)CLK可不輸入到選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160。在粗略比較模式下在比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性改變(即，第一時(shí)間點(diǎn))以前，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可輸出用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS，并且在粗略比較模式下比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性改變(即，第一時(shí)間點(diǎn))之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可輸出用于維持所選擇的參考電壓CV( S卩，最終參考電壓)的選擇控制信號(hào)SCS。在一個(gè)示例實(shí)施例中，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可以是AND門。 AND門可對(duì)比較結(jié)果信號(hào)CRS、時(shí)鐘信號(hào)CLK和比較模式信號(hào)SC執(zhí)行AND邏輯操作。例如， 當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(S卩，第一至第η參考電壓CVl至CVn)減小預(yù)定電壓時(shí)，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)將時(shí)鐘信號(hào)CLK輸出為選擇控制信號(hào)SCS。這里，粗略比較模式下的比較模式信號(hào)SC可具有邏輯“高”電平。選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可從第一時(shí)間點(diǎn)到粗略比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)輸出具有邏輯“低” 電平的選擇控制信號(hào)SCS。在精細(xì)比較模式下，比較模式信號(hào)SC具有邏輯“低”電平。其結(jié)果是，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160可在精細(xì)比較模式下輸出具有邏輯“低”電平的選擇控制信號(hào)SCS。如上所述，當(dāng)選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160輸出用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS時(shí)，參考電壓選擇單元120可將參考電壓(即，第一至第η參考電壓CVl至 CVn)之一選為所選擇的參考電壓CV。當(dāng)選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160輸出用于維持所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS時(shí)，參考電壓選擇單元120可將所選擇的參考電壓CV 維持為最終參考電壓FCV。圖6是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的參考電壓選擇單元的示例的框圖。參照?qǐng)D6，參考電壓選擇單元120可包括參考電壓控制塊122和參考電壓輸出塊 124。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV之前，參考電壓選擇單元120可改變所選擇的參考電壓CV，并且從第一時(shí)間點(diǎn)到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，參考電壓選擇單元120 可將所選擇的參考電壓CV維持為最終參考電壓FCV。參考電壓控制塊122可基于從選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160輸入的選擇控制信號(hào) SCS來產(chǎn)生用于選擇所選擇的參考電壓CV的第一至第η的控制信號(hào)OCSl至OCSn。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可由具有串聯(lián)的第一至第η觸發(fā)器123_1至123_η的移位寄存器來實(shí)現(xiàn)參考電壓控制塊122。當(dāng)從選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160輸入用于更新所選擇的參考電壓CV 的選擇控制信號(hào)SCS時(shí)，參考電壓控制塊122可通過改變第一至第η輸出控制信號(hào)OCSl至 OCSn來改變所選擇的參考電壓CV。當(dāng)從選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元160輸入用于維持所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS時(shí)，參考電壓控制塊122可通過維持第一至第η輸出控制信號(hào)OCSl至OCSn而不改變所選擇的參考電壓CV。例如，在參考電壓控制塊122中，當(dāng)用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS被輸入(例如，時(shí)鐘信號(hào)CLK通過)時(shí)， 第一至第η觸發(fā)器123_1至123_η可基于時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿或下降沿來輸出內(nèi)部數(shù)據(jù)。這里，第二觸發(fā)器123_2的輸入端子可與第一觸發(fā)器123_1的輸出端子耦接，第三觸發(fā)器123_3的輸入端子可與第二觸發(fā)器123_2的輸出端子耦接，并且第η觸發(fā)器123_η的輸入端子可與第(η-1)觸發(fā)器123_η-1的輸出端子耦接。也就是，第一至第η觸發(fā)器123_1至 123_η可串聯(lián)耦接。具有邏輯“低”電平的初始數(shù)據(jù)VSS可輸入第一觸發(fā)器123_1的輸入端子，具有邏輯“高”電平的內(nèi)部數(shù)據(jù)可基于第一初始控制電壓SN被存儲(chǔ)在第一觸發(fā)器123_1 中，并且具有邏輯“低，，電平的內(nèi)部數(shù)據(jù)可基于第二初始控制電壓RN被存儲(chǔ)在第二至第η 觸發(fā)器123_2至123_η中。隨后，當(dāng)用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS被輸入(例如，時(shí)鐘信號(hào)CLK通過)時(shí)，存儲(chǔ)在第一觸發(fā)器123_1中的具有邏輯“高”電平的內(nèi)部數(shù)據(jù)可在時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿或下降沿被順序地移位到第二至第η觸發(fā)器123_2至 123_η。假設(shè)η是5，存儲(chǔ)在第一至第五觸發(fā)器123_1至123_5中的內(nèi)部數(shù)據(jù)的邏輯電平可順序改變，例如，10000、01000、00100、00010 和 00001。可由第一至第η開關(guān)125_1至125_η來實(shí)現(xiàn)參考電壓輸出塊124，其中，第一至第 η開關(guān)125_1至125_η用于將第一至第η參考電壓CVl至CVn之一輸出為所選擇的參考電壓CV。在一個(gè)示例實(shí)施例中，第一至第η開關(guān)125_1至125_η可分別基于第一至第η輸出控制信號(hào)OCSl至OCSn來將第一至第η參考電壓CVl至CVn之一輸出為所選擇的參考電壓 CV。例如，第一開關(guān)125_1可基于第一輸出控制信號(hào)OCSl來執(zhí)行開關(guān)操作以將第一參考電壓CVl輸出為所選擇的參考電壓CV，第二開關(guān)125_2可基于第二輸出控制信號(hào)0CS2來執(zhí)行開關(guān)操作以將第二參考電壓CV2輸出為所選擇的參考電壓CV，第三開關(guān)125_3可基于第三輸出控制信號(hào)0CS3來執(zhí)行開關(guān)操作以將第三參考電壓CV3輸出為所選擇的參考電壓CV，第 η開關(guān)125_η可基于第η輸出控制信號(hào)OCSn來執(zhí)行開關(guān)操作以將第η參考電壓CVn輸出為所選擇的參考電壓CV。因此，當(dāng)存儲(chǔ)在第一觸發(fā)器123_1中的具有邏輯“高”電平的內(nèi)部數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿或下降沿順序移位到第二至第η觸發(fā)器123_2至123_η時(shí)，第一至第η開關(guān)125_1至125_η可基于第一至第η輸出控制信號(hào)OCSl至OCSn被順序接通。 假設(shè)η是5，第一至第五輸出控制信號(hào)OCSl至0CS5的邏輯電平可順序改變，例如，10000、 01000,00100,00010和00001。其結(jié)果是，第一至第五參考電壓CVl至CV5可被順序輸出為所選擇的參考電壓CV。圖7是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元的示例的框圖。參照?qǐng)D7，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180可包括計(jì)數(shù)器塊182、第一存儲(chǔ)器塊184、第二存儲(chǔ)器塊186以及求和塊188。如上所述，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元180可通過基于比較結(jié)果信號(hào) CRS對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。計(jì)數(shù)器塊182可通過基于比較結(jié)果信號(hào)CRS對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)數(shù)最高有效位⑶C和最低有效位FDC。詳細(xì)地，計(jì)數(shù)器塊182可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)(即，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性在粗略比較模式下改變)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生最高有效位CDC。此外，計(jì)數(shù)器塊182可通過從第二時(shí)間點(diǎn)(比較結(jié)果信號(hào) CRS的極性改變)到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生最低有效位FDC。然而，計(jì)數(shù)器塊182對(duì)最高有效位CDC和最低有效位FDC的計(jì)算不限于此。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器100操作包括粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式，因此計(jì)數(shù)器塊182可在粗略比較模式下計(jì)算數(shù)字信號(hào)DS的最高有效位CDC，并且可在精細(xì)比較模式下計(jì)算數(shù)字信號(hào)DS的最低有效位FDC。例如，假設(shè)模擬信號(hào)(即，像素輸出電壓PV)轉(zhuǎn)換為8比特的數(shù)字信號(hào)DS，則可在粗略比較模式下計(jì)算最高有效4位CDC，并且可在精細(xì)比較模式下計(jì)算最低有效4位FDC。第一存儲(chǔ)器塊184可在粗略比較模式下存儲(chǔ)最高有效位CDC。第二存儲(chǔ)器塊186 可在精細(xì)比較模式下存儲(chǔ)最低有效位FDC。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可在粗略比較模式下激活計(jì)數(shù)器塊182和第一存儲(chǔ)器塊184，并且可在精細(xì)比較模式下激活計(jì)數(shù)器塊182和第二存儲(chǔ)器塊 186。詳細(xì)地，當(dāng)計(jì)數(shù)器塊182通過在粗略比較模式下從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生最高有效位CDC時(shí)，第一存儲(chǔ)器塊184可存儲(chǔ)最高有效位CDC。當(dāng)計(jì)數(shù)器塊182通過從精細(xì)比較模式下的第二時(shí)間點(diǎn)到精細(xì)比較模式的結(jié)束
1時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生最低有效位FDC時(shí)，第二存儲(chǔ)器塊186可存儲(chǔ)最低有效位FDC?？捎啥鄠€(gè)存儲(chǔ)裝置(諸如，鎖存器、觸發(fā)器等)來實(shí)現(xiàn)第一存儲(chǔ)器塊184和第二存儲(chǔ)器塊186。然而，存儲(chǔ)裝置不限于此。求和塊188可通過對(duì)從第一存儲(chǔ)器塊184輸出的最高有效位CDC和從第二存儲(chǔ)器塊186輸出的最高有效位FDC進(jìn)行求和來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào) DS0隨后，數(shù)字信號(hào)DS可通過圖像傳感器的DSP電路被顯示為圖像。圖8是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在粗略比較模式下的操作的流程圖。參照?qǐng)D8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可基于選擇控制信號(hào)從參考電壓中選擇所選擇的參考電壓(步驟S110)。這里，當(dāng)用于更新所選擇的參考電壓的選擇控制信號(hào)被輸入時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可改變所選擇的參考電壓，并且當(dāng)用于維持所選擇的參考電壓的選擇控制信號(hào)被輸入時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可維持所選擇的參考電壓(S卩，最終參考電壓)。隨后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 100可基于所選擇的參考電壓、像素輸出電壓、斜坡初始電壓和斜坡電壓來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)(步驟S120)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)。比較結(jié)果信號(hào)可對(duì)應(yīng)于這樣的值，該值通過從所選擇的參考電壓和像素輸出電壓之間的第一電壓差減去斜坡電壓和斜坡初始電壓之間的第二電壓差并且通過將相減的值與放大塊的電壓增益相乘而產(chǎn)生。如上所述，在粗略比較模式下，斜坡電壓可對(duì)應(yīng)于斜坡初始電壓。因此， 第二電壓差可以是0。也就是，粗略比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)可主要取決于所選擇的參考電壓和像素輸出電壓之間的第一電壓差。隨后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可檢查比較結(jié)果信號(hào)的極性是否從第一極性改變?yōu)榈诙O性(步驟S130)。如果比較結(jié)果信號(hào)的極性沒有從第一極性改變?yōu)榈诙O性(步驟S130)，則通過改變選擇控制信號(hào)(步驟S140)來再次執(zhí)行步驟 SllO和S120。如果比較結(jié)果信號(hào)的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性(步驟S130)，則所選擇的參考電壓可被確定為最終參考電壓(步驟S150)。在粗略比較模式下比較結(jié)果信號(hào)的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性(即，第一時(shí)間點(diǎn))之后粗略比較模式結(jié)束(即，粗略比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn))之前，最終參考電壓可被維持。