[發明專利]與圖像傳感器讀出兼容的模數轉換器

有效

• 申請號: 201510573798.3
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105915820B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 劉齊元;秦馬丁;艾立克·松能
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H04N5/378
• 分類號: H04N5/378
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,李偉

技術領域

本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地，涉及圖像傳感器及其使用方法。

背景技術

模數轉換器(ADC)用于多種應用，以將檢測到的模擬信號轉換為數字信號。隨著技術節點減小，電源電壓也減小。然而，響應于減小的技術節點，增大了時間分辨率。結果，時間數字轉換器(TDC)用于執行時域處理，以將檢測到的信號轉換為數字信號。

在一些方法中，計數器用于確定參考電壓的開始信號和參考電壓等于檢測到的模擬信號的電壓之后產生的時鐘停止信號之間的時鐘周期數。基于連接至計數器的多個檢測元件來確定計數器所使用的時鐘頻率。在一些方法中，計數器分為粗計數器(coarse counter)和精密計數器(fine counter)。粗計數器用于確定時鐘周期數，而精密計數器用于使用多個時鐘延遲插入多個時鐘周期之間。

在一些方法中，相繼使用粗計數器和精密計數器，以將檢測到的信號轉換為數字信號。粗計數器用于計算開始信號和時鐘停止信號之間的時鐘周期數，并且精密計數器用于計算停止信號和時鐘停止信號之間的時鐘周期數。當參考電壓等于檢測到的信號的電壓時，會產生停止信號。粗計數器計算的時鐘周期數與精密計數器計算的時鐘周期數之間的差值用于確定被轉換為數字信號的時域。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種時間數字轉換器(TDC)，包括：同步器，被配置為接收停止信號和主時鐘信號，其中，所述同步器被配置為生成時鐘停止信號和計數器使能信號；粗計數器，被配置為接收所述主時鐘信號和所述計數器使能信號，其中，所述粗計數器被配置為基于所述計數器使能信號和所述主時鐘信號生成最高有效位(MSB)信號；以及延遲線計數器，其中，所述延遲線計數器被配置為基于所述停止信號和所述時鐘停止信號生成最低有效位(LSB)信號，并且所述延遲線計數器還被配置為執行相關雙采樣(CDS)。

在該TDC中，所述延遲線計數器包括：第一延遲元件，被配置為接收所述停止信號；第二延遲元件，被配置為接收所述第一延遲元件的輸出；第一觸發器，被配置為選擇性地接收所述第一延遲元件的輸出；第二觸發器，被配置為選擇性地接收所述第二延遲元件的輸出；以及編碼器，被配置為接收所述第一觸發器的輸出和所述第二觸發器的輸出。

在該TDC中，所述第二觸發器還被配置為選擇性地接收所述第一觸發器的輸出。

在該TDC中，所述延遲線計數器還包括：第一延遲多路復用器，被配置為將所述第一延遲元件的輸出選擇性地傳輸至所述第一觸發器；以及第二延遲多路復用器，被配置為將所述第二延遲元件的輸出選擇性地傳輸至所述第二觸發器。

在該TDC中，所述延遲線計數器還包括：時鐘多路復用器，其中，所述時鐘多路復用器被配置為將所述主時鐘信號或所述時鐘停止信號選擇性地傳輸至所述第一觸發器和所述第二觸發器。

在該TDC中，所述編碼器被配置為輸出溫度計碼。

在該TDC中，所述同步器被配置為在接收所述停止信號之后的所述主時鐘信號的第二個上升沿處生成所述時鐘停止信號。

根據本發明的另一方面，提供了一種圖像傳感器，包括：像素陣列，被配置為接收入射光并且生成第一輸入信號；比較器，被配置為接收所述第一輸入信號并且生成停止信號；時間數字轉換器(TDC)，被配置為接收所述停止信號，其中，所述TDC包括：同步器，被配置為接收所述停止信號和主時鐘信號，其中，所述同步器被配置為生成時鐘停止信號和計數器使能信號；粗計數器，被配置為接收所述主時鐘信號和所述計數器使能信號，其中，所述粗計數器被配置為基于所述計數器使能信號和所述主時鐘信號生成第一輸出信號；以及延遲線計數器，被配置為接收所述停止信號和所述時鐘停止信號，其中，所述延遲線計數器被配置為基于所述停止信號和所述時鐘停止信號生成第二輸出信號，并且所述延遲線計數器還被配置為執行相關雙采樣(CDS)。

該圖像傳感器還包括：斜坡生成器，被配置為生成斜坡電壓，其中，所述比較器被配置為基于所述第一輸入信號和所述斜坡電壓生成所述停止信號。

在該圖像傳感器中，所述像素陣列的單列被配置為生成所述第一輸入信號。