專利名稱：具有流水線化列模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像感測器件，更具體但非排他地涉及圖像傳感器的讀出電路。
背景技術(shù)：
圖像傳感器已變得普遍存在。圖像傳感器廣泛地用在數(shù)字靜態(tài)相機(jī)、蜂窩電話、安全相機(jī)、醫(yī)學(xué)器件、汽車及其他應(yīng)用中。用以制造圖像傳感器(具體而言，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)圖像傳感器(“CIS”))的技術(shù)已持續(xù)大步前進(jìn)。現(xiàn)代圖像傳感器應(yīng)用提出對更快的處理速度及更佳的圖像品質(zhì)的需求，而同時期望圖像傳感器的實體大小的小型化。因此，需要開發(fā)新架構(gòu)以改良圖像傳感器電路的性能以滿足這些需求。改良圖像傳感器電路的性能的一個選項為改良圖像傳感器的像素陣列的讀出電路。圖IA為說明圖像傳感器100的功能方塊圖。圖像傳感器100包括像素陣列110(其包括像素單元111、112、113及114)、控制電路120、讀出電路130及功能邏輯140。在每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，經(jīng)由位線115將圖像數(shù)據(jù)讀出至讀出電路130。經(jīng)由列放大器131經(jīng)由位線115 —次一個地讀出來自像素單元111、112、113及114的圖像數(shù)據(jù)，且接著將該圖像數(shù)據(jù)傳送至取樣及轉(zhuǎn)換電路132。由此，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由讀出線141耦合至功能邏輯140。功能邏輯140可僅儲存數(shù)字圖像數(shù)據(jù)和/或藉由應(yīng)用后期圖像效果(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、去紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整控制或其他操作)來操縱數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。圖IB為說明讀出電路130的更多細(xì)節(jié)的功能方塊圖。位線115將像素陣列110 內(nèi)的給定行的像素單元耦合至列放大器131。開關(guān)151選擇性地將列放大器131耦合至取樣電容器152及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(“ADC”)1M。ADC 154的輸出耦合至功能邏輯140以儲存對應(yīng)于數(shù)字像素信號的數(shù)字像素值。在此讀出架構(gòu)中，需要單獨(dú)的取樣及轉(zhuǎn)換周期以讀出位線中的每一像素單元。然而，取樣及轉(zhuǎn)換周期為串行化的，如圖IC中所說明。因為列放大器131及開關(guān)151對于每一像素單元行在串行化轉(zhuǎn)換周期期間為閑置的，因此像素陣列110 的每一列的總讀出速度受到限制。


參照以下附圖描述本發(fā)明的非限制性和非窮舉性的實施例，在各附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同部件，除非另外指明。圖IA(現(xiàn)有技術(shù))為說明常規(guī)圖像傳感器的功能方塊圖；圖IB (現(xiàn)有技術(shù))為說明常規(guī)圖像傳感器的讀出電路的細(xì)節(jié)的功能方塊圖；圖IC(先前技術(shù))為說明常規(guī)圖像傳感器的讀出電路的串行化性質(zhì)的時序圖；圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的兩個四晶體管GT)像素的像素電路的電路圖；圖3A為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括具有流水線化列ADC的讀出電路的圖像傳感器的功能方塊圖；圖;3B為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有流水線化列ADC的讀出電路的并行性質(zhì)的時序圖；圖4為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有流水線化列ADC的讀出電路的圖；圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有流水線化列ADC及改良的抗噪聲特征的讀出電路的圖；以及圖6為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的讀出電路的操作的時序圖。
