[發(fā)明專利]供圖像傳感器使用的具有精確模擬基準(zhǔn)電平的讀出放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01134751.1
• 申請(qǐng)日: 2001-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN1362830A
• 公開（公告）日: 2002-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曉東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 匹克希姆公司
• 主分類號(hào): H04N1/03
• 分類號(hào): H04N1/03;H04N5/335
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 沙捷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像傳感器系統(tǒng)。尤其涉及一種供圖像傳感器使用的具有精確模擬基準(zhǔn)電平的讀出放大器。

背景技術(shù)

數(shù)字照相是二十世紀(jì)出現(xiàn)的最令人激動(dòng)的技術(shù)之一。利用適當(dāng)?shù)挠布蛙浖?以及一些知識(shí))，任何人都可以把數(shù)字照相的原理付諸實(shí)踐。例如，數(shù)碼相機(jī)就處于數(shù)字照相的前沿。近來的產(chǎn)品推介、技術(shù)進(jìn)步和價(jià)格降低，以及電子郵件和萬(wàn)維網(wǎng)的出現(xiàn)都使數(shù)碼相機(jī)成為最熱門的消費(fèi)電子產(chǎn)品之一。

但數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)膠片相機(jī)的工作方式不同。實(shí)際上，它們更接近于計(jì)算機(jī)掃描器、復(fù)印機(jī)或傳真機(jī)。大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)使用圖像傳感器或光敏器件如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)來讀出景物。光敏器件對(duì)從景物反射的光起反應(yīng)并把該反應(yīng)的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為等效的數(shù)字形式。例如，使光經(jīng)過紅、綠和蘭濾波器可以測(cè)定每個(gè)單獨(dú)色譜的反應(yīng)。當(dāng)通過軟件估算并組合這些讀出時(shí)，數(shù)碼相機(jī)可以確定圖像的每個(gè)像素的特定彩色。由于圖像實(shí)際上是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的總和，因此可以容易地將其下載到計(jì)算機(jī)中并將其處理得具有更強(qiáng)的藝術(shù)效果。

正如B.Fowler等人的U.S.Pat.No.5,461,425，“具有像素電平A/D轉(zhuǎn)換的CMOS圖像傳感器”中描述的一樣，許多數(shù)字成像應(yīng)用都希望把模-數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)與面型圖象傳感器結(jié)合在一起。這種結(jié)合有助于降低系統(tǒng)成本和功耗并提高系統(tǒng)性能。在把ADC與區(qū)域圖像傳感器結(jié)合的不同方案當(dāng)中，像素電平ADC有希望實(shí)現(xiàn)功耗最低、最簡(jiǎn)單最具便攜性并可定量設(shè)計(jì)。U.S.Pat.No.5,461,425中描述的ADC方法是基于一階∑-Δ(sigma?delta)調(diào)制，它的優(yōu)點(diǎn)是只需要非常簡(jiǎn)單且穩(wěn)定的電路。另外，如果使用每個(gè)像素單元直接提供的數(shù)字值，則數(shù)字值的讀數(shù)會(huì)非常大。

因此，在U.S.Pat.No.5,461,425公開的圖像傳感器的體系結(jié)構(gòu)中，每個(gè)像素或每組像素均包含一個(gè)ADC，從而使從該像素到傳感器陣列外圍設(shè)備的讀出被完全數(shù)字化。通常，讀出電路是ROM或單端SRAM。這種電路包括傳感器陣列內(nèi)的像素和像素輸出位線。一個(gè)晶體管被用作緩沖讀出晶體管，另一個(gè)晶體管被用作選擇晶體管，它由通常被標(biāo)記為WORD的信號(hào)來控制。

在位線的另一端是讀出放大器，它用于檢測(cè)像素的數(shù)字讀出。由于一個(gè)大的像素陣列通常需要許多這樣的讀出放大器，所以希望這些讀出放大器高速、低噪聲、高功效。

在過去設(shè)計(jì)的圖像傳感器中(例如，見ISSCC94)，讀出放大器是單端的，為的是節(jié)省像素面積，但位線在電源線之間，即在Vdd到Gnd(即接地)間擺動(dòng)。這種整條線的擺動(dòng)產(chǎn)生噪聲并消耗大量的功率。

因此最好能夠提供一種諸如供圖像傳感器使用的穩(wěn)定的讀出放大器，其特征是高速、低噪聲和高功效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定的讀出放大器，其特征是高速、低噪聲和高功效，舉例來說，它可供U.S.Pat.No.5,461,425或者最好是其改進(jìn)方案中公開的圖象傳感器使用。本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施例包括源自每個(gè)像素的單端位線、小擺幅位線檢測(cè)、再生讀出放大器和使用精確模擬基準(zhǔn)的基準(zhǔn)發(fā)生。特別是，本發(fā)明提供的技術(shù)基本上不同于目前的技術(shù)，這是因?yàn)榛鶞?zhǔn)發(fā)生使用精確的模擬基準(zhǔn)被認(rèn)為在目前通常包括純數(shù)字元件的讀出放大器中是未知的。

相應(yīng)地，本發(fā)明的目的之一就是提供一種在圖像傳感器中使用的具有精確模擬基準(zhǔn)電平的讀出放大器。

以上及其它目的、益處和優(yōu)點(diǎn)可在下面的描述和附圖所示實(shí)施例的本發(fā)明實(shí)踐中獲得。

附圖說明

通過考慮下面的描述、所附權(quán)利要求和附圖將更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1A是表示可在其中實(shí)施本發(fā)明的CMOS圖像傳感器或光敏芯片的框圖；

圖1B是表示被模化為電流源和電容器的光電二極管的框圖；

圖2是表示如U.S.Pat.No.5,461,425中所述的數(shù)字像素傳感器的體系結(jié)構(gòu)的框圖；

圖3是表示一種圖像傳感器的框圖，該圖像傳感器包括一閾值存儲(chǔ)器、一時(shí)間索引存儲(chǔ)器、一分離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和一控制器，其中每個(gè)存儲(chǔ)器和該數(shù)字像素傳感器均被集成到同一個(gè)傳感器中；

圖4是表示典型讀出傳感器的構(gòu)成的方框示意圖；

圖5是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有啞基準(zhǔn)單元的讀出放大器的方框示意圖；

圖6是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的包括用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的裝置的讀出放大器的方框示意圖；

圖7是一種數(shù)字電路的示意圖，在該數(shù)字電路中，成比例的MOSFET被串附在一起以產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓；