圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器。列模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括一計(jì)數(shù)器提供一計(jì)數(shù)結(jié)果、一斜坡信號(hào)生成器提供一斜坡信號(hào)及一起始信號(hào)、一取樣與比較陣列、一第一鎖存陣列、一第二鎖存陣列及一運(yùn)算單元。取樣與比較陣列依據(jù)斜坡信號(hào)與起始信號(hào)以及多個(gè)感光像素的初始電壓及亮度電壓輸出多個(gè)亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)。第一鎖存陣列及第二鎖存陣列回應(yīng)這些亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存，并在一第一期間輸出多個(gè)第一亮度鎖存值，在一第二期間輸出多個(gè)第二亮度鎖存值。運(yùn)算單元耦接依據(jù)這些第一亮度鎖存值及這些第二亮度鎖存值計(jì)算這些感光像素的亮度值。
【專利說(shuō)明】圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，且特別是有關(guān)于一種低噪聲的圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著數(shù)字科技的大幅進(jìn)步，以及網(wǎng)際網(wǎng)路與多媒體應(yīng)用的快速發(fā)展，許多圖像均希望可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，以便于進(jìn)行處理及傳送，因此可將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的圖像傳感器在多媒體應(yīng)用中逐漸變得重要。
[0003]一般而言，圖像傳感器由電子元件所構(gòu)成，而電子元件及電路的電氣特性可以逼近理想特性，但無(wú)法完全達(dá)到理想特性的要求，以致于電子元件及電路可能會(huì)有噪聲(即非預(yù)期的電壓或信號(hào))，進(jìn)而圖像傳感器所輸出的數(shù)字圖像。以放大器而言，由于放大器的兩個(gè)比較輸入端存在偏移電壓(理想特性上是不存在的)，因此利用放大器所構(gòu)成的比較電路會(huì)受偏移電壓的影響，導(dǎo)致比較結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響數(shù)字圖像的正確性。因此，如何降低或消除電子元件或電路的非理相特性所引起的噪聲則成為設(shè)計(jì)圖像傳感器的一個(gè)重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可降低電路噪聲所造成的影響，以提高所感測(cè)到的亮度值的正確性。
[0005]本發(fā)明提供一種列模數(shù)轉(zhuǎn)換器(column analog to digital converter),適于具有復(fù)數(shù)列的感光像素的一像素陣列。列模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括一計(jì)數(shù)器、一斜坡信號(hào)生成器、一取樣與比較陣列、一第一鎖存陣列、一第二鎖存陣列及一運(yùn)算單元。計(jì)數(shù)器依據(jù)一時(shí)鐘信號(hào)以提供一計(jì)數(shù)結(jié)果。斜坡信號(hào)生成器依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)提供一斜坡信號(hào)，以及提供一起始信號(hào)。取樣與比較陣列具有多個(gè)取樣與比較電路，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者分別依據(jù)斜坡信號(hào)與起始信號(hào)，以及這些感光像素中一對(duì)應(yīng)列的感光像素的一初始電壓及一亮度電壓，輸出一亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)。第一鎖存陣列具有多個(gè)第一鎖存器，其中這些第一鎖存器當(dāng)中每一者分別耦接計(jì)數(shù)器，以在一第一期間內(nèi)，回應(yīng)在這些取樣與比較電路當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者所輸出的亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)，而將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存成為一第一亮度鎖存值。第二鎖存陣列具有多個(gè)第二鎖存器，其中這些第二鎖存器當(dāng)中每一者分別耦接計(jì)數(shù)器，以在與第一期間不同的一第二期間內(nèi)，回應(yīng)在這些取樣與比較電路當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者所輸出的亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)，而將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存成為一第二亮度鎖存值。運(yùn)算單元耦接第一鎖存陣列及第二鎖存陣列，以接收這些第一鎖存器當(dāng)中每一者的第一亮度鎖存值及這些第二鎖存器當(dāng)中每一者的第二亮度鎖存值，并依據(jù)所接收的第一亮度鎖存值及第二亮度鎖存值計(jì)算對(duì)應(yīng)列的感光像素的一亮度值。
[0006]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一期間是一相位信號(hào)的第一相位期間，以及第二期間是一相位信號(hào)的一第二相位期間。
[0007]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，運(yùn)算單元是計(jì)算所接收的第一亮度鎖存值及第二亮度鎖存值的一總和作為對(duì)應(yīng)列的感光像素的亮度值。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，運(yùn)算單元是計(jì)算所接收的第一亮度鎖存值及第二亮度鎖存值的一平均值作為對(duì)應(yīng)列的感光像素的亮度值。
[0009]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，運(yùn)算單元包括多個(gè)子運(yùn)算單元，當(dāng)中每一者分別耦接至這些第一鎖存器當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者與這些第二鎖存器當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者，這些子運(yùn)算單元用以在同一時(shí)間內(nèi)，依據(jù)這些第一鎖存器的這些第一亮度鎖存值與這些第二鎖存器的這些第二亮度鎖存值，平行計(jì)算出這些列的感光像素的這些亮度值。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，運(yùn)算單元用以在依序在不同時(shí)間內(nèi)，分別依據(jù)這些第一鎖存器當(dāng)中的一者的第一亮度鎖存值，與這些第二鎖存器當(dāng)中的一者的第二亮度鎖存值，而計(jì)算出這些列當(dāng)中的一者的感光像素的亮度值。
[0011 ] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者包括一第一比較開關(guān)、一第二比較開關(guān)、一第一電容、一第二電容、一放大器、一信號(hào)交換器、第一取樣開關(guān)及第二取樣開關(guān)。第一比較開關(guān)具有第一端耦接至斜坡信號(hào)，以及具有一第二端。第二比較開關(guān)具有第一端耦接至起始信號(hào)，以及具有一第二端。第一電容具有第一端耦接至第一比較開關(guān)的第二端以及亮度電壓，以及具有一第二端。第二電容具有第一端耦接至第一比較開關(guān)的第二端以及初始電壓，以及具有一第二端。放大器具有第一比較輸入端與第二比較輸入端，以及第一比較輸出端與第二比較輸出端，亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)是依據(jù)第一比較輸出端與第二比較輸出端當(dāng)中至少的一者的電壓準(zhǔn)位而產(chǎn)生。信號(hào)交換器耦接在第一與第二電容與放大器之間，以控制第一電容的第二端與第二電容的第二端是分別耦接至放大器的第一比較輸入端與第二比較輸入端，或是稱至放大器的第二比較輸入端與第一比較輸入端。第一取樣開關(guān)耦接在放大器的第一比較輸入端與一參考電壓之間。第二取樣開關(guān)耦接在放大器的第二比較輸入端與參考電壓之間。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，列模數(shù)轉(zhuǎn)換器更包括一亮度電壓開關(guān)及一初始電壓開關(guān)。亮度電壓開關(guān)耦接在亮度電壓與第一電容的第一端之間。初始電壓開關(guān)耦接在初始電壓與第二電容的第一端之間。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，亮度電壓開關(guān)與初始電壓開關(guān)是在一相位信號(hào)的一第一相位期間的一取樣期間內(nèi)循序?qū)?，以及在相位信?hào)的第一相位期間的一比較期間以及相位信號(hào)的一第二相位期間內(nèi)切斷。
[0014]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在一相位信號(hào)的一第一相位期間的一比較期間內(nèi)，信號(hào)交換器是將第一電容的第二端與第二電容的第二端分別耦接至放大器的第一比較輸入端與第二比較輸入端，以及在相位信號(hào)的一第二相位期間的一比較期間內(nèi)，信號(hào)交換器是將第一電容的第二端與第二電容的第二端分別耦接至放大器的第二比較輸入端與第一比較輸入端。