具體實施例方式本文中描述具有經(jīng)解耦的流水線化斜坡式ADC以改良讀出速度的讀出電路架構(gòu)的圖像傳感器陣列的實施例。在以下描述中，陳述眾多具體細(xì)節(jié)以提供對這些實施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，本文中所描述的技術(shù)可在無這些具體細(xì)節(jié)中的一種或多種的情況下加以實踐或以其他方法、組件、材料等來加以實踐。在其他情況下， 不詳細(xì)展示或描述熟知結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆某些方面。在本說明書通篇中對“一個實施例”的引用表示結(jié)合該實施例所描述的特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性包括于至少一個實施例中。因此，在本說明書全文各處中的“在一個實施例中” 或“在實施例中”的出現(xiàn)未必均指同一實施例。此外，可在一個或多個實施例中以任何合適方式組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的像素陣列內(nèi)的兩個四晶體管(「4T」)像素的像素電路200的電路圖。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明的實施例不限于4T像素架構(gòu)；實際上，受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的教示亦適用于3T設(shè)計、5T設(shè)計及各種其他像素架構(gòu)。在圖2中，像素1 及1 配置成兩行和一列。所說明的每一像素電路200的實施例包括光電二極管PD、傳送晶體管Tl、重設(shè)晶體管T2、源極跟隨器(“SF”)晶體管T3 及選擇晶體管抖。在操作期間，傳送晶體管Tl接收傳送信號TX，該傳送信號TX將光電二極管PD中累積的電荷傳送至浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在一個實施例中，浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD可耦合至用于臨時儲存圖像電荷的儲存電容器(未圖示)。重設(shè)晶體管T2耦合于供電干線VDD與浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之間以在重設(shè)信號RST的控制下重設(shè)(例如，對FD放電或充電至預(yù)設(shè)電壓)。浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD經(jīng)耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合于供電干線 VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3用作源極跟隨器，用于從像素提供高阻抗輸出。 最后，選擇晶體管T4在選擇信號SEL的控制下選擇性地將像素電路200的輸出耦合至位線 210。圖3A為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括具有流水線化列ADC的讀出電路的圖像傳感器300的功能方塊圖。圖像傳感器300的所說明實施例包括像素陣列310、控制電路 320、位線315、讀出電路330、讀出線341及功能邏輯340。讀出電路330的所說明實施例包括列放大器332及取樣和轉(zhuǎn)換電路333及334。所說明的功能邏輯340的實施例包括存儲器緩沖器；342。像素陣列310為像素的圖像傳感器的二維(“2D”)陣列。在一個實施例中，每一像素為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。如所說明，將每一像素配置成行及列以獲取人、地點(diǎn)或物件的圖像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)接著可用來呈現(xiàn)人、地點(diǎn)或物件的圖像。在所說明實施例中，僅展示像素單元的四個行及兩個列以免附圖雜亂。實際上，像素陣列310 可包括數(shù)百、數(shù)千或甚至數(shù)百萬個像素單元，但僅展示8個像素單元。圖2的像素電路200 為用于實施圖3A的像素陣列310內(nèi)的每一像素的一種可能的像素電路架構(gòu)。在每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，藉由讀出電路330經(jīng)由位線315 讀出圖像數(shù)據(jù)。經(jīng)由位線315A—次一個地將來自像素單元301、302、303及304的圖像數(shù)據(jù)讀出至列放大器332，且接著將該圖像數(shù)據(jù)傳送至取樣及轉(zhuǎn)換電路333或334。在此實施例中，列放大器332具有較少的閑置時間，因為其可持續(xù)地取樣來自像素單元301至304的數(shù)據(jù)且以交替方式將其饋入至取樣及轉(zhuǎn)換電路333和334。換言之，復(fù)制取樣及轉(zhuǎn)換電路333 和334的每一流水線支線內(nèi)的取樣電路和轉(zhuǎn)換電路，從而提供用于將模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的兩個并行流水線級?？刂齐娐?20耦合至像素陣列310以控制像素陣列310的操作特性。舉例而言， 控制電路320可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。在一個實施例中，該快門信號為用于同時使像素陣列310內(nèi)的所有像素能夠在單一獲取窗期間同時俘獲它們相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)的全局快門信號。在替代實施例中，該快門信號為滾動快門信號，藉此在連續(xù)獲取窗期間順序啟用每一行、每一列或每一群像素。此外，控制電路320可負(fù)責(zé)產(chǎn)生SEL信號以選擇將在給定時間沿位線315讀出像素單元的哪一行。雖然圖3A將位線315說明為耦合至給定列內(nèi)的像素單元，但本發(fā)明的實施例適用于行讀出組態(tài)或另一排讀出組態(tài)，且列放大器332 可一般性地稱作排放大器(line amplifier).圖;3B為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有流水線化列ADC的讀出電路的并行性質(zhì)的時序圖。如所說明，在取樣周期Pl期間，取樣來自第一像素單元(例如，像素單元301)的第一像素數(shù)據(jù)，且藉由取樣及轉(zhuǎn)換電路333緩沖或“保持”該第一像素數(shù)據(jù)。接下來，在周期P2期間，藉由取樣及轉(zhuǎn)換電路333將此第一像素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。然而，在此同一周期P2期間，取樣來自第二像素單元(例如，像素單元30 的第二像素數(shù)據(jù)，且藉由取樣及轉(zhuǎn)換電路334保持該第二像素數(shù)據(jù)。因此，在周期P2期間，取樣及轉(zhuǎn)換電路333具有轉(zhuǎn)換周期，而取樣及轉(zhuǎn)換電路334使行放大器332及位線315A分時共用以執(zhí)行取樣周期。在周期P3期間，角色互換，且取樣及轉(zhuǎn)換電路333的取樣周期使列放大器332及位線315A分時共用以進(jìn)行下一像素單元行(例如，像素單元30 的取樣周期，而取樣及轉(zhuǎn)換電路334轉(zhuǎn)換來自前一像素單元行(例如，像素單元30 的圖像數(shù)據(jù)。圖4為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有流水線化列ADC的讀出電路400的圖。讀出電路400表示圖3A中所說明的讀出電路330的一個可能實現(xiàn)。應(yīng)了解，讀出電路400僅表示針對來自像素陣列310的每一位線重復(fù)的電路的一個實例。所說明的讀出電路400的實施例包括位線開關(guān)405、列放大器410、兩個取樣及轉(zhuǎn)換電路415及420以及用于產(chǎn)生控制信號Si、S2及S3的控制邏輯422。取樣及轉(zhuǎn)換電路415及420的所說明實施例各自包括取樣開關(guān)425、取樣電容器430及行ADC 435。與取樣及轉(zhuǎn)換電路415相關(guān)聯(lián)的組件在其數(shù)字之后標(biāo)注有字母“A”，而與取樣及轉(zhuǎn)換電路420相關(guān)聯(lián)的組件在其數(shù)字之后標(biāo)注有字母“B”。在一個實施例中，取樣及轉(zhuǎn)換電路415及420各自能夠進(jìn)行相關(guān)雙取樣。在這些實施例中，每一取樣及轉(zhuǎn)換電路415可包括額外取樣開關(guān)及取樣電容器(未說明)以保持黑色基準(zhǔn)信號以及圖像數(shù)據(jù)信號以供在列ADC 435進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行偏移。由控制信號S3控制的位線開關(guān)405選擇性地將位線315耦合至列放大器410。在位線315的多次取樣之間，位線開關(guān)405為開路以使讀出電路330的特定支線或部分與其相關(guān)聯(lián)位線315解耦。在第一取樣周期(例如，圖:3B中的周期Pl)期間，位線開關(guān)405為閉路，從而經(jīng)由位線315將像素單元301耦合至列放大器410。在列放大器410放大來自像素單元301的類比圖像數(shù)據(jù)之后，取樣開關(guān)425A藉由控制信號Sl的確立而閉路，從而將來自像素單元301的經(jīng)放大模擬圖像數(shù)據(jù)耦合至取樣電容器430A。在來自像素單元301的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)取樣至取樣電容器430A上之后，取樣開關(guān)425A經(jīng)由控制信號Sl的撤銷確立而開路。在第二取樣周期(例如，周期P2)期間，位線開關(guān)405經(jīng)由控制信號S3而為閉路的， 從而經(jīng)由位線315將像素單元302耦合至列放大器410。在列放大器410放大來自像素單元302的模擬圖像數(shù)據(jù)之后，取樣開關(guān)425B經(jīng)由控制信號S2而閉路，從而將來自像素302 的經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)耦合至取樣電容器430B。在來自像素單元302的數(shù)據(jù)經(jīng)取樣至取樣電容器430B中之后，取樣開關(guān)425B再次為開路。位線開關(guān)405的操作藉由在取樣循環(huán)之間將取樣及轉(zhuǎn)換電路與位線解耦而提供噪聲減少(例如，參見信號跡線S3在圖6中的多個取樣實例之間被撤銷確立)。在第一轉(zhuǎn)換周期(例如，圖:3B中的周期P2)(其與第二取樣周期同時發(fā)生)期間， 藉由列ADC 435A將保持于取樣電容器430A中的來自像素單元301的經(jīng)取樣圖像數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)信號440A作比較。在一個實施例中，列ADC435為斜坡式ADC，且基準(zhǔn)信號440為斜坡信號。一旦列ADC 440A完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，所得數(shù)字圖像數(shù)據(jù)便被傳送至存儲器緩沖器342，存儲器緩沖器342為功能邏輯340的部分。在第三取樣周期(例如，圖:3B中的周期P3)期間，像素單元303經(jīng)由位線315及位線開關(guān)405耦合至列放大器410。在列放大器410放大來自像素單元303的模擬圖像數(shù)據(jù)之后，取樣開關(guān)425A為閉路的，從而將來自像素303的經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)耦合至取樣電容器430A。在藉由取樣電容器430A取樣并保持來自像素單元303的數(shù)據(jù)之后，取樣開關(guān)425A 為開路的。在第二轉(zhuǎn)換周期(例如，周期P3)(其與第三取樣周期同時發(fā)生)期間，藉由列 ADC435B將當(dāng)前保持于取樣電容器430B中的來自像素單元302的經(jīng)取樣圖像數(shù)據(jù)與參考信號440B作比較。一旦列ADC 435B完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，所得數(shù)字圖像數(shù)據(jù)便被傳送至存儲器緩沖器342。此情形繼續(xù)，直至像素陣列310中的整列或整排像素單元被取樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)為止。取樣周期與轉(zhuǎn)換周期同時發(fā)生，惟每一像素單元列的第一取樣周期及最后一個轉(zhuǎn)換周期除外。圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有流水線化行ADC及改良的抗噪聲特征的讀出電路500的圖。讀出電路500與讀出電路400類似，但具有下文識別的差異以改良抗噪
聲能力。舉例而言，可使用分接路徑將列放大器410的輸出耦合至其輸入。此分接路徑可包括耦合至列放大器410的輸入的NMOS電容器551。在一個實施例中，藉由將NMOS晶體管的源極及漏極耦合到一起且沿分接路徑將其耦合至列放大器410的輸入來實現(xiàn)NMOS電容器551。NMOS電容器551的柵極接著耦合至控制信號S4B(S4的互補(bǔ))。在一個實施例中， 分接路徑可包括串聯(lián)地耦合在列放大器410的輸入與輸出之間且藉由控制信號S4及其互補(bǔ)S4B控制的傳輸門電路552。在一個實施例中，傳輸門電路552包括背對背耦合的PMOS及NMOS晶體管，這些晶體管的源極和漏極彼此耦合且接著與分接路徑串聯(lián)耦合。NMOS電容器551、傳輸門電路552及控制信號S4及S4B在每一取樣周期開始時等化位線放大器410。 在各種實施例中，分接路徑可在無NMOS電容器551、無傳輸門電路552的情況下實現(xiàn)，傳輸門電路552可僅利用傳輸門電路552的一半的PMOS或NMOS晶體管中的一者來實現(xiàn)，或傳輸門電路552及NMOS電容器551兩者可一起實施(如所說明)。在NMOS電容器551被包括于無傳輸門電路552的分接路徑內(nèi)的實施例中，串聯(lián)耦合的開關(guān)(例如，藉由S4B控制的 PMOS晶體管及藉由S4控制的NMOS晶體管中的一者)插入至分接路徑中。圖6說明如何每相關(guān)雙取樣周期確立S4—次。如所說明，對于給定像素單元，在取樣黑色基準(zhǔn)信號(用于偏移數(shù)據(jù)信號)開始時簡短地確立S4，且在數(shù)據(jù)信號自身的取樣期間不確立S4。NMOS電容器551及傳輸門電路552補(bǔ)償時脈饋通且減小電荷注入以減少位線放大器410的輸出處的波紋及偏移。除了 NMOS電容器551及傳輸門電路552之外，諸如預(yù)先充電電路553A及55!3B的其他元件亦減少取樣及轉(zhuǎn)換電路515及520的鄰近流水線支線之間的交叉耦合。預(yù)先充電電路553A及35 在每一相關(guān)雙取樣循環(huán)之前分別對取樣節(jié)點(diǎn)439A及439B預(yù)先充電(見圖6)。