例如，當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(即， 第一至第η參考電壓)減小預(yù)定電壓時(shí)，比較結(jié)果信號(hào)的極性在第一時(shí)間點(diǎn)可從正極性改變?yōu)樨?fù)極性。另一方面，當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓)增加預(yù)定電壓時(shí)，比較結(jié)果信號(hào)的極性在第一時(shí)間點(diǎn)可從負(fù)極性改變?yōu)檎龢O性。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算最高有效位 (S160)。圖9是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在精細(xì)比較模式下的操作的流程圖。參照?qǐng)D9，當(dāng)斜坡電壓按照預(yù)定斜率減小或增加(步驟S210)時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100 可基于最終參考電壓、像素輸出電壓、斜坡初始電壓和斜坡電壓來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)(步驟S220)?？赏ㄟ^使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)?？赏ㄟ^圖像傳感器的電壓產(chǎn)生電路來產(chǎn)生斜坡電壓。如上所述，在粗略比較模式下，斜坡電壓可對(duì)應(yīng)于斜坡初始電壓，而在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓可按照預(yù)定斜率減小或增加。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓可減小或增加與參考電壓(即，第一至第η參考電壓)中的電壓差對(duì)應(yīng)的預(yù)定電壓的整數(shù)倍。比較結(jié)果信號(hào)可以是這樣的值，該值通過從最終參考電壓和像素輸出電壓之間的第一電壓差減去斜坡電壓和斜坡初始電壓之間的第二電壓差并且通過將相減的值與放大塊的電壓增益相乘而產(chǎn)生。如上所述，由于像素輸出電壓固定，并且所選擇的參考電壓被維持為最終參考電壓FCV，因此最終參考電壓和像素輸出電壓之間的第一電壓差可具有常數(shù)值。因此，精細(xì)比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)可主要取決于斜坡電壓和斜坡初始電壓之間的第二電壓差。在精細(xì)比較模式下，斜坡電壓和斜坡初始電壓之間的第二電壓差的大小可增力卩。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可檢查比較結(jié)果信號(hào)是否從第二極性改變?yōu)榈谝粯O性(步驟S230)。如果比較結(jié)果信號(hào)的極性沒有從第二極性改變?yōu)榈谝粯O性，則可再次執(zhí)行步驟S210、S220和S230。如果比較結(jié)果信號(hào)的極性從第二極性改變?yōu)榈谝粯O性，則可在精細(xì)比較模式下比較結(jié)果信號(hào)的極性從第二極性改變?yōu)榈谝粯O性(即，第二時(shí)間點(diǎn))之后在精細(xì)比較模式結(jié)束(即，精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn))以前，通過對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算最低有效位(步驟S240)。例如，當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓)減小預(yù)定電壓時(shí)，比較結(jié)果信號(hào)的極性可在第二結(jié)束時(shí)間點(diǎn)從負(fù)極性改變?yōu)檎龢O性。當(dāng)隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓)增加預(yù)定電壓時(shí)，比較結(jié)果信號(hào)的極性可在第二時(shí)間點(diǎn)改變。圖10是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的示例的時(shí)序圖。參照?qǐng)D10，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可操作粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式。時(shí)鐘信號(hào)CLK可被輸入以在粗略比較模式和精細(xì)比較模式下計(jì)算MSB和LSB。斜坡初始電壓 RIV可對(duì)應(yīng)于第一參考電壓CVl。斜坡電壓RV在粗略比較模式下可被維持為斜坡初始電壓 RIV，并且可在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率增加。如圖10所示，參考電壓(S卩，第一至第η 參考電壓CVl至CVn)可以是所選擇的參考電壓CV的候選。隨著η的增加，參考電壓(即， 第一至第η參考電壓CVl至CVn)可增加預(yù)定電壓dV。第一至第η參考電壓CVl至CVn可被順序地選為所選擇的參考電壓CV。在一個(gè)示例實(shí)施例中，斜坡電壓RV可在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率增加預(yù)定電壓dV的整數(shù)倍。其結(jié)果是，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可在精細(xì)比較模式下具有足夠的比較裕度(margin)。在圖10中示出斜坡電壓在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率增加預(yù)定電壓dV。如果斜坡電壓RV增加的量相對(duì)大，則由于精細(xì)比較模式被延遲，所以數(shù)模轉(zhuǎn)換器100的信號(hào)轉(zhuǎn)換速度可能相對(duì)小。也就是，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器100的比較裕度和轉(zhuǎn)換速度之間存在折衷。在粗略比較模式下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過順序輸出第一至第η參考電壓CVl至 CVn來選擇所選擇的參考電壓CV。例如，當(dāng)?shù)谝粎⒖茧妷篊Vl被選為所選擇的參考電壓CV 時(shí)，第一參考電壓CVl可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。因此，由于像素輸出電壓PV大于第一參考電壓CV1，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可具有第一極性(負(fù)極性)。隨后，當(dāng)?shù)诙⒖茧妷篊V2被選為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第二參考電壓CV2可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。 因此，由于像素輸出電壓PV大于第二參考電壓CV2，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS也可具有第一極性(例如，負(fù)極性)。隨后，當(dāng)?shù)谌齾⒖茧妷篊V3被選為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第三參考電壓CV3可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。因此，由于像素輸出電壓PV小于第三參考電壓CV3，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可具有第二極性(例如，正極性)。這里，可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性(例如，負(fù)極性)改變?yōu)榈诙O性(例如，正極性)的第一時(shí)間點(diǎn) Tl來確定最終參考電壓FCV。在圖10中，由于第三參考電壓CV3在第一時(shí)間點(diǎn)Tl被選為所選擇的參考電壓CV，因此第三參考電壓CV3可被確定為最終參考電壓FCV。模數(shù)轉(zhuǎn)換器 100可從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)Tl通過對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算 MSB。在精細(xì)比較模式下，隨著斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率增加，比較結(jié)果信號(hào)CRS可改變。例如，當(dāng)?shù)谌齾⒖茧妷篊V3被確定為最終參考電壓FCV時(shí)，在精細(xì)比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)，最終參考電壓FCV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差可以是特定電壓FV。在精細(xì)比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)，斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差可以是0。可基于最終參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。如上所述，可使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。這里，由于斜坡電壓RV 按照預(yù)定斜率逐漸增加，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可逐漸減小。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過從第二時(shí)間點(diǎn)T2到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生LSB。如上所述，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性在第二時(shí)間點(diǎn)T2從第二極性(例如，正極性)改變?yōu)榈谝粯O性(例如，負(fù)極性)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過對(duì)MSB和LSB進(jìn)行求和來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。由于MSB和LSB的計(jì)算是示例，因此MSB和LSB的計(jì)算不限于此。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第三時(shí)間點(diǎn)T3對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算MSB,可通過從精細(xì)比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)T2對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算LSB，并且可通過從MSB減去LSB來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS。圖11是示出圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的另一示例的時(shí)序圖。參照?qǐng)D11，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可操作粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式。時(shí)鐘信號(hào)CLK可被輸入以在粗略比較模式和精細(xì)比較模式下計(jì)算MSB和LSB。斜坡初始電壓 RIV可對(duì)應(yīng)于第一參考電壓CVl。在粗略比較模式下斜坡電壓RV可被維持為斜坡初始電壓 RIV，而在精細(xì)比較模式下斜坡電壓RV可按照預(yù)定斜率減小。如圖11所示，參考電壓(即， 第一至第η參考電壓CVl至CVn)可以是所選擇的參考電壓CV的候選。隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓CVl至CVn)可減小預(yù)定電壓dV。第一至第η參考電壓 CVl至CVn可被順序選為所選擇的參考電壓CV。在一個(gè)示例實(shí)施例中，斜坡電壓RV可在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓dV的整數(shù)倍。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可在精細(xì)比較模式下具有足夠的比較裕度。在圖11中示出了斜坡電壓RV在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓dV。如果斜坡電壓RV減小的量相對(duì)大，則由于精細(xì)比較模式被延遲，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換器100的信號(hào)轉(zhuǎn)換速度可能相對(duì)低。也就是，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器100的比較裕度和信號(hào)轉(zhuǎn)換速度之間存在折衷。在粗略比較模式下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過順序輸出第一至第η參考電壓CVl至 CVn來選擇所選擇的參考電壓CV。例如，當(dāng)?shù)谝粎⒖茧妷篊Vl被選為所選擇的參考電壓CV 時(shí)，第一參考電壓CV可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。因此，由于像素輸出電壓PV小于第一參考電壓CVl，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可具有第一極性(例如，正極性)。隨后，當(dāng)?shù)诙⒖茧妷篊V2被選為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第二參考電壓CV2可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。因此，由于像素輸出電壓PV小于第二參考電壓CV2，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS也可具有第一極性(例如，正極性)。隨后，當(dāng)?shù)谌齾⒖茧妷篊V3被選為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第三參考電壓CV3可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。因此，由于像素輸出電壓PV大于第三參考電壓CV3，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可具有第二極性(例如，負(fù)極性)。這里，可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性改變的第一時(shí)間點(diǎn)Tl來確定最終參考電壓FCV。在圖11中，由于第三參考電壓CV在第一時(shí)間點(diǎn)Tl被選作為所選擇的參考電壓CV，因此第三參考電壓CV3可被確定為最終參考電壓FCV。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)Tl對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算MSB。在精細(xì)比較模式下，隨著斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率減小時(shí)，比較結(jié)果信號(hào)CRS可改變。