[0015]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在相位信號(hào)的第一相位期間的位在比較期間前的一取樣期間內(nèi)，第一與第二取樣開關(guān)導(dǎo)通，以及第一與第二比較開關(guān)切斷，以及在相位信號(hào)的第一相位期間的比較期間內(nèi)以及在相位信號(hào)的第二相位期間的比較期間內(nèi)，第一與第二取樣開關(guān)切斷，以及第一與第二比較開關(guān)導(dǎo)通。
[0016]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝槐容^輸入端的電壓準(zhǔn)位高于第二比較輸入端的電壓準(zhǔn)位時(shí)，第一比較輸出端輸出一第一準(zhǔn)位，第二比較輸出端輸出一第二準(zhǔn)位，當(dāng)?shù)谝槐容^輸入端的電壓準(zhǔn)位低或等于第二比較輸入端的電壓準(zhǔn)位時(shí)，第一比較輸出端輸出第二準(zhǔn)位，第二比較輸出端輸出第一比較準(zhǔn)位。
[0017]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括一轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元，耦接放大器的第一比較輸出端及第二比較輸出端以及取樣與比較電路的一比較輸出端之間，以依據(jù)第一比較輸出端及第一比較輸出端的電壓準(zhǔn)位，輸出亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)。
[0018]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元是在第一比較輸出端及第二比較輸出端的電壓準(zhǔn)位實(shí)質(zhì)上相等時(shí)，切換亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)的電壓準(zhǔn)位。
[0019]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元包括一 RS鎖存器。RS鎖存器具有一第一鎖存輸入端I禹接在第一比較輸出端、一第二鎖存輸入端I禹接在第二比較輸出端、一第一鎖存輸出端及一第二鎖存輸出端。
[0020]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元還包括一邏輯單元。邏輯單元具有一第一邏輯輸入端稱接在第一鎖存輸出端、一第二邏輯輸入端稱接在第二鎖存輸入端，及一邏輯輸出端，其中邏輯單元依據(jù)第一邏輯輸入端及第二邏輯輸入端的電壓準(zhǔn)位切換邏輯輸出端的電壓準(zhǔn)位。
[0021 ] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，邏輯單元包含一反或閘，其中反或閘的多個(gè)輸入端分別耦接第一邏輯輸入端及第二邏輯輸入端，反或閘的一輸出端耦接邏輯輸出端。
[0022]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單兀包括一信號(hào)切換器。信號(hào)切換器具有第一切換輸入端耦接至放大器的第一比較輸出端，與第二切換輸入端耦接至放大器的第二比較輸出端，以及一交換輸出端，其在第一期間內(nèi)耦接至第一切換輸入端以及在第二期內(nèi)耦接至第二切換輸入端。
[0023]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者包括一信號(hào)交換器及一放大器。信號(hào)交換器包括一第一交換輸入端與一第二交換輸入端，以及一第一交換輸出端與一第二交換輸出端，在第一模式下，第一交換輸入端與第二交換輸入端分別耦接至第一交換輸出端與第二交換輸出端，在一第二模式下，第一交換輸入端與第二交換輸入端分別耦接至第二交換輸出端與第一交換輸出端。放大器包括一第一比較輸入端與一第二比較輸入端，分別I禹接至第一交換輸出端與第二交換輸出端，以及包括一第一比較輸出端與一第二比較輸出端，亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)是依據(jù)第一比較輸出端與第二比較輸出端當(dāng)中至少的一者的電壓準(zhǔn)位而產(chǎn)生。在第一期間內(nèi)的一取樣期間內(nèi)，信號(hào)交換器工作在第一模式，以使第一比較輸入端與第二比較輸入端是分別耦接至亮度電壓與初始電壓。在第一期間內(nèi)的一比較期間內(nèi)，信號(hào)交換器工作在第一模式，以使第一比較輸入端與第二比較輸入端是分別耦接至斜坡信號(hào)與起始信號(hào)。在第二期間內(nèi)的一比較期間內(nèi)，信號(hào)交換器工作在第二模式，以使第一比較輸入端與第二比較輸入端是分別耦接至起始信號(hào)與斜坡信號(hào)。
[0024]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括一第一電容、一第二電容、一第一比較開關(guān)及一第二比較開關(guān)。第一電容具有第一端與第二端、第二端耦接至第一交換輸入端。第二電容具有第一端與第二端、第二端耦接至第二交換輸入端。第一比較開關(guān)耦接至斜坡信號(hào)與第一電容的第一端之間。第二比較開關(guān)耦接至起始信號(hào)與第二電容的第一端之間。