在取樣循環(huán)開始時對取樣節(jié)點(diǎn)預(yù)先充電消除了取樣循環(huán)之間的記憶效應(yīng)，且減少流水線支線之間的交叉耦合。在相關(guān)雙取樣的情況下，對于組合的取樣黑色及取樣數(shù)據(jù)循環(huán)， 僅對取樣節(jié)點(diǎn)439預(yù)先充電一次。在所說明的實施例中，預(yù)先充電電路553各自包括串聯(lián)耦合于取樣節(jié)點(diǎn)439與電壓基準(zhǔn)(例如，接地)之間的兩個晶體管。第一個串聯(lián)耦合的晶體管使其柵極箝位至其漏極，且第二個串聯(lián)耦合的晶體管的柵極經(jīng)由控制信號S5來控制。在一個實施例中，取樣開關(guān)425可以進(jìn)一步減少取樣及轉(zhuǎn)換電路515與520之間的交叉耦合的方式來操作。舉例而言，在一個實施例中，控制信號Sl及S2相對于彼此偏移或時間移位以防止出現(xiàn)兩個取樣分支被同時開啟的情形。驅(qū)動器505A及505B分別耦合至取樣開關(guān)425A及425B的柵極，以提供強(qiáng)柵控以進(jìn)一步抑制噪聲。在所說明的實施例中，驅(qū)動器505A及505B實現(xiàn)有反相器電路且藉由控制信號互補(bǔ)SlB及S2B來加以驅(qū)動。在一個實施例中，取樣開關(guān)425A及425B有目的地減小大小以減少其相關(guān)聯(lián)的寄生電容。此減少其相對于取樣電容器430A及430B的電容的電容性貢獻(xiàn)，藉此進(jìn)一步減少寄生噪聲。在一個實施例中，取樣開關(guān)425A及425B小于位線開關(guān)405。其他制造技術(shù)亦可用以減少取樣分支之間的交叉耦合。舉例而言，可使用布局分離及金屬屏蔽來隔離及屏蔽取樣分支之間(例如，取樣及轉(zhuǎn)換電路415與420之間或取樣及轉(zhuǎn)換電路515與520之間)的交叉噪聲污染。圖6為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用斜坡型列ADC 435的讀出電路330的相關(guān)雙取樣操作的時序圖600。時序圖600說明一個取樣及轉(zhuǎn)換電路(例如，取樣及轉(zhuǎn)換電路 333)如何在另一個取樣及轉(zhuǎn)換電路(例如，取樣及轉(zhuǎn)換電路334)執(zhí)行黑色基準(zhǔn)值及來自給定像素單元的圖像數(shù)據(jù)值的相關(guān)雙取樣(跡線610)的同時計算圖像數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換(時間tl與t3之間的跡線605)。跡線605說明斜坡參考信號實施例。在操作期間，該斜坡基準(zhǔn)信號緩慢地減小(或升高)，同時計數(shù)器量測時間或時脈循環(huán)。當(dāng)經(jīng)取樣的圖像數(shù)據(jù)的電壓匹配該斜坡基準(zhǔn)信號時，參考計數(shù)器值以進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。跡線615說明在不取樣黑色基準(zhǔn)信號或圖像數(shù)據(jù)信號時位線開關(guān)405如何解耦取樣及轉(zhuǎn)換電路。跡線620說明NMOS電容器551及傳輸門電路552如何操作以減少噪聲。
上文所說明的實施例藉由使用一個列放大器、兩個取樣電路(例如，取樣開關(guān)與取樣電容器的組合)、兩個列ADC及一個存儲器區(qū)塊而提高圖像傳感器的列讀出速度。然而，替代實施例可藉由在像素陣列的兩個列之間共用一個取樣電路、兩個列ADC及一個存儲器區(qū)塊而犧牲硅區(qū)域的列讀出速度。此實施例的列讀出速度將與圖IA中所見的圖像傳感器中的列讀出速度實質(zhì)上相同，但將減小圖像傳感器的大小。本發(fā)明的所說明實施例的以上描述(包括在摘要中所描述的內(nèi)容)不意欲為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然在本文中出于說明性目的而描述本發(fā)明的具體實施例及實例，但在本發(fā)明的范疇內(nèi)各種修改是可能的。舉例而言，為方便起見，讀出電路330展示于圖3A的“底部”處；然而，讀出電路330可置放于集成電路管芯上相對于像素陣列310的各種位置中?？筛鶕?jù)以上詳細(xì)描述而對本發(fā)明進(jìn)行修改。在所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限于本說明書中所揭示的具體實施例。相反，本發(fā)明的范疇將完全藉由所附權(quán)利要求書確定，所述權(quán)利要求書將根據(jù)權(quán)利要求書解釋的既定準(zhǔn)則加以理解。