例如，當(dāng)?shù)谌齾⒖茧妷篊V3被確定為最終參考電壓FCV時(shí)，在精細(xì)比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)，最終參考電壓FCV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差可以是特定電壓FV。此外，在精細(xì)比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)，斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差可以是0。 可基于最終參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。如上所述，可使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。這里，由于斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率逐漸減小，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可逐漸增加。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過從第二時(shí)間點(diǎn)T2到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生LSB。 如上所述，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性在第二時(shí)間點(diǎn)T2改變。模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過將MSB 和LSB進(jìn)行求和來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。由于MSB和LSB的計(jì)算是示例，因此MSB和LSB的計(jì)算不限于此。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第三時(shí)間點(diǎn)T3對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算MSB,可通過從精細(xì)比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)T2對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算LSB，并且可通過從MSB減去 LSB來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS。圖12是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。參照?qǐng)D12，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可包括參考電壓選擇單元220、多輸入比較單元M0、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元260和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元觀0。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可還包括相關(guān)雙采樣單元250和/或斜坡偏移消除單元255。由于參考電壓選擇單元220、多輸入比較單元 M0、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元260和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元280在圖1中被示出，因此，將省略對(duì)參考電壓選擇單元220、多輸入比較單元M0、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元260和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元觀0的描述。相關(guān)雙采樣單元250可對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。也就是，具有相關(guān)雙采樣單元250的模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)操作來產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)，可通過對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)，并且可通過從第一數(shù)字信號(hào)減去第二數(shù)字信號(hào)來輸出數(shù)字信號(hào)。因?yàn)橛捎诋?dāng)構(gòu)造有源像素陣列和/或執(zhí)行ADC 操作時(shí)引起的誤差，從單位像素輸出的復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓包括相同的偏移電壓，因此可執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作來通過從復(fù)位電壓減去轉(zhuǎn)換電壓消除(或減小)偏移電壓。這里，復(fù)位電壓指示由單位像素的特定噪聲產(chǎn)生的像素輸出電壓PV，并且轉(zhuǎn)換電壓指示通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的像素輸出電壓PV。例如，單位像素可具有含有光電二極管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、選擇晶體管和偏置晶體管的5晶體管結(jié)構(gòu)。在這種情況下，復(fù)位電壓可對(duì)應(yīng)于當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管截止而復(fù)位晶體管導(dǎo)通時(shí)經(jīng)由源極跟隨晶體管和選擇晶體管輸出的像素輸出電壓PV。轉(zhuǎn)換電壓可對(duì)應(yīng)于在由光電二極管產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在單位像素的浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)中之后，經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管、源極跟隨晶體管和選擇晶體管輸出的像素輸出電壓PV。在一個(gè)示例實(shí)施例中，相關(guān)雙采樣單元250可包括第一電容器和第一開關(guān)。第一電容器可耦接在像素輸出電壓PV的輸入端子和多輸入比較單元MO的輸入端子之間。第一開關(guān)可耦接在多輸入比較單元MO的輸入端子和多輸入比較單元240的輸出端子之間。 第一開關(guān)可在自動(dòng)調(diào)零模式下接通，并且可在對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式下斷開。在自動(dòng)調(diào)零模式下，相關(guān)雙采樣單元250可通過接通第一開關(guān)來將像素輸出電壓PV的輸入端子經(jīng)由第一電容器連接到多輸入比較單元240的輸出端子。其結(jié)果是，由于多輸入比較單元MO的輸入端子與多輸入比較單元MO的輸出端子耦接，因此對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作可準(zhǔn)備好。在對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式下，相關(guān)雙采樣單元250可通過斷開第一開關(guān)來將多輸入比較單元240的輸入端子與多輸入比較單元240的輸出端子斷開連接。其結(jié)果是，多輸入比較單元240可基于選擇參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。如上所述，由于通過從與復(fù)位電壓對(duì)應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS，因此具有相關(guān)雙采樣單元250的模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可消除(或減小)偏移電壓。斜坡偏移消除單元255可對(duì)斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV執(zhí)行斜坡偏移消除操作。也就是，斜坡偏移消除單元255可通過將斜坡電壓RV的輸入端子與多輸入比較單元 240的輸入端子耦接，來消除斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV之間的偏移電壓。如上所述， 多輸入比較單元240可基于選擇參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。在粗略比較模式下，斜坡電壓RV應(yīng)具有與斜坡初始電壓 RIV相同的電壓電平。然而，可由外部噪聲產(chǎn)生斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的偏移電壓。因此，在粗略比較模式下，斜坡電壓RV的電壓電平可能會(huì)與斜坡初始電壓RIV的電壓電平不同。斜坡偏移消除單元255可在自動(dòng)調(diào)零模式下消除(或減小)斜坡初始電壓 RIV和斜坡電壓RV之間的偏移電壓。在一個(gè)示例實(shí)施例中，斜坡偏移消除單元255可包括第二電容器和第二開關(guān)。第二電容器可耦接在斜坡初始電壓RIV的輸入端子和多輸入比較單元MO的輸入端子之間。第二開關(guān)可耦接在斜坡電壓RV的輸入端子和多輸入比較單元 240的輸入端子之間。在自動(dòng)調(diào)零模式下，第二開關(guān)可接通。在對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的 ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式下，第二開關(guān)可斷開。其結(jié)果是，由于斜坡電壓RV 的輸入端子、斜坡初始電壓RIV的輸入端子和多輸入比較單元MO的輸入端子經(jīng)由第二電容器連接，因此斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的偏移電壓可消除。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器200使用一個(gè)斜坡電壓RV，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可防止(或減小) 偏移失配和斜坡電壓斜率失配，而由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器200包括多輸入比較器240而不包括采樣電容器，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可防止(或減小)時(shí)間噪聲和不必要的功耗。由于在參考電壓選擇單元220、多輸入比較器M0、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元260和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元280 之間執(zhí)行反饋操作(即，形成回路)，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可基于一個(gè)斜坡電壓RV在包括粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式下操作。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可消除(或減小) 由于當(dāng)構(gòu)造有源像素陣列和/或執(zhí)行ADC操作時(shí)引起的誤差而引起的偏移電壓，并且可消除斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的偏移電壓。其結(jié)果是，具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器200的圖像傳感器可產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可具有簡單結(jié)構(gòu)。因此，盡管圖像傳感器中的幀率、比特分辨率和單位像素的數(shù)量增加，但是模數(shù)轉(zhuǎn)換器200也可減小功耗和信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間。在圖像傳感器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200的數(shù)量可與耦接到有源像素陣列的列線的數(shù)量相同。多個(gè)列行可分別與多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器200耦接。圖13是示出在圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的相關(guān)雙采樣單元的示例的電路圖。參照?qǐng)D13，相關(guān)雙采樣單元250可包括第一電容器252和第一開關(guān)254。如上所述，相關(guān)雙采樣單元250可對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。
第一電容器252可耦接在像素輸入電壓PV的輸入端子和多輸入比較單元MO的輸入端子之間。也就是，第一電容器252的第一端子可與像素輸出電壓PV的輸入端子耦接， 第一電容器252的第二端子可與多輸入比較單元240的輸入端子和第一開關(guān)2M的第一端子耦接。第一開關(guān)邪4可耦接在多輸入比較單元240的輸入端子和多輸入比較單元240的輸出端子之間。也就是，第一開關(guān)254的第一端子可與第一電容器252的第二端子耦接，并且第一開關(guān)邪4的第二端子可與多輸入比較單元240的輸出端子耦接。在自動(dòng)調(diào)零模式下， 第一開關(guān)邪4可接通。在對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式下，第一開關(guān)邪4可斷開。其結(jié)果是，由于多輸入比較單元240的輸入端子與多輸入比較單元240的輸出端子耦接，因此對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作可準(zhǔn)備好。隨后，多輸入比較單元240可在對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式下，基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。因此，具有相關(guān)雙采樣單元250的模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可精確地將模擬信號(hào)(即，復(fù)位電壓-轉(zhuǎn)換電壓)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)DS。由于相關(guān)雙采樣單元250的結(jié)構(gòu)是示例，因此相關(guān)雙采樣單元250的結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要的條件而不同地改變。圖14是示出在圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的斜坡偏移消除單元的示例的電路圖。參照?qǐng)D14，斜坡偏移消除單元255可包括第二電容器257和第二開關(guān)259。如上所述，斜坡偏移消除單元255可對(duì)斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV執(zhí)行斜坡偏移消除操作。第二電容器257可耦接在斜坡初始電壓RIV的輸入端子和多輸入比較單元240的輸入端子之間。也就是，第二電容器257的第一端子可與斜坡初始電壓RIV的輸入端子耦接，并且第二電容器257的第二端子可與多輸入比較單元MO的第一輸入端子耦接。第二開關(guān)259可耦接在斜坡電壓RV的輸入端子和多輸入比較單元MO的輸入端子之間。也就是，第二開關(guān)259的第一端子可與斜坡電壓RV的輸入端子耦接，并且第二開關(guān)259的第二端子可與第二電容器257的第二端子耦接。斜坡電壓RV的輸入端子可與多輸入比較單元 240的第二輸入端子耦接。在自動(dòng)調(diào)零模式下，第二開關(guān)259可接通。在對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式下，第二開關(guān)259可斷開。其結(jié)果是，由于斜坡電壓RV的輸入端子、斜坡初始電壓RIV的輸入端子和多輸入比較單元240的第一輸入端子和第二輸入端子在自動(dòng)調(diào)零模式下經(jīng)由第二電容器257連接，因此斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的偏移電壓可消除。因此，具有斜坡偏移消除單元255的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 200可精確地將模擬信號(hào)(即，像素輸出電壓PV)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)DS。由于斜坡偏移消除單元255的結(jié)構(gòu)是示例，因此斜坡偏移消除單元255的結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要的條件而不同地改變。圖15是示出在圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的相關(guān)雙采樣單元和斜坡偏移消除單元的示例的電路圖。參照?qǐng)D15，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可包括相關(guān)雙采樣單元250和斜坡偏移消除單元255 兩者。如上所述，相關(guān)雙采樣單元250可對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作，并且斜坡偏移消除單元255可對(duì)斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV執(zhí)行斜坡偏移消除操作。由于相關(guān)雙采樣單元250和斜坡偏移消除單元255在圖13和圖14中被描述，因此將省略對(duì)相關(guān)雙采樣單元250和斜坡偏移消除單元255的描述。圖16是示出圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的流程圖。