[0025]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括一亮度電壓開關(guān)及一初始電壓開關(guān)。亮度電壓開關(guān)耦接在亮度電壓與第一電容的第一端之間。初始電壓開關(guān)耦接在初始電壓與第二電容的第一端之間。
[0026]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，這些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括一第一取樣開關(guān)及一第二取樣開關(guān)。第一取樣開關(guān)耦接至放大器的第一比較輸入端與一參考電壓之間。第二取樣開關(guān)耦接至放大器的第二比較輸入端與參考電壓之間。
[0027]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在第一期間內(nèi)與第二期間內(nèi)，取樣與比較陣列是分別工作在第一模式與第二模式，在第一模式與第二模式下，亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)與亮度電壓是有不同的函數(shù)關(guān)系。
[0028]本發(fā)明還提供一種圖像傳感器，包括一像素陣列及如上所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器。像素陣列具有復(fù)數(shù)列的感光像素。上述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器耦接至像素陣列。
[0029]基于上述，本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器及其列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其依據(jù)對(duì)應(yīng)列的感光像素的一初始電壓及一亮度電壓及一斜坡信號(hào)生成器提供的一斜坡信號(hào)及一起始信號(hào)產(chǎn)生一亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)，并且第一鎖存器依據(jù)對(duì)應(yīng)的亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)在一第一期間中鎖存計(jì)數(shù)器提供的一計(jì)數(shù)結(jié)果以輸出一第一亮度鎖存值，第二鎖存器依據(jù)對(duì)應(yīng)的亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)在一第二期間中鎖存計(jì)數(shù)器提供的計(jì)數(shù)結(jié)果以輸出一第二亮度鎖存值，運(yùn)算單元依據(jù)對(duì)應(yīng)的第一亮度鎖存值及對(duì)應(yīng)的第二亮度鎖存值計(jì)算此對(duì)應(yīng)列的感光像素的一亮度值。借此，可降低電路噪聲所造成的影響，以提高所感測(cè)到的亮度值的正確性。
[0030]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像傳感器的系統(tǒng)示意圖；
[0032]圖2A為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖1中的取樣與比較電路的電路示意圖；
[0033]圖2B為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖2A中的取樣與比較電路的驅(qū)動(dòng)波形示意圖；
[0034]圖3A為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖1中的取樣與比較電路的電路示意圖；
[0035]圖3B為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖3A中的取樣與比較電路的驅(qū)動(dòng)波形示意圖；
[0036]圖4A為依據(jù)本發(fā)明更另一實(shí)施例的圖1中的取樣與比較電路的電路示意圖；
[0037]圖4B為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖4A中的取樣與比較電路的驅(qū)動(dòng)波形示意圖；
[0038]圖5為依據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施例的圖1中的取樣與比較電路的電路示意圖。
[0039]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0040]100:圖像傳感器；
[0041]110:像素陣列；
[0042]120:列模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0043]121:計(jì)數(shù)器；
[0044]123:斜坡信號(hào)生成器；
[0045]125:取樣與比較陣列；
