[發明專利]具有流水線化列模數轉換器的圖像傳感器

有效

• 申請號: 201110375210.5
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102572326A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 代鐵軍;王睿;李正宇;楊育昇;瞿旻;莫要武;丁少敏;張光斌
• 申請（專利權）人: 美商豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/378
• 分類號: H04N5/378;H04N5/357
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 毛力

在先申請引用

本申請要求2010年11月9日申請的美國臨時申請No.61/411,711的權益，該臨時申請通過引用結合于此。

技術領域

本發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

圖像傳感器已變得普遍存在。圖像傳感器廣泛地用在數字靜態相機、蜂窩電話、安全相機、醫學器件、汽車及其他應用中。用以制造圖像傳感器(具體而言，互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)圖像傳感器(“CIS”))的技術已持續大步前進。現代圖像傳感器應用提出對更快的處理速度及更佳的圖像品質的需求，而同時期望圖像傳感器的實體大小的小型化。因此，需要開發新架構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1A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據或圖像電荷之后，經由位線115將圖像數據讀出至讀出電路130。經由列放大器131經由位線115一次一個地讀出來自像素單元111、112、113及114的圖像數據，且接著將該圖像數據傳送至取樣及轉換電路132。由此，圖像數據經由讀出線141耦合至功能邏輯140。功能邏輯140可僅儲存數字圖像數據和/或藉由應用后期圖像效果(例如，修剪、旋轉、去紅眼、調整亮度、調整控制或其他操作)來操縱數字圖像數據。

圖1B為說明讀出電路130的更多細節的功能方塊圖。位線115將像素陣列110內的給定行的像素單元耦合至列放大器131。開關151選擇性地將列放大器131耦合至取樣電容器152及模數轉換器(“ADC”)154。ADC?154的輸出耦合至功能邏輯140以儲存對應于數字像素信號的數字像素值。在此讀出架構中，需要單獨的取樣及轉換周期以讀出位線中的每一像素單元。然而，取樣及轉換周期為串行化的，如圖1C中所說明。因為列放大器131及開關151對于每一像素單元行在串行化轉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。

附圖說明

參照以下附圖描述本發明的非限制性和非窮舉性的實施例，在各附圖中，相同的附圖標記表示相同部件，除非另外指明。

圖1A(現有技術)為說明常規圖像傳感器的功能方塊圖；

圖1B(現有技術)為說明常規圖像傳感器的讀出電路的細節的功能方塊圖；

圖1C(先前技術)為說明常規圖像傳感器的讀出電路的串行化性質的時序圖；

圖2為說明根據本發明的實施例的兩個四晶體管(4T)像素的像素電路的電路圖；

圖3A為說明根據本發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為說明根據本發明的實施例的具有流水線化列ADC的讀出電路的并行性質的時序圖；

圖4為說明根據本發明的實施例的具有流水線化列ADC的讀出電路的圖；

圖5為說明根據本發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為說明根據本發明的實施例的讀出電路的操作的時序圖。

具體實施方式

本文中描述具有經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，陳述眾多具體細節以提供對這些實施例的透徹理解。然而，本領域普通技術人員將認識到，本文中所描述的技術可在無這些具體細節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，不詳細展示或描述熟知結構、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”的引用表示結合該實施例所描述的特定特征、結構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、結構或特性。