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括像素陣列，其包括組織成行及列的多個像素單元以用于俘獲圖像數(shù)據(jù)；位線，其耦合至所述像素陣列的一排內(nèi)的像素單元中的每一個；以及讀出電路，其耦合至所述位線以從所述排內(nèi)的像素單元讀出所述圖像數(shù)據(jù)，所述讀出電路包括排放大器，其用以放大所述圖像數(shù)據(jù)，且具有耦合至所述位線的輸入，以及輸出；以及第一取樣及轉(zhuǎn)換電路和第二取樣及轉(zhuǎn)換電路，所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路和第二取樣及轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)地耦合至所述排放大器的輸出，以交互地取樣圖像數(shù)據(jù)并將圖像數(shù)據(jù)從模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，其中所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路被配置成在所述第二取樣及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換第二圖像數(shù)據(jù)時同時取樣第一圖像數(shù)據(jù)，且所述第二取樣及轉(zhuǎn)換電路被配置成在所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換所述第一圖像數(shù)據(jù)時同時取樣第三圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述排包括給定列，且所述排放大器包括列放大器。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，位線開關(guān)耦合于所述圖像傳感器的位線與列放大器之間，所述位線開關(guān)耦合至控制邏輯以在不取樣數(shù)據(jù)時選擇性地將所述列放大器與所述位線解除連接。
4.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括存儲器緩沖器，所述存儲器緩沖器經(jīng)耦合以被所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路以及所述第二取樣及轉(zhuǎn)換電路分時共用以輸出所述數(shù)字值。
5.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路以及所述第二取樣及轉(zhuǎn)換電路中的每一個包括取樣開關(guān)，其具有耦合至所述列放大器的輸出的第一端子，以及耦合至取樣節(jié)點(diǎn)的第二端子；取樣電容器，其耦合至所述取樣節(jié)點(diǎn)以取樣并保持所述圖像數(shù)據(jù)；以及列模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (“ADC” )，其耦合至所述取樣節(jié)點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其特征在于，所述列ADC包括斜坡式ADC。
7.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路和所述第二取樣及轉(zhuǎn)換電路中的每一個包括預(yù)先充電電路，其耦合至所述取樣節(jié)點(diǎn)以將所述取樣節(jié)點(diǎn)預(yù)先充電至固定電壓，所述預(yù)先充電電路耦合至控制邏輯以在每一取樣周期之前選擇性地對所述取樣節(jié)點(diǎn)預(yù)先充電。
8.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一取樣及轉(zhuǎn)換電路和所述第二取樣及轉(zhuǎn)換電路中的每一個包括驅(qū)動器電路，其經(jīng)耦合以驅(qū)動所述取樣開關(guān)的柵極。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其特征在于，所述取樣開關(guān)小于所述位線開關(guān)。
10.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括分接路徑，所述分接路徑將所述列放大器的輸入耦合至所述列放大器的輸出，所述分接路徑包括NMOS電容器和開關(guān)，所述NMOS電容器的源極與漏極耦合到一起且耦合至所述列放大器的輸入，且所述開關(guān)與所述分接路徑串聯(lián)地耦合在所述列放大器的輸入與輸出之間。
11.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括分接路徑，所述分接路徑將所述列放大器的輸入耦合至所述列放大器的輸出，所述分接路徑包括串聯(lián)地耦合在所述分接路徑內(nèi)的傳輸門電路，其中所述分接路徑包括背對背耦合的PMOS晶體管及NMOS晶體管。