[0046]127:第一鎖存陣列；
[0047]129:第二鎖存陣列；
[0048]131:運(yùn)算單元；
[0049]140:鎖相回路；[0050]310,410:轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元；
[0051]420:邏輯單元；
[0052]A、1:第一切換輸入端；
[0053]APl:放大器；
[0054]B、J:第二切換輸入端；
[0055]BRLl:第一亮度鎖存值；
[0056]BRL2:第二亮度鎖存值；
[0057]BRV:亮度值；
[0058]BTl~BT3、BTla~BTlc:亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)；
[0059]C:第一交換輸出端；
[0060]Cl:第一電容；
[0061]C2:第二電容；
[0062]CLK:時(shí)鐘信號(hào)；
[0063]CTR:計(jì) 數(shù)結(jié)果；
[0064]D:第二交換輸出端；
[0065]E:第一比較輸入端；
[0066]F:第二比較輸入端；
[0067]G:第一比較輸出端；
[0068]H:第二比較輸出端；
[0069]K:交換輸出端；
[0070]L:第一鎖存輸入端；
[0071]LTll ~LT13:第一鎖存器；
[0072]LT21 ~LT23:第二鎖存器；
[0073]M:第二鎖存輸入端；
[0074]N:第一鎖存輸出端；
[0075]NRl:反或閘；
[0076]O:第二鎖存輸出端；
[0077]0C1:比較輸出端；
[0078]P:第一邏輯輸入端；
[0079]PCP1、PCP2:比較期間；
[0080]PHl:第一相位期間；
[0081]PH2:第二相位期間；
[0082]PS:感光像素；
[0083]PSP:取樣期間；
[0084]Q --第二邏輯輸入端；
[0085]R:邏輯輸出端；
[0086]RSl: RS 鎖存器；
[0087]SAl~SA3:子運(yùn)算單元；
[0088]SCl~SC3、SCla~SCld:取樣與比較電路；[0089]SEl?SE3:信號(hào)交換器；
[0090]SWCl:第一比較開關(guān)；
[0091]SWC2:第二比較開關(guān)；
[0092]SffSl:第一取樣開關(guān)；
[0093]SWS2:第二取樣開關(guān)；
[0094]SffVR:初始電壓開關(guān)；
[0095]SWVS:亮度電壓開關(guān)；
[0096]VE、VF、VG、VH、VN、VO:波形；
[0097]VRAMP:斜坡信號(hào)；
[0098]VRST:初始電壓；
[0099]VSGN:亮度電壓；
[0100]VSTART:起始信號(hào)；
[0101]ψ:相位信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0102]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像傳感器的系統(tǒng)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，圖像傳感器100包括像素陣列110、列模數(shù)轉(zhuǎn)換器120及鎖相回路140。像素陣列110具有復(fù)數(shù)列(η)與復(fù)數(shù)行(m)的感光像素PS，其中每一個(gè)感光像素PS均可提供一初始電壓VRST及一亮度電壓VSGN。像素陣列110可以逐行輸出，故每一時(shí)間可輸出某一行上的η個(gè)像素所提供的η個(gè)初始電壓VRST及η個(gè)亮度電壓VSGN。鎖相回路140用以提供一時(shí)鐘信號(hào)CLK。列模數(shù)轉(zhuǎn)換器120耦接至像素陣列110以接收這些感光像素PS所提供的初始電壓VRST及亮度電壓VSGN，且耦接至鎖相回路140以接收時(shí)鐘信號(hào)CLK。列模數(shù)轉(zhuǎn)換器120依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK及這些感光像素PS的初始電壓VRST及亮度電壓VSGN計(jì)算這些感光像素PS的亮度值BRV。
[0103]在本實(shí)施例中，列模數(shù)轉(zhuǎn)換器120包括一計(jì)數(shù)器121、一斜坡信號(hào)生成器123、一取樣與比較陣列125、一第一鎖存陣列127、一第二鎖存陣列129及一運(yùn)算單元131。計(jì)數(shù)器121耦接鎖相回路140以接收時(shí)鐘信號(hào)CLK，且依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)以提供一計(jì)數(shù)結(jié)果CTR。斜坡信號(hào)生成器123耦接鎖相回路140以接收時(shí)鐘信號(hào)CLK，且依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK提供一斜坡信號(hào)VRAMP，以及提供一起始信號(hào)VSTART。其中，斜坡信號(hào)VRAMP的電壓準(zhǔn)位可安排為隨時(shí)間遞增或遞減，并且斜坡信號(hào)VRAMP的電壓準(zhǔn)位會(huì)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器121的計(jì)數(shù)結(jié)果CTR,而起始信號(hào)VSTART可安排為一直流電壓，且其準(zhǔn)位是斜坡信號(hào)VRAMP進(jìn)行遞增或遞減的起始電壓準(zhǔn)位。