參照?qǐng)D16，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零操作(步驟S320)。隨后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作(步驟S340)，并且可對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作(步驟 S360)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可包括用于執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作的相關(guān)雙采樣單元250。也就是， 通過執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零操作，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可消除(或減小)斜坡電壓RV和斜坡初始電壓 RIV之間的偏移電壓，以為ADC操作的粗略比較模式和精細(xì)比較模式做好準(zhǔn)備。隨后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)，可通過對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行 ADC操作來產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)，并且可通過從第一數(shù)字信號(hào)減去第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS。圖17是示出圖12的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的示例的時(shí)序圖。參照?qǐng)D17，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零操作。隨后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作，并且可對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作。如圖17所示，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器200對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可操作粗略比較模式CC MODE和精細(xì)比較模式 FC MODE的雙重模式。類似地，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器200對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器 200可操作粗略比較模式CC MODE和精細(xì)比較模式FC MODE的雙重模式。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200 可通過對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)，可通過對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)，并且可通過從第一數(shù)字信號(hào)減去第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS。也就是，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。首先，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可在對(duì)復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作之前執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零操作。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可通過基于從圖像傳感器的時(shí)間控制電路輸出的開關(guān)信號(hào)SW(例如，開關(guān)信號(hào)SW的激活)接通相關(guān)雙采樣單元 250的第一開關(guān)來執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零操作。其結(jié)果是，由于多輸入比較單元240的輸入端子通過相關(guān)雙采樣單元250與多輸入比較單元MO的輸出端子連接，因此對(duì)于復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓的ADC操作可準(zhǔn)備好。隨后，基于從圖像傳感器的時(shí)間控制電路輸出的開關(guān)信號(hào)SW(例如，開關(guān)信號(hào)SW的失活)，自動(dòng)調(diào)零操作可結(jié)束。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可基于從圖像傳感器的時(shí)間控制電路輸出的初始控制電壓RN來初始化參考電壓選擇單元220。這里，可確定第一參考電壓。第一參考電壓可對(duì)應(yīng)于斜坡初始電壓RIV。隨后，可對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過操作包括粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式來對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作。在粗略比較模式下，參考電壓(即，第一至第η參考電壓CVl至CVn)可被順序選為所選擇的參考電壓CV，所選擇的參考電壓CV可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性的第一時(shí)間點(diǎn)，被確定為最終參考電壓。在圖17中，隨著η的增加，參考電壓(S卩，第一至第η參考電壓CVl至 CVn)減小預(yù)定電壓dV?？苫谒x擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV 和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。例如，可使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK 進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生復(fù)位電壓(即，像素輸出電壓PV)的MSB，其中，在第一時(shí)間點(diǎn)，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性(例如，正極性)改變?yōu)榈诙O性(例如，負(fù)極性)。在精細(xì)比較模式下，隨著斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率減小，比較結(jié)果信號(hào)CRS可改變。斜坡電壓RV可在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓dV的整數(shù)倍。在圖17中示出斜坡電壓RV在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓dV的兩倍。在精細(xì)比較模式下，可基于最終參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS0例如，可通過使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過從第二時(shí)間點(diǎn)到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生復(fù)位電壓(即，像素輸出電壓PV)的LSB，其中，在第二時(shí)間點(diǎn)，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第二極性(例如， 負(fù)極性)改變?yōu)榈谝粯O性(例如，正極性)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200通過對(duì)復(fù)位電壓的MSB和復(fù)位電壓的LSB進(jìn)行求和來產(chǎn)生與復(fù)位電壓相應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可基于從圖像傳感器的時(shí)間控制電路輸出的初始控制電壓RN來初始化參考電壓選擇單元220。這里，可確定第一參考電壓。第一參考電壓可對(duì)應(yīng)于斜坡初始電壓RIV。隨后，可對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過操作粗略比較模式和精細(xì)比較模式來對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作。在粗略比較模式下，參考電壓(即，第一至第 η參考電壓CVl至CVn)可被順序選為所選擇的參考電壓CV,并且所選擇的參考電壓CV可基于第一時(shí)間點(diǎn)被確定為最終參考電壓，其中，在第一時(shí)間點(diǎn)，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性改變?yōu)榈诙O性。在圖17中，隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓 CVl至CVn)減小預(yù)定電壓dV?？苫谒x擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。例如，可通過使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過從粗略比較模式的開始時(shí)間點(diǎn)到第一時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)換電壓(即，像素輸出電壓PV)的MSB，其中，在第一時(shí)間點(diǎn)，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第一極性(例如，正極性)改變?yōu)榈诙O性(例如，負(fù)極性)。在精細(xì)比較模式下，隨著斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率減小，比較結(jié)果信號(hào)CRS可改變。 斜坡電壓RV在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓dV的整數(shù)倍。在圖17中示出斜坡電壓RV在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率減小預(yù)定電壓dV的兩倍。在精細(xì)比較模式下， 可基于最終參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。例如，可通過使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。模數(shù)轉(zhuǎn)換器 200可通過從第二時(shí)間點(diǎn)到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)換電壓(即，像素輸出電壓PV)的LSB，其中，在第二時(shí)間點(diǎn)，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性從第二極性(例如，負(fù)極性)改變?yōu)榈谝粯O性(例如，正極性)。隨后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過將轉(zhuǎn)換電壓的MSB和轉(zhuǎn)換電壓的LSB進(jìn)行求和來產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器200可通過從與復(fù)位電壓相應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來輸出數(shù)字信號(hào)DS。圖18是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。參照?qǐng)D18，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可包括參考電壓選擇單元720、多輸入比較單元740、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元760、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780和最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元790。參考電壓選擇單元720可通過基于選擇控制信號(hào)SCS選擇多個(gè)參考電壓之一來輸出所選擇的參考電壓CV。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV以前，用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可被輸入，而在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV 之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，用于維持所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可被輸入。在一個(gè)示例實(shí)施例中，參考電壓可包括第一至第η參考電壓。這里，η是大于1的整數(shù)。隨著η的增加，參考電壓可增加或減小預(yù)定電壓。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV以前，參考電壓選擇單元720可使用二叉搜索樹算法將參考電壓(即，第一至第η參考電壓)之一選為所選擇的參考電壓CV。