12.—種從像素陣列讀出圖像數(shù)據(jù)的方法，所述像素陣列包括組織成行及列的多個像素單元以用于俘獲所述圖像數(shù)據(jù)，所述方法包括在第一取樣周期期間取樣來自耦合至所述像素陣列的一排內(nèi)的像素單元中的每一個的位線的第一圖像數(shù)據(jù)，所述第一圖像數(shù)據(jù)由耦合至所述位線的第一像素單元產(chǎn)生；在所述第一取樣周期之后的第一轉(zhuǎn)換周期期間將所述第一圖像數(shù)據(jù)從模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；以及在第二取樣周期期間取樣來自所述位線的第二圖像數(shù)據(jù)，所述第二圖像數(shù)據(jù)由耦合至所述位線的第二像素單元產(chǎn)生，其中所述第二取樣周期出現(xiàn)在所述第一轉(zhuǎn)換周期期間。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括用耦合至所述位線的排放大器來放大所述第一圖像數(shù)據(jù)和所述第二圖像數(shù)據(jù)，其中通過在各自包括獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩個取樣及轉(zhuǎn)換電路之間分時共用所述排放大器來使取樣所述第二圖像數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)換所述第一圖像數(shù)據(jù)同時發(fā)生。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括當(dāng)不取樣來自耦合至所述位線的像素單元中的一個的圖像數(shù)據(jù)時，利用耦合于所述排放大器與所述位線之間的開關(guān)使所述排放大器與所述位線解除連接。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述第二取樣周期之后的第二轉(zhuǎn)換周期期間，將所述第二圖像數(shù)據(jù)從第二模擬值轉(zhuǎn)換成第二數(shù)字值；以及在獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間分時共用單個存儲器緩沖器，以順序地輸出與由耦合至所述位線的像素單元產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)字值。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述第一取樣周期之前，對耦合至所述獨(dú)立模數(shù)轉(zhuǎn)換器和取樣及轉(zhuǎn)換電路中的一個內(nèi)的取樣電容器的取樣節(jié)點(diǎn)預(yù)先充電。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過反相器控制耦合在所述取樣電容器與所述排放大器之間的取樣開關(guān)。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使控制所述取樣及轉(zhuǎn)換電路中的一個的第一取樣開關(guān)的第一控制信號的確立與控制所述取樣及轉(zhuǎn)換電路中的另一個中的第二取樣開關(guān)的第二控制信號的撤銷確立偏移，使得所述第一取樣開關(guān)與所述第二取樣開關(guān)不同時接通，其中所述第一取樣開關(guān)和所述第二取樣開關(guān)耦合于所述排放大器與相應(yīng)的取樣電容器之間。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述第一取樣階段開始時撤銷確立施加至NMOS電容器的柵極的控制信號以減少噪聲，所述匪OS電容器的源極和漏極耦合到一起且耦合至所述排放大器的輸入。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述第一取樣階段開始時確立施加至傳輸門電路的柵極的控制信號以減少噪聲，所述傳輸門電路串聯(lián)地耦合在所述排放大器的輸入與輸出之間。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述像素陣列包括CMOS像素陣列，所述排包括列，所述排放大器包括列放大器，且所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括斜坡式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
一種圖像傳感器包括組織成像素陣列的行和列的多個像素單元。位線耦合至該像素陣列的一排內(nèi)的像素單元中的每一個。讀出電路耦合至該位線以從該排內(nèi)的像素單元讀出圖像數(shù)據(jù)。該讀出電路包括排放大器，其耦合至該位線以放大該圖像數(shù)據(jù)；以及第一取樣及轉(zhuǎn)換電路和第二取樣及轉(zhuǎn)換電路，第一取樣及轉(zhuǎn)換電路和第二取樣及轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)地耦合至該排放大器的輸出以交互地且同時地取樣該圖像數(shù)據(jù)且將該圖像數(shù)據(jù)從模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。
文檔編號H04N5/357GK102572326SQ201110375210
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者丁少敏, 代鐵軍, 張光斌, 李正宇, 楊育昇, 王睿, 瞿旻, 莫要武 申請人:美商豪威科技股份有限公司