[0104]取樣與比較陣列125具有多個(gè)取樣與比較電路(如SCl?SC3...等)。這些取樣與比較電路(如SCl?SC3)當(dāng)中每一者分別耦接斜坡信號(hào)生成器123以接收斜坡信號(hào)VRAMP及起始信號(hào)VSTART，且耦接這些感光像素PS中一對(duì)應(yīng)列的一感光像素PS以接收對(duì)應(yīng)的初始電壓VRST及對(duì)應(yīng)的亮度電壓VSGN。每一取樣與比較電路(如SCl?SC3)依據(jù)斜坡信號(hào)VRAMP、起始信號(hào)VSTART、所接收的初始電壓VRST及所接收的亮度電壓VSGN輸出一亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)(如BTl?BT3)。
[0105]另外，取樣與比較電路SCi (其中i = I?η)可工作在第一模式與第二模式。在第一模式下與第二模式下，亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)BTi所代表的數(shù)位碼Codei與亮度電壓VSGN的電
壓準(zhǔn)位之間有不同的函數(shù)關(guān)系。若以數(shù)學(xué)式表示，在第一模式下，亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)BTi所代表
的數(shù)位碼Codei與亮度電壓VSGN的電壓準(zhǔn)位有一第一函數(shù)關(guān)系
【權(quán)利要求】
1.一種列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適于具有復(fù)數(shù)列的感光像素的一像素陣列，其特征在于，包括: 一計(jì)數(shù)器，依據(jù)一時(shí)鐘信號(hào)以提供一計(jì)數(shù)結(jié)果； 一斜坡信號(hào)生成器，依據(jù)該時(shí)鐘信號(hào)提供一斜坡信號(hào)，以及提供一起始信號(hào)； 一取樣與比較陣列，具有多個(gè)取樣與比較電路，該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者分別依據(jù)該斜坡信號(hào)與該起始信號(hào)，以及該些感光像素中一對(duì)應(yīng)列的感光像素的一初始電壓及一亮度電壓，輸出一亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)； 一第一鎖存陣列，具有多個(gè)第一鎖存器，其中該些第一鎖存器當(dāng)中每一者分別耦接該計(jì)數(shù)器，以在一第一期間內(nèi)，回應(yīng)在該些取樣與比較電路當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者所輸出的該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)，而將該計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存成為一第一亮度鎖存值； 一第二鎖存陣列，具有多個(gè)第二鎖存器，其中該些第二鎖存器當(dāng)中每一者分別耦接該計(jì)數(shù)器，以在與該第一期間不同的一第二期間內(nèi)，回應(yīng)在該些取樣與比較電路當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者所輸出的該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)，而將該計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存成為一第二亮度鎖存值；以及 一運(yùn)算單元，耦接該第一鎖存陣列及該第二鎖存陣列，以接收該些第一鎖存器當(dāng)中每一者的該第一亮度鎖存值及該些第二鎖存器當(dāng)中每一者的該第二亮度鎖存值，并依據(jù)所接收的該第一亮度鎖存值及該第二亮度鎖存值計(jì)算該對(duì)應(yīng)列的感光像素的一亮度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一期間是一相位信號(hào)的第一相位期間，以及該第二期間是一相位信號(hào)的一第二相位期間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該運(yùn)算單元是計(jì)算所接收的該第一亮度鎖存值及該第二亮度鎖存值的一總和作為該對(duì)應(yīng)列的感光像素的該亮度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該運(yùn)算單元是計(jì)算所接收的該第一亮度鎖存值及該第二亮度鎖存值的一平均值作為該對(duì)應(yīng)列的感光像素的該亮度