[發明專利]單斜率模數轉換器的比較器輸出電路

有效

• 申請號: 202010088935.5
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111565047B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 海老原弘知
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H03M1/18
• 分類號: H03M1/18
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本申請涉及用于單斜率模數轉換器的比較器輸出電路。一種與比較器一起使用的輸出電路包含第一晶體管，其控制端子被耦合以接收來自比較器的第一級的輸出信號。第二晶體管耦合在第一晶體管和參考電壓之間。第二晶體管具有被耦合以接收第一復位信號的控制端子。第二晶體管被耦合以在比較器的比較操作之前將第一晶體管和第二晶體管之間的第一晶體管的第一輸出節點預充電到參考電壓。輸出級具有耦合到第一輸出節點的輸入節點。輸出級被耦合以響應于第一輸出節點在輸出級的輸出節點處生成輸出電路的輸出電壓。

背景信息

技術領域

本公開總體上涉及圖像傳感器，并且特別地但不排他地，涉及用于圖像傳感器中模數轉換的比較器輸出電路。

背景技術

圖像傳感器已經變得無處不在。它們廣泛用于數碼相機、手機、安全相機以及醫療、汽車和其他應用。用于制造圖像傳感器的技術繼續飛速發展。例如，更高分辨率和更低功耗的要求鼓勵了這些設備的進一步小型化和集成。

圖像傳感器通常接收像素陣列上的光，這在像素中生成電荷。光的強度可以影響每個像素中生成的電荷量，較高的強度生成較高的電荷量。基于與參考電壓信號的比較，圖像傳感器可以將電荷轉換成電荷的數字表示。該比較通常可以由比較器來執行，該比較器提供作為電荷的數字表示的輸出。

具有三級的比較器通常用于CMOS圖像傳感器(CIS)中的單斜率模數轉換器(ADC)。列級ADC廣泛用于商業產品，因為這些ADC的面積、功耗和性能都非常均衡。除了列級ADC之外，面積和/或像素級ADC也可以用于圖像傳感器。應當理解，在列、區域和/或像素級ADC中，比較器需要很小，因為需要大量比較器。因此，隨著圖像傳感器分辨率的增加，圖像傳感器中每個比較器的可用空間變得越來越有限。

發明內容

在一方面，本申請提供與比較器一起使用的輸出電路，其包括：具有第一晶體管，其控制端子被耦合以接收來自比較器的第一級的輸出信號；第二晶體管，其耦合在第一晶體管與參考電壓之間，其中第二晶體管具有被耦合以接收第一復位信號的控制端子，其中第二晶體管被耦合以在比較器的比較操作之前將第一晶體管和第二晶體管之間的第一晶體管的第一輸出節點預充電到參考電壓；且輸出級具有耦合到第一輸出節點的輸入節點，其中輸出級被耦合以響應于第一輸出節點在輸出級的輸出節點處生成輸出電路的輸出電壓。

在另一方面，本申請提供成像系統，其包括：像素陣列，用于接收圖像光并且作為響應生成圖像電荷電壓信號；及讀出電路，其耦合以從像素陣列接收圖像電荷電壓信號并且作為響應提供圖像電荷電壓信號的數字表示，讀出電路包含比較器，用于接收圖像電荷，將圖像電荷電壓信號與參考電壓進行比較，并且作為響應提供圖像電荷電壓信號的數字表示，其中比較器包括：第一級，被耦合以接收圖像電荷和參考電壓，并且作為響應提供第一級輸出信號；第二級，包含：第一晶體管，具有被耦合以接收第一級輸出信號的控制端子；以及第二晶體管，其耦合在第一晶體管和參考電壓之間，其中第二晶體管具有被耦合以接收第一復位信號的控制端子，其中第二晶體管被耦合以在比較器的比較操作之前將在第一晶體管和第二晶體管之間的第一晶體管的第一輸出節點預充電到參考電壓；以及第三級，其具有耦合到第一輸出節點的輸入節點，其中第三級被耦合以響應于第一輸出節點在第三級的輸出節點處生成比較器的輸出電壓。

附圖說明

參考以下附圖描述本發明的非限制性和非窮盡性實施例，其中除非另有說明，否則在各個視圖中，相同的附圖標記指代相同的部件。

圖1示出了根據本發明教導的成像系統的一個示例。

圖2A示出了比較器的示例，該比較器具有與圖像傳感器中的模數轉換器一起使用的輸出級。

圖2B是時序圖，示出了在模數轉換過程期間，如圖2A中所示的比較器中的一些信號。

圖3A是示出根據本發明教導的包含第二級和第三級的比較器的輸出電路的一個示例的示意圖。