因此，由于二叉搜索樹算法減小用于粗略比較模式的時(shí)間，因此與將參考電壓(即，第一至第η參考電壓)順序選為所選擇的參考電壓CV 相比，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可以以高速操作。多輸入比較單元740可基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。多輸入比較單元740可包括多個(gè)輸入端子，該多個(gè)輸入端子用于接收所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV。當(dāng)在粗略比較模式下多輸入比較單元740產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS時(shí)，斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差可以是0。因此，粗略比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)CRS可主要取決于所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差。當(dāng)在精細(xì)比較模式下多輸入比較單元740產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS時(shí)，像素輸出電壓PV可固定， 并且所選擇的參考電壓CV可被維持為最終參考電壓FCV。因此，精細(xì)比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)CRS可主要取決于斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差。選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元760可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS和比較模式信號(hào)SC來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)SCS。例如，粗略比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有第一邏輯電平的時(shí)間段，精細(xì)比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有第二邏輯電平的時(shí)間段。詳細(xì)地，在基于第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV以前，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元760可輸出用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS，其中，在第一時(shí)間點(diǎn)，比較結(jié)果信號(hào)CRS的大小具有最小值。此外，在基于第一時(shí)間點(diǎn)確定最終參考電壓FCV(即，在第一時(shí)間點(diǎn)的所選擇的參考電壓CV)之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元760可輸出用于維持最終參考電壓FCV的選擇控制信號(hào)SCS。MSB產(chǎn)生單元790可在粗略比較模式下基于比較結(jié)果信號(hào)CRS來產(chǎn)生最高有效位 ⑶C。這里，可采用逐次逼近方法。MSB產(chǎn)生單元790可具有最高有效位⑶C和參考電壓 (即，第一至第η參考電壓)之間的預(yù)定映射表。隨后，當(dāng)參考電壓(即，第一至第η參考電壓)之一被確定為最終參考電壓FCV時(shí)，MSB產(chǎn)生單元790可輸出與最終參考電壓FCV對(duì)應(yīng)的最高有效位CDC。例如，當(dāng)在粗略比較模式下比較結(jié)果信號(hào)CRS的大小變?yōu)轭A(yù)定范圍內(nèi)的值時(shí)，MSB產(chǎn)生單元790可確定所選擇的參考電壓CV作為最終參考電壓FCV。隨后，MSB 產(chǎn)生單元790可根據(jù)預(yù)定映射表來輸出與最終參考電壓FCV對(duì)應(yīng)的最高有效位CDC。 數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780可通過在精細(xì)比較模式下基于比較結(jié)果信號(hào)CRS對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)(即，時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)方法)來產(chǎn)生最低有效位FDC，并且可基于從MSB產(chǎn)生單元790輸出的最高有效位CDC和由數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780計(jì)算的最低有效位FDC來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。例如，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780可通過將最高有效位 CDC和最低有效位FDC進(jìn)行求和來輸出與像素輸出電壓PV對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。圖19是示出在圖18的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中基于二叉搜索樹算法確定所選擇的參考電壓的示例的示圖。參照?qǐng)D19，可在粗略比較模式下通過二叉搜索樹算法從參考電壓(即，第一至第η 參考電壓CVl至CVn)中確定所選擇的參考電壓CV。例如，在第一回路A中，與第一參考電壓CVl和第η參考電壓CVn之間的一半值對(duì)應(yīng)的第m參考電壓CVm可被選為所選擇的參考電壓CV。如果比較結(jié)果信號(hào)CRS具有第一極性，則在第二回路B(S卩，ABl)中，第m參考電壓CVm和第η參考電壓CVn之間的一半值可被選為所選擇的參考電壓CV。如果比較結(jié)果信號(hào)CRS具有第二極性，則在第二回路B(S卩，AB2)中，第一參考電壓CVl和第m參考電壓CVm之間的一半值可被選為所選擇的參考電壓CV。類似地，所選擇的參考電壓CV可在第三回路C、第四回路D等中連續(xù)改變。如上所述，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器700在粗略比較模式下使用二叉搜索樹算法改變所選擇的參考電壓CV，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可以以高速確定最終參考電壓FCV。因此，由于二叉搜索樹算法減小用于粗略比較模式的時(shí)間，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器700 可以以高速執(zhí)行ADC操作。圖20是示出在圖18的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中計(jì)算最高有效位的示例的框圖。參照?qǐng)D20，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700的MSB產(chǎn)生單元790可在粗略比較模式下基于比較結(jié)果信號(hào)來產(chǎn)生最高有效位CDC。這里，可采用逐次逼近方法。MSB產(chǎn)生單元790可設(shè)置最高有效位⑶C和參考電壓(S卩，第一至第η參考電壓)之間的映射表。隨后，當(dāng)參考電壓(即， 第一至第η參考電壓)之一被確定為最終參考電壓FCV時(shí)，MSB產(chǎn)生單元790可輸出與最終參考電壓FCV對(duì)應(yīng)的最高有效位CDC。模數(shù)轉(zhuǎn)換器700的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780可在精細(xì)比較模式下通過對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生最低有效位FDC?？苫趶腗SB產(chǎn)生單元790輸出的最高有效位CDC和由數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780計(jì)算的最低有效位FDC來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。圖21是示出圖18的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的示例的時(shí)序圖。參照?qǐng)D21，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可操作粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式。可在粗略比較模式下不輸入時(shí)鐘信號(hào)CLK。另一方面，可在精細(xì)比較模式下輸入時(shí)鐘信號(hào)CLK 以計(jì)算最高有效位FDC。斜坡初始電壓RIV可對(duì)應(yīng)于第一參考電壓CVl。斜坡電壓RV可在粗略比較模式下被維持為斜坡初始電壓RIV，并可在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率增加或減小預(yù)定電壓dV的整數(shù)倍。預(yù)定電壓dV可以是參考電壓(即，第一至第η參考電壓)之間的電壓差。如圖21所示，參考電壓(S卩，第一至第η參考電壓CVl至CVn)是所選擇的參考電壓CV的候選。隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓CVl至CVn)增加預(yù)定電壓dV。斜坡電壓RV可在精細(xì)比較模式下按照預(yù)定斜率增加預(yù)定電壓dV?？墒褂枚嫠阉鳂渌惴ǎ瑢⒌谝恢恋讦菂⒖茧妷篊Vl至CVn選為所選擇的參考電壓CV。在粗略比較模式下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可使用二叉搜索樹算法在第一至第η參考電壓CVl至CVn中選擇所選擇的參考電壓CV。隨后，當(dāng)在粗略比較模式下比較結(jié)果信號(hào)CRS 的大小變?yōu)轭A(yù)定范圍內(nèi)的值時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可將所選擇的參考電壓CV確定為最終參考電壓FCV。例如，當(dāng)與第一參考電壓CVl和第η參考電壓CVn之間的一半值對(duì)應(yīng)的第m參考電壓CVm可被選為所選擇的參考電壓CV時(shí)，第m參考電壓CVm可與像素輸出電壓PV進(jìn)行比較。如果比較結(jié)果信號(hào)的大小不在預(yù)定范圍內(nèi)，則所選擇的參考電壓CV可被改變。這里，由于像素輸出電壓大于第m參考電壓CVm，因此在下一回路中，第m參考電壓CVm和第η 參考電壓CVn之間的一半值可被選為所選擇的參考電壓CV。以這種方式，模數(shù)轉(zhuǎn)換器700 可通過改變所選擇的參考電壓CV來確定最終參考電壓FCV，直到比較結(jié)果信號(hào)CRS的大小變?yōu)樵陬A(yù)定范圍內(nèi)。在精細(xì)比較模式下，隨著斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率增加，比較結(jié)果信號(hào)CRS可改變?？苫谧罱K參考電壓FCV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來連續(xù)產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。如上所述，可使用[表達(dá)式1]來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。這里，由于斜坡電壓RV按照預(yù)定斜率逐漸增加，因此比較結(jié)果信號(hào)CRS可逐漸減小。模數(shù)轉(zhuǎn)換器700 可通過從第二時(shí)間點(diǎn)到精細(xì)比較模式的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生LSB。在第二時(shí)間點(diǎn)T2，比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性可從第二極性(例如，正極性)改變?yōu)榈谝粯O性 (例如，負(fù)極性)。隨后。模數(shù)轉(zhuǎn)換器700可通過將由MSB產(chǎn)生單元790產(chǎn)生的MSB和由數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元780計(jì)算的LSB進(jìn)行求和來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。 由于MSB和LSB的計(jì)算是示例，因此MSB和LSB的計(jì)算不限于此。圖22是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。參照?qǐng)D22，模數(shù)轉(zhuǎn)換器900可包括參考電壓選擇單元920、多輸入比較單元940、 選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元960、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元980和最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元990。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器900還可包括相關(guān)雙采樣單元950和/或斜坡偏移消除單元955。由于參考電壓選擇單元920、多輸入比較單元940、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元960、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元 980和最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元990在圖18中被描述，因此將省略對(duì)參考電壓選擇單元 920、多輸入比較單元940、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元960、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元980和最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元990的描述。相關(guān)雙采樣單元950可對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。也就是，具有相關(guān)雙采樣單元950的模數(shù)轉(zhuǎn)換器900可通過對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)，可通過對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)，并且可通過從第一數(shù)字信號(hào)減去第二數(shù)字信號(hào)來輸出數(shù)字信號(hào)DS。斜坡偏置消除單元955可對(duì)斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV執(zhí)行斜坡偏置消除操作。也就是，斜坡偏置消除單元955可通過將斜坡電壓RV的輸入端子與多輸入比較單元940的輸入端子耦接，來消除斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV 之間的偏置電壓。圖23是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。參照?qǐng)D23，模數(shù)轉(zhuǎn)換器300可包括參考電壓選擇單元320、多輸入比較單元340、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元360、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元380和最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元390。參考電壓選擇單元320可通過基于選擇控制信號(hào)SCS選擇多個(gè)參考電壓之一來輸出所選擇的參考電壓CV。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV以前，用于更新所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可被輸入，并且在粗略比較模式下確定最終參考電壓 FCV之后在精細(xì)比較模式結(jié)束以前，用于維持所選擇的參考電壓CV的選擇控制信號(hào)SCS可被輸入。在一個(gè)示例實(shí)施例中，參考電壓可包括第一至第η參考電壓。這里，η是大于1的整數(shù)。隨著η的增加，參考電壓(即，第一至第η參考電壓)可增加或減小預(yù)定電壓。在粗略比較模式下確定最終參考電壓FCV以前，參考電壓選擇單元320可順續(xù)將參考電壓(即， 第一至第η參考電壓)選為所選擇的參考電壓CV。多輸入比較單元340可基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS。多輸入比較單元340可包括多個(gè)輸入端子，所述多個(gè)輸入端子用于接收所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV 和斜坡電壓RV。當(dāng)在粗略比較模式下多輸入比較單元340產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS時(shí)，斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差可以是0。因此，粗略比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)CRS可主要取決于所選擇的參考電壓CV和像素輸出電壓PV之間的第一電壓差。另一方面，當(dāng)在精細(xì)比較模式下多輸入比較單元340產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)CRS時(shí)，像素輸出電壓 PV可固定，并且所選擇的參考電壓CV可被維持為最終參考電壓FCV。因此，精細(xì)比較模式下的比較結(jié)果信號(hào)CRS可主要取決于斜坡電壓RV和斜坡初始電壓RIV之間的第二電壓差。