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該運(yùn)算單元包括多個(gè)子運(yùn)算單元，當(dāng)中每一者分別耦接至該些第一鎖存器當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者與該些第二鎖存器當(dāng)中一對(duì)應(yīng)者，該些子運(yùn)算單元用以在同一時(shí)間內(nèi)，依據(jù)該些第一鎖存器的該些第一亮度鎖存值與該些第二鎖存器的該些第二亮度鎖存值，平行計(jì)算出該些列的感光像素的該些亮度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該運(yùn)算單元用以在依序在不同時(shí)間內(nèi)，分別依據(jù)該些第一鎖存器當(dāng)中的一者的該第一亮度鎖存值，與該些第二鎖存器當(dāng)中的一者的該第二亮度鎖存值，而計(jì)算出該些列當(dāng)中的一者的感光像素的該亮度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者包括: 一第一比較開關(guān)，其具有第一端耦接至該斜坡信號(hào)，以及具有一第二端； 一第二比較開關(guān)，其具有第一端耦接至該起始信號(hào)，以及具有一第二端； 一第一電容，其具有第一端耦接至該第一比較開關(guān)的該第二端以及該亮度電壓，以及具有一第二端； 一第二電容，其具有第一端耦接至該第一比較開關(guān)的該第二端以及該初始電壓，以及具有一第二端； 一放大器，其具有第一比較輸入端與第二比較輸入端，以及第一比較輸出端與第二比較輸出端，該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)是依據(jù)該第一比較輸出端與該第二比較輸出端當(dāng)中至少之一者的電壓準(zhǔn)位而產(chǎn)生；一信號(hào)交換器，耦接在第一與第二電容與該放大器之間，以控制該第一電容的該第二端與第二電容的該第二端是分別耦接至該放大器的該第一比較輸入端與該第二比較輸入端，或是耦至該放大器的該第二比較輸入端與該第一比較輸入端； 一第一取樣開關(guān)，稱接在該放大器的該第一比較輸入端與一參考電壓之間；以及 一第二取樣開關(guān)，耦接在該放大器的該第二比較輸入端與該參考電壓之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括: 一亮度電壓開關(guān)，耦接在該亮度電壓與該第一電容的該第一端之間；以及 一初始電壓開關(guān)，耦接在該初始電壓與該第二電容的該第一端之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該亮度電壓開關(guān)與初始電壓開關(guān)是在一相位信號(hào)的一第一相位期間的一取樣期間內(nèi)循序?qū)?，以及在該相位信?hào)的該第一相位期間的一比較期間以及該相位信號(hào)的一第二相位期間內(nèi)切斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在一相位信號(hào)的一第一相位期間的一比較期間內(nèi)，該信號(hào)交換器是將該第一電容的該第二端與第二電容的該第二端分別耦接至該放大器的該第一比較輸入端與該第二比較輸入端，以及在該相位信號(hào)的一第二相位期間的一比較期間內(nèi)，該信號(hào)交換器是將該第一電容的該第二端與第二電容的該第二端分別耦接至該放大器的該第二比較輸入端與該第一比較輸入端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其特征在于,在該相位信號(hào)的該第一相位期間的位在該比較期間前的一取樣期間內(nèi)，該第一與第二取樣開關(guān)導(dǎo)通，以及該第一與第二比較開關(guān)切斷，以及在該相位信號(hào)的該第一相位期間的該比較期間內(nèi)以及在該相位信號(hào)的該第二相位期間的該比較期間內(nèi)，該第一與第二取樣開關(guān)切斷，以及該第一與第二比較開關(guān)導(dǎo)通。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)該第一比較輸入端的電壓準(zhǔn)位高于該第二比較輸入端的電壓準(zhǔn)位時(shí)，該第一比較輸出端輸出一第一準(zhǔn)位，該第二比較輸出端輸出一第二準(zhǔn)位，當(dāng)該第一比較輸入端的電壓準(zhǔn)位低或等于該第二比較輸入端的電壓準(zhǔn)位時(shí)，該第一比較輸出端輸出該第二準(zhǔn)位，該第二比較輸出端輸出該第一比較準(zhǔn)位。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括:一轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元，耦接該放大器的該第一比較輸出端及該第二比較輸出端以及該取樣與比較電路的一比較輸出端之間，以依據(jù)該第一比較輸出端及該第一比較輸出端的電壓準(zhǔn)位，輸出該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元是在該第一比較輸出端及該第二比較輸出端的電壓準(zhǔn)位實(shí)質(zhì)上相等時(shí)，切換該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)的電壓準(zhǔn)位。