選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元360可基于比較結(jié)果信號(hào)CRS和比較模式信號(hào)SC來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)SCS。這里，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元360可包括存儲(chǔ)器塊(例如，寄存器)，該存儲(chǔ)器塊存儲(chǔ)與比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性改變信息相應(yīng)的寄存器數(shù)據(jù)RTD。因此，當(dāng)寄存器數(shù)據(jù)RTD從選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元360輸入到MSB產(chǎn)生單元390時(shí)，可根據(jù)預(yù)定映射表來確定與寄存器數(shù)據(jù)RTD相應(yīng)的最高有效位CDC。粗略比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC 具有第一邏輯電平的時(shí)間段，精細(xì)比較模式可對(duì)應(yīng)于比較模式信號(hào)SC具有的第二邏輯電平的時(shí)間段。MSB產(chǎn)生單元390可在粗略比較模式下基于從選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元360輸入的寄存器數(shù)據(jù)RTD來產(chǎn)生最高有效位CDC。也就是，模數(shù)轉(zhuǎn)換器300可不使用時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)方法來產(chǎn)生最高有效位⑶C。MSB產(chǎn)生單元390可設(shè)置最高有效位⑶C和寄存器數(shù)據(jù)RTD之間的預(yù)定映射表。隨后，當(dāng)比較結(jié)果信號(hào)CRS的極性改變時(shí)，MSB產(chǎn)生單元390可輸出與寄存器數(shù)據(jù)RTD對(duì)應(yīng)的最高有效位CDC。隨后，在精細(xì)比較模式下，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元380可使用時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)方法基于比較結(jié)果信號(hào)CRS來產(chǎn)生最低有效位FDC，并且可通過將最高有效位CDC和最低有效位FDC進(jìn)行求和來輸出與像素輸出電壓PV相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。圖M是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。參照?qǐng)D對(duì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器400可包括參考電壓選擇單元420、多輸入比較單元440、 選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元460、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元480和最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元490。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器400可還包括相關(guān)雙采樣單元450和/或斜坡偏移消除單元455。由于參考電壓選擇單元420、多輸入比較單元440、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元460、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元 480和MSB產(chǎn)生單元490在圖23中被描述，因此將省略對(duì)參考電壓選擇單元420、多輸入比較單元440、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元460、數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元480和MSB產(chǎn)生單元490的描述。相關(guān)雙采樣單元450可對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。也就是，具有相關(guān)雙采樣單元450的模數(shù)轉(zhuǎn)換器400可通過對(duì)復(fù)位電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)，可通過對(duì)轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作來產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)，并且可通過從第一數(shù)字信號(hào)減去第二數(shù)字信號(hào)來輸出數(shù)字信號(hào)DS。斜坡偏移消除單元455可對(duì)斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV執(zhí)行斜坡偏移消除操作。也就是，斜坡偏移消除單元455可通過將斜坡電壓RV的輸入端子與多輸入比較單元440的輸入端子耦接來消除斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV 之間的偏移電壓。圖25是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的方法的流程圖。參照?qǐng)D25，在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的方法中，可基于所選擇的參考電壓、 像素輸出電壓、斜坡初始電壓和斜坡電壓來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)(步驟S1200)?？苫诒容^結(jié)果信號(hào)來將參考電壓(即，第一至第η參考電壓)之一選為所選擇的參考電壓(步驟 S1400)?？苫诒容^結(jié)果信號(hào)來產(chǎn)生與像素輸出電壓相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)(步驟S1600)。如上所述，圖25的方法可基于一個(gè)斜坡電壓來執(zhí)行粗略比較模式和精細(xì)比較模式的雙重模式。 因此，圖25的方法可防止(或減小)偏移失配和斜坡電壓斜率失配，并且可防止由于采樣電容器引起的時(shí)間噪聲和不必要的功耗。其結(jié)果是，采用圖25的方法的圖像傳感器可產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。
圖沈是示出根據(jù)一些示例實(shí)施例的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器的框圖。參照?qǐng)D沈，圖像傳感器500可包括有源像素陣列510、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520、電壓產(chǎn)生電路530、垂直掃描電路M0、水平掃描電路550、時(shí)間控制電路560、放大電路570和數(shù)字信號(hào)處理電路580。在圖像傳感器500中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器522的數(shù)量可以與耦接于有源像素陣列510的列線的數(shù)量相同，并且所述列線可分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器522耦接。也就是，可通過列模數(shù)轉(zhuǎn)換方式來實(shí)現(xiàn)圖像傳感器500。有源像素陣列510可包括以矩陣形式排列的多個(gè)單位像素。單位像素的每個(gè)可包括光電二極管和信號(hào)產(chǎn)生電路。單位像素的每個(gè)可根據(jù)信號(hào)產(chǎn)生電路中的晶體管的數(shù)量具有3晶體管結(jié)構(gòu)、4晶體管結(jié)構(gòu)、5晶體管結(jié)構(gòu)等。行線和列線可以以交叉方式排列在有源像素陣列上。例如，當(dāng)有源像素陣列510包括mXn個(gè)單位像素時(shí)，η個(gè)行線和m個(gè)列線可以以交叉方式排列在有源像素陣列510上。在一個(gè)示例實(shí)施例中，圖像傳感器500可采用 bayer模式技術(shù)。在這種情況下，有源像素陣列510中的單位像素可被排列以接收一組紅光、綠光和藍(lán)光或者一組品紅光、黃光和藍(lán)綠光。在一個(gè)示例實(shí)施例中，圖像傳感器500可采用自動(dòng)黑電平補(bǔ)償(ALDC)技術(shù)。在這種情況下，至少一個(gè)光學(xué)黑像素陣列可排列在有源像素陣列510附近。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520可將從有源像素陣列510中的單位像素輸出的像素輸出電壓PV 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)DS。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520可包括至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓 RV來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)DS。在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520中，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可被排列以分別與列線耦接。如上所述，由于所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522使用一個(gè)斜坡電壓RV，因此所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可防止偏移失配和斜坡電壓斜率失配，并且由于所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522被實(shí)現(xiàn)而無需采樣電容器，因此所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可防止時(shí)間噪聲和不必要的功耗。在一個(gè)示例實(shí)施例中，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可包括參考電壓選擇單元、 多輸入比較單元、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元。參考電壓選擇單元可基于選擇控制信號(hào)選擇多個(gè)參考電壓之一來輸出所選擇的參考電壓。多輸入比較單元可基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)。選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元可基于比較結(jié)果信號(hào)和比較模式信號(hào)來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)。數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元可通過基于比較結(jié)果信號(hào)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV 相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。在另一示例實(shí)施例中，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可包括參考電壓選擇單元、多輸入比較單元、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元、最高有效位(MSB)產(chǎn)生單元和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元。參考電壓選擇單元可基于選擇控制信號(hào)來選擇多個(gè)參考電壓之一以輸出所選擇的參考電壓。多輸入比較單元可基于所選擇的參考電壓CV、像素輸出電壓PV、斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV來產(chǎn)生比較結(jié)果信號(hào)。選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元可基于比較結(jié)果信號(hào)和比較模式信號(hào)來產(chǎn)生選擇控制信號(hào)。MSB產(chǎn)生單元可在粗略比較模式下使用逐次逼近方法基于比較結(jié)果信號(hào)來產(chǎn)生最高有效位。數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元可在精細(xì)比較模式下使用時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)方法基于比較結(jié)果信號(hào)來產(chǎn)生最低有效位，并且可基于最高有效位和最低有效位來產(chǎn)生與像素輸出電壓PV相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)DS。此外，所述至少一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器522可包括相關(guān)雙采樣單元和/或斜坡偏移消除單元。相關(guān)雙采樣單元可對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。斜坡偏移消除單元可對(duì)斜坡初始電壓RIV和斜坡電壓RV執(zhí)行斜坡偏移消除操作。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520可基于從時(shí)間控制電路560輸入的控制信號(hào)CTL2來執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)操作?？稍诿總€(gè)水平掃描時(shí)間段期間執(zhí)行ADC操作。電壓產(chǎn)生電路530可產(chǎn)生多個(gè)電壓(例如，參考電壓、斜坡初始電壓、斜坡電壓等) 以提供給在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520中的所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522。垂直掃描電路540可從時(shí)間控制電路560接收控制信號(hào)CTL1，并且可控制行地址和用于有源像素陣列510的行掃描操作。也就是，垂直掃描電路540可提供用于激活多個(gè)行線之一的信號(hào)以選擇多個(gè)行線之一。在一個(gè)示例實(shí)施例中，垂直掃描電路540可包括垂直解碼器和垂直驅(qū)動(dòng)器。垂直解碼器可選擇多個(gè)行線之一。垂直驅(qū)動(dòng)器可提供用于激活所選擇的行線的信號(hào)。水平掃描電路550可從時(shí)間控制電路560接收控制信號(hào)CTL4，并且可控制列地址和用于有源像素陣列 510的列掃描操作。也就是，水平掃描電路550可經(jīng)由水平傳輸線HTL和放大電路570來將從模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520輸入的數(shù)字信號(hào)DS輸出到數(shù)字信號(hào)處理電路580。例如，水平掃描電路550可通過將水平掃描控制信號(hào)HSC輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520來順序選擇所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522。在一個(gè)示例實(shí)施例中，水平掃描電路552可包括水平解碼器和水平驅(qū)動(dòng)器。水平解碼器可選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520中的所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522。水平驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)將所選擇的模數(shù)轉(zhuǎn)換器522輸出到水平傳輸線HTL。時(shí)間控制電路560可基于主時(shí)鐘信號(hào)來控制垂直掃描電路M0、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 520、電壓產(chǎn)生電路530和水平掃描電路550等。也就是，時(shí)間控制電路560可提供用于操作垂直掃描電路M0、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520、電壓產(chǎn)生電路530和水平掃描電路550等的控制信號(hào)CTL1、CTL2、CTL3和CTL4(例如，時(shí)鐘信號(hào)、時(shí)間控制信號(hào)等)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，時(shí)間控制電路560可包括邏輯控制電路、鎖相環(huán)(PLL)電路、通信接口電路等。放大電路570 可放大數(shù)字信號(hào)DS以將放大的數(shù)字信號(hào)DS輸出到數(shù)字信號(hào)處理電路580。盡管在圖沈中示出一個(gè)放大電路570，但是圖像傳感器500可包括多個(gè)放大電路570。數(shù)字信號(hào)處理電路 580可從放大電路570接收放大的數(shù)字信號(hào)DS，并且可基于放大的數(shù)字信號(hào)DS來產(chǎn)生圖像信號(hào)IMG。隨后，從數(shù)字信號(hào)處理電路580輸出的圖像信號(hào)IMG可被顯示在顯示器裝置(諸如，液晶顯示器(IXD)裝置)上。圖27是示出在圖沈的圖像傳感器的有源像素陣列中的單位像素的電路圖。參照?qǐng)D27，單位像素600可包括光電二極管620和信號(hào)產(chǎn)生電路640。單位像素 600可根據(jù)信號(hào)產(chǎn)生電路640中的晶體管的數(shù)量具有3晶體管結(jié)構(gòu)、4晶體管結(jié)構(gòu)、5晶體管結(jié)構(gòu)等。如圖27所示，單位像素600具有5晶體管結(jié)構(gòu)。因此，單位像素600可包括光電二極管PD、轉(zhuǎn)移晶體管TR1、復(fù)位晶體管TR2、源極跟隨晶體管TR3、選擇晶體管TR4和偏置晶體管TR5。光電二極管620可從外部接收光，并且可執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生與所述光對(duì)應(yīng)的電荷。隨后，信號(hào)產(chǎn)生電路640可基于由光電二極管620產(chǎn)生的電荷來輸出像素輸出電壓PV。 作為模擬信號(hào)的像素輸出電壓PV可由所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)DS。 如上所述，當(dāng)圖像傳感器500采用bayer模式技術(shù)時(shí)，單位像素600可產(chǎn)生與紅光、綠光或藍(lán)光對(duì)應(yīng)的像素輸出電壓PV (S卩，模擬信號(hào))。因此，濾鏡(例如，紅濾鏡、綠濾鏡或藍(lán)濾鏡) 可放置在單位像素600上。
光電二極管PD可放置在轉(zhuǎn)移晶體管TRl和接地電壓GND之間。信號(hào)產(chǎn)生電路640 可包括轉(zhuǎn)移晶體管TR1、復(fù)位晶體管TR2、源極跟隨晶體管TR3、選擇晶體管TR4和偏置晶體管TR5。此外，可由電容器C來形成浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在轉(zhuǎn)移晶體管TRl中，轉(zhuǎn)移晶體管 TRl的柵極端子可接收轉(zhuǎn)移信號(hào)TX，轉(zhuǎn)移晶體管TRl的第一端子可與光電二極管PD耦接， 并且轉(zhuǎn)移晶體管TRl的第二端子可與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD耦接。因此，轉(zhuǎn)移晶體管TRl可將由光電二極管PD積累的電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在復(fù)位晶體管TR2中，復(fù)位晶體管TR2 的柵極端子可接收復(fù)位信號(hào)RX，復(fù)位晶體管TR2的第一端子可與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD耦接，復(fù)位晶體管TR2的第二端子可與電源電壓VDD耦接。在源極跟隨晶體管TR3中，源極跟隨晶體管TR3的柵極端子可與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD耦接，源極跟隨晶體管TR3的第一端子可與選擇晶體管TR4的第二端子耦接，并且源極跟隨晶體管TR3的第二端子可與電源電壓VDD耦接。 在選擇晶體管TR4中，選擇晶體管TR4的柵極端子可接收行選擇信號(hào)SX，選擇晶體管TR4的第一端子可與輸出端子OUT耦接，并且選擇晶體管TR4的第二端子可與源極跟隨晶體管TR3 的第一端子耦接。在偏置晶體管TR5中，偏置晶體管TR5的柵極端子可接收偏置電壓BIAS， 偏置晶體管TR5的第一端子可與輸出端子OUT耦接，并且偏置晶體管TR5的第二端子可與地電壓GND耦接。光電二極管620可執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，并且可放置在轉(zhuǎn)移晶體管TRl和地電壓GND之間。如上所述，光電二極管620可包括基于光的斜坡角度層壓在斜坡方向上的多個(gè)摻雜區(qū)域。光電二極管PD可將光轉(zhuǎn)換為電荷。當(dāng)轉(zhuǎn)移信號(hào)TX輸入到轉(zhuǎn)移晶體管TRl的柵極端子時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管TRl可導(dǎo)通。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)移信號(hào)TX輸入到轉(zhuǎn)移晶體管TRl的柵極端子時(shí)，由光電二極管PD積累的電荷可轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。這里，復(fù)位晶體管TR2維持在截止?fàn)顟B(tài)，從而浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電勢可由電荷改變。隨著浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電勢改變， 源極跟隨晶體管TR3的柵極端子的電勢可改變。隨后，源極跟隨晶體管TR3的第一端子的偏置(即，選擇晶體管TR4的第二端子的偏置)可改變。當(dāng)行選擇信號(hào)SX輸入到選擇晶體管TR4的柵極端子時(shí)，與積累的電荷相應(yīng)的像素輸出電壓PV可通過輸出端子OUT輸出。在檢測到與由光電二極管PD產(chǎn)生的電荷對(duì)應(yīng)的像素輸出電壓PV之后，復(fù)位信號(hào)RX可輸入到復(fù)位晶體管TR2的柵極端子。隨后，復(fù)位晶體管TR2基于復(fù)位信號(hào)RX而導(dǎo)通，從而感測處理可被初始化。也就是，浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD中的電荷可釋放到電源(即，電源電壓VDD)。其結(jié)果是，浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電勢可與電源電壓VDD基本相同。如上所述，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可還包括用于對(duì)像素輸出電壓PV執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作的相關(guān)雙采樣單元。單位像素600可輸出用于相關(guān)雙采樣操作的像素輸出電壓PV(即，復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓)。詳細(xì)地，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可使轉(zhuǎn)移晶體管 RTl和復(fù)位晶體管TR2導(dǎo)通，并且可使選擇晶體管TR4截止。因此，由于光電二極管PD被充分損耗，因此光感測操作可準(zhǔn)備好。隨后，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可通過使轉(zhuǎn)移晶體管TRl截止來執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。此時(shí)，如果所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522使復(fù)位晶體管TR2 和選擇晶體管TR4截止，則由于電源電壓VDD被應(yīng)用到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD，因此復(fù)位電壓可作為像素輸出電壓PV被輸出。隨后，如果所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522使轉(zhuǎn)移晶體管TRl導(dǎo)通，則由于由光電二極管PD產(chǎn)生的電荷被施加到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD，因此轉(zhuǎn)換電壓可作為像素輸出電壓PV被輸出。因此，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可通過對(duì)復(fù)位電壓和轉(zhuǎn)換電壓執(zhí)行ADC操作來執(zhí)行相關(guān)雙采樣操作。
圖觀是示出具有圖27的圖像傳感器的電子裝置的示例的框圖。參照?qǐng)D28，電子裝置1000可包括處理器1010、存儲(chǔ)器裝置1020、存儲(chǔ)裝置1030、 輸入/輸出(I/O)裝置1040、電源1050和圖像傳感器500。如圖觀未示出的，電子裝置 100可還包括用于與視頻卡、聲卡、存儲(chǔ)器卡、通用串行總線(USB)裝置、其他電子裝置等進(jìn)行通信的多個(gè)端口。處理器1010可執(zhí)行各種計(jì)算功能。處理器1010可以是微處理器、中央處理單元 (CPU)等。處理器1010可經(jīng)由總線(諸如地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線等)來與存儲(chǔ)器裝置1020耦接。此外，處理器1010可與外部總線(諸如，外設(shè)組件互連(PCI)總線)耦接。 存儲(chǔ)器裝置1020可存儲(chǔ)用于電子裝置1000的操作的數(shù)據(jù)。例如，存儲(chǔ)器裝置1020可以是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)裝置、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)裝置、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)裝置、電可擦除編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)裝置、閃存裝置等。存儲(chǔ)裝置1030 可以是固態(tài)驅(qū)動(dòng)裝置、硬盤驅(qū)動(dòng)裝置、CD-ROM裝置等。I/O裝置1040可以是輸入裝置(諸如，鍵盤、鍵區(qū)、鼠標(biāo)等)和輸出裝置(諸如，打印機(jī)、顯示裝置等)。電源1050可為電子裝置1000的操作提供電能。圖像傳感器500可經(jīng)由總線或其他通信鏈路與處理器1010進(jìn)行通信。如上所述， 圖像傳感器500可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路520中的所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522。由于所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522使用一個(gè)斜坡電壓，因此所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可防止多個(gè)斜坡電壓之間的偏移失配和斜坡失配，并且由于所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522不包括采樣電容器，因此所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可防止時(shí)間噪聲和不必要的功耗。因此，圖像傳感器500可產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。在一個(gè)示例實(shí)施例中，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可包括參考電壓選擇單元、多輸入比較單元、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元。在另一示例實(shí)施例中，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器522可包括參考電壓選擇單元、多輸入比較單元、選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元、MSB產(chǎn)生單元和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元。此外，所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 522可還包括相關(guān)雙采樣單元和/或斜坡偏移消除單元。圖像傳感器500可與處理器1010 集成在一個(gè)芯片中。這里，電子裝置1000可以是計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、掃描儀、導(dǎo)航系統(tǒng)、視頻電話、自動(dòng)聚焦系統(tǒng)等。