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元包括: 一 RS鎖存器,具有一第一鎖存輸入端稱接在該第一比較輸出端、一第二鎖存輸入端率禹接在該第二比較輸出端、一第一鎖存輸出端及一第二鎖存輸出端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元還包括: 一邏輯單兀，具有一第一邏輯輸入端稱接在該第一鎖存輸出端、一第二邏輯輸入端率禹接在該第二鎖存輸入端，及一邏輯輸出端，其中該邏輯單元依據(jù)該第一邏輯輸入端及該第二邏輯輸入端的電壓準(zhǔn)位切換該邏輯輸出端的電壓準(zhǔn)位。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該邏輯單元包含一反或閘，其中該反或閘的多個(gè)輸入端分別耦接該第一邏輯輸入端及該第二邏輯輸入端，該反或閘的一輸出端耦接該邏輯輸出端。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生單元包括:一信號(hào)切換器，其具有第一切換輸入端耦接至該放大器的該第一比較輸出端，與第二切換輸入端耦接至該放大器的該第二比較輸出端，以及一交換輸出端，其在該第一期間內(nèi)耦接至該第一切換輸入端以及在該第二期內(nèi)耦接至該第二切換輸入端。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括: 一信號(hào)交換器，包括一第一交換輸入端與一第二交換輸入端，以及一第一交換輸出端與一第二交換輸出端，在該取樣與比較電路工作在一第一模式下時(shí)，該第一交換輸入端與該第二交換輸入端分別耦接至該第一交換輸出端與該第二交換輸出端，在該取樣與比較電路工作在一第二模式下時(shí)，該第一交換輸入端與該第二交換輸入端分別耦接至該第二交換輸出端與該第一交換輸出端；以及一放大器，包括一第一比較輸入端與一第二比較輸入端，分別耦接至該第一交換輸出端與該第二交換輸出端，以及包括一第一比較輸出端與一第二比較輸出端，該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)是依據(jù)該第一比較輸出端與該第二比較輸出端當(dāng)中至少的一者的電壓準(zhǔn)位而產(chǎn)生，其中在該第一期間內(nèi)的一取樣期間內(nèi)，該信號(hào)交換器工作在該第一模式，以使該第一比較輸入端與該第二比較輸入端是分別耦接至該亮度電壓與該初始電壓， 在該第一期間內(nèi)的一比較期間內(nèi)，信號(hào)交換器工作在該第一模式，以使該第一比較輸入端與該第二比較輸入端是分 別耦接至該斜坡信號(hào)與該起始信號(hào)，以及 在該第二期間內(nèi)的一比較期間內(nèi)，信號(hào)交換器工作在該第二模式，以使該第一比較輸入端與該第二比較輸入端是分別耦接至該起始信號(hào)與該斜坡信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括: 一第一電容，具有第一端與第二端，該第二端稱接至該第一交換輸入端； 一第二電容，具有第一端與第二端，該第二端耦接至該第二交換輸入端； 一第一比較開關(guān)，耦接至該斜坡信號(hào)與該第一電容的該第一端之間；以及 一第二比較開關(guān)，耦接至該起始信號(hào)與該第二電容的該第一端之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者還包括: 一亮度電壓開關(guān)，耦接在該亮度電壓與該第一電容的該第一端之間；以及 一初始電壓開關(guān)，耦接在該初始電壓與該第二電容的該第一端之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中該些取樣與比較電路當(dāng)中每一者更包括: 一第一取樣開關(guān)，稱接至該放大器的該第一比較輸入端與一參考電壓之間；以及 一第二取樣開關(guān)，耦接至該放大器的該第二比較輸入端與該參考電壓之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在該第一期間內(nèi)與該第二期間內(nèi)，該取樣與比較陣列是分別工作在該第一模式與該第二模式，在該第一模式與該第二模式下，該亮度轉(zhuǎn)換信號(hào)與該亮度電壓是有不同的函數(shù)關(guān)系。
24.一種圖像傳感器，其特征在于，包括: 一像素陣列，其具有復(fù)數(shù)列的感光像素；以及 一根據(jù)權(quán)利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦接至該像素陣列。
【文檔編號(hào)】H04N5/369GK103595410SQ201210294417
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】許哲豪 申請(qǐng)人:聯(lián)詠科技股份有限公司