圖四是示出用于圖觀的電子裝置的接口的示例的框圖。參照?qǐng)D29，電子裝置1000可由數(shù)據(jù)處理裝置(例如，移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、便攜式多媒體播放器(PMP)、智能電話等)來實(shí)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)處理裝置使用或支持移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口(MIPI)接口。電子裝置1000可包括應(yīng)用處理器1110、圖像傳感器1140、 顯示器裝置1150等。應(yīng)用處理器1110的CSI主機(jī)1112可使用相機(jī)串行接口(CSI)來與圖像傳感器1140的CSI裝置1141來執(zhí)行串行通信。在一個(gè)示例實(shí)施例中，CSI主機(jī)1112 可包括光去串行化器(DEQ，CSI裝置1141可包括光串行化器(SEI )。應(yīng)用處理器1110的 DSI主機(jī)1111可使用顯示器串行接口(DSI)來與顯示器裝置1150的DSI裝置1151來執(zhí)行串行通信。在一個(gè)示例實(shí)施例中，DSI主機(jī)1111可包括光串行化器(SER)，DSI裝置1151 可包括光去串行化器(DES)。電子裝置1000還可包括射頻(RF)芯片1160。RF芯片1160 可執(zhí)行與應(yīng)用處理器1110的通信。電子裝置1000的物理層(PHY) 1113和RF芯片1160的物理層(PHY) 1161可基于MIPIDigRF來執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。應(yīng)用處理器1110還可包括控制PHY 1161的數(shù)據(jù)通信的DigRF MASTER 1114。電子裝置1000可包括全球定位系統(tǒng)(GPS) 1120、存儲(chǔ)器1170、MIC 1180、DRAM裝置1185和揚(yáng)聲器1190。此外，電子裝置1000可使用超寬帶(UWB) 1120、無線局域網(wǎng)(WLAN) 1220、全球微波互聯(lián)接入(WIMAX) 1130等來執(zhí)行通信。然而，電子裝置1000的結(jié)構(gòu)和接口不限于此。本發(fā)明構(gòu)思可被應(yīng)用到圖像傳感器以及具有圖像傳感器的電子裝置。例如，本發(fā)明構(gòu)思可被應(yīng)用到電子裝置，諸如桌上型計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、視頻攝像機(jī)、蜂窩電話、智能電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、掃描儀、視頻電話、數(shù)字電視、導(dǎo)航裝置等。前述內(nèi)容說明了示例實(shí)施例并且前述內(nèi)容不被解釋為限制其本身。盡管已經(jīng)描述了一些示例實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地理解，可以在示例實(shí)施例中進(jìn)行許多修改，而不在本質(zhì)上脫離本發(fā)明構(gòu)思的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。因此，所有這種修改意于包括在權(quán)利要求限定的本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)。因此，將理解，前述內(nèi)容說明各種示例實(shí)施例，并且不被解釋為受公開的特定示例實(shí)施例的限制，對(duì)所公開的示例實(shí)施例以及其他示例實(shí)施例的修改意于包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，包括多輸入比較單元，被配置以將來自圖像傳感器的像素電壓、包括在ADC操作的粗略模式期間修改的階梯電壓的比較電壓以及包括在ADC操作的精細(xì)模式期間修改的斜坡電壓的斜坡電壓進(jìn)行比較，以提供比較結(jié)果信號(hào)；選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元，接收比較結(jié)果信號(hào)和指示ADC操作在粗略模式或者精細(xì)模式下的模式控制信號(hào)，以提供允許在粗略模式下修改比較電壓以及在精細(xì)模式下保持比較電壓不變的選擇控制信號(hào)；參考電壓選擇單元，接收控制比較電壓的修改的選擇控制信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的ADC，其中，多輸入比較單元還被配置以將像素電壓、比較電壓、 斜坡電壓以及包括在粗略模式期間提供的初始比較電壓的斜坡初始電壓進(jìn)行比較。
3.如權(quán)利要求1所述的ADC，還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，接收比較結(jié)果信號(hào)，被配置以在粗略模式期間和在精細(xì)模式期間確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在粗略模式期間確定的像素值的第一部分的多個(gè)MSB ；最低有效位LSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB;組合器電路，被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的ADC，還包括相關(guān)雙采樣單元，與多輸入比較單元耦接并且被配置以通過從與復(fù)位電壓對(duì)應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)中減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的ADC，還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，接收比較結(jié)果信號(hào)以確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在粗略模式期間確定的像素值的第一部分的多個(gè)MSB ；最低有效位LSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB;組合器，被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的ADC，還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，僅操作在精細(xì)模式下并且接收比較結(jié)果信號(hào)以確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示像素值的第一部分的多個(gè)MSB;最低有效位LSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示由計(jì)數(shù)器電路確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB;組合器，被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)；并且ADC還包括MSB產(chǎn)生單元，被配置以接收比較結(jié)果信號(hào)以使用逐次逼近來產(chǎn)生 MSB，其中，MSB被提供給數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元以存儲(chǔ)在最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路中。
7.如權(quán)利要求6所述的ADC，其中，MSB產(chǎn)生單元被配置以在粗略模式下確定MSB。
8.如權(quán)利要求6所述的ADC，還包括相關(guān)雙采樣單元，與多輸入比較單元耦接并且被配置以通過從與復(fù)位電壓對(duì)應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)中減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的ADC，還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，接收比較結(jié)果信號(hào)以在精細(xì)模式期間確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在粗略模式期間確定的像素值的第一部分的多個(gè)MSB ；最低有效位LSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB;組合器，被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1所述的ADC，其中，選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元被配置以存儲(chǔ)指示在粗略模式期間產(chǎn)生的比較電壓用作最終比較電壓的值，ADC還包括數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元和MSB產(chǎn)生單元，其中，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元包括計(jì)數(shù)器電路，接收比較結(jié)果信號(hào)以在精細(xì)模式期間確定表示像素值的比特?cái)?shù)；最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示像素值的第一部分的多個(gè)MSB;最低有效位LSB存儲(chǔ)器電路，被配置以存儲(chǔ)表示在精細(xì)模式期間確定的像素值的第二部分的多個(gè)LSB;組合器，被配置以組合MSB和LSB以提供表示像素值的數(shù)字信號(hào)，其中，MSB產(chǎn)生單元被配置以將所述值應(yīng)用到查找表以將該值與MSB映射，其中，MSB被提供給數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元以存儲(chǔ)在最高有效位MSB存儲(chǔ)器電路中。
11.如權(quán)利要求10所述的ADC，其中，MSB產(chǎn)生單元被配置以在粗略模式下確定MSB。
12.如權(quán)利要求10所述的ADC，還包括相關(guān)雙采樣單元，與多輸入比較單元耦接并且被配置以通過從與復(fù)位電壓對(duì)應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)中減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。
13.如權(quán)利要求1所述的ADC，其中，參考電壓選擇單元還包括移位寄存器電路，被配置以加載與初始比較電壓相應(yīng)的初始移位寄存器值，并且被配置以響應(yīng)于選擇控制信號(hào)將初始移位寄存器值移位，以提供與各階梯的比較電壓相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)的序列；比較電壓開關(guān)，每個(gè)比較電壓開關(guān)被配置以響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行操作，以選擇性地提供各個(gè)階梯比較電壓作為比較電壓。
14.一種操作ADC電路的方法，包括將來自圖像傳感器的像素電壓、包括在ADC操作的粗略模式期間修改的階梯電壓的比較電壓以及包括在ADC操作的精細(xì)模式期間修改的斜坡電壓的斜坡電壓進(jìn)行比較，以提供指示與斜坡電壓組合的比較電壓大于像素電壓還是小于像素電壓的比較結(jié)果信號(hào)；當(dāng)接收到比較結(jié)果信號(hào)和指示ADC操作在粗略模式或者精細(xì)模式下的模式控制信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生允許在粗略模式下修改比較電壓以及在精細(xì)模式下保持比較電壓不變的選擇控制信號(hào)；響應(yīng)于選擇控制信號(hào)來修改比較電壓。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，產(chǎn)生步驟還包括如果比較結(jié)果信號(hào)沒有改變極性，則更新選擇控制信號(hào)以修改比較電壓；如果比較結(jié)果信號(hào)改變極性，則更新選擇控制信號(hào)以將比較電壓保持為最終比較電壓；基于最終比較電壓來將最高有效位MSB確定為像素值的第一部分。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括 在精細(xì)模式下斜坡電壓根據(jù)預(yù)定斜率修改； 將最低有效位LSB確定為像素值的第二部分； 將MSB和LSB進(jìn)行組合以提供數(shù)字信號(hào)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括通過從與復(fù)位電壓對(duì)應(yīng)的第一數(shù)字信號(hào)中減去與轉(zhuǎn)換電壓對(duì)應(yīng)的第二數(shù)字信號(hào)來產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。
18.一種圖像傳感器系統(tǒng)，包括應(yīng)用處理器電路，被配置以處理與圖像相應(yīng)的數(shù)據(jù)；圖像傳感器裝置，經(jīng)由接口與應(yīng)用處理器電路耦接，被配置以提供與圖像相應(yīng)的數(shù)據(jù)， 圖像傳感器裝置包括有源像素陣列，包括多個(gè)像素，每個(gè)像素響應(yīng)于垂直掃描電路提供表示圖像的各個(gè)像素值；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路組，與有源像素陣列耦接，每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括多輸入比較單元，被配置以將各像素電壓、包括在ADC操作的粗略模式期間修改的階梯電壓的比較電壓以及包括在ADC操作的精細(xì)模式期間修改的斜坡電壓的斜坡電壓進(jìn)行比較，以提供指示與斜坡電壓組合的比較電壓大于各像素電壓還是小于各像素電壓的比較結(jié)果信號(hào)；選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元，接收比較結(jié)果信號(hào)和指示ADC操作在粗略模式或者精細(xì)模式下的模式控制信號(hào)，以提供允許在粗略模式下修改比較電壓以及在精細(xì)模式下保持比較電壓不變的選擇控制信號(hào)；參考電壓選擇單元，接收選擇控制信號(hào)以控制比較電壓的修改； 數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生單元，被配置以提供表示各像素值的各數(shù)字信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的圖像傳感器系統(tǒng)，其中，接口包括相機(jī)串行接口。
全文摘要
提供了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像傳感器系統(tǒng)及其操作方法。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)可包括多輸入比較單元，被配置以將來自圖像傳感器的像素電壓、包括在ADC操作的粗略模式期間修改的階梯電壓的比較電壓以及包括在ADC操作的精細(xì)模式期間修改的斜坡電壓的斜坡電壓進(jìn)行比較，以提供指示與斜坡電壓組合的比較電壓大于像素電壓還是小于像素電壓的比較結(jié)果信號(hào)；選擇控制信號(hào)產(chǎn)生單元可接收比較結(jié)果信號(hào)和指示ADC操作在粗略模式或者精細(xì)模式下的模式控制信號(hào)，以提供允許在粗略模式下修改比較電壓以及在精細(xì)模式下保持比較電壓不變的選擇控制信號(hào)；參考電壓選擇單元可接收控制比較電壓的修改的選擇控制信號(hào)。
文檔編號(hào)H03M1/12GK102572325SQ20111035938
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者樸儒珍, 林承賢, 林湧, 柳貴成, 高京民, 黃致皓 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社