[發明專利]降低圖像傳感器功耗的方法及圖像傳感器

在審

• 申請號: 202010170681.1
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN113395470A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 喬勁軒;李敏蘭
• 申請（專利權）人: 格科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H04N5/3745
• 分類號: H04N5/3745;H04N5/378;H04N5/369
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種降低圖像傳感器功耗的方法及其圖像傳感器，所述降低圖像傳感器功耗的方法包括：通過電容耦合的方式，實現非量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流(I2)小于量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流(I1)，本發明所提供降低圖像傳感器功耗的方法及其圖像傳感器可以降低圖像傳感器功耗。

技術領域

本發明涉及CMOS圖像傳感器領域，尤其涉及一種降低圖像傳感器功耗的方法及圖像傳感器。

背景技術

CMOS圖像傳感器被廣泛應用于各種便攜式設備上，而對于便攜式設備來說，低功耗是一個非常重要的指標。所以降低CMOS圖像傳感器的功耗是一個重要的研究方向。在CMOS圖像傳感器中常用到單斜率模數轉換器（single-slope ADC）,而比較器是其核心組成部分。

圖1和圖2分別顯示的是兩級比較器的常用結構和時序控制圖。圖1所示的兩級比較器中，參考信號Vramp和像素單元（pixel）的輸出pxd分別通過隔直電容C1和C2耦合到第一級比較器的差分輸入對管M1和M2上,sw1和sw2為自動清零開關，M3和M4為負載管，Mb為第一級比較器的尾電流源管，它的柵極上包含采樣開關sw4和電壓保持電容Cb，采樣開關sw4用于采樣尾電流管柵極電壓Vbin的初始值，電壓保持電容Cb的一端接在尾電流源管Mb的柵極上，另一端接地，用于保持尾電流源的柵極電壓Vbin。比較器的第二級為放大級，包含輸入管M6和尾電流源管M5，其中開關sw3為第二級的自動清零開關。

圖2中控制信號EQ1為比較器第一級自動清零開關sw1和sw2的控制信號，控制信號EQ2為比較器第二級自動清零開關sw3的控制信號，用于在比較器量化像素單元輸出信號前對兩級比較器進行自動清零的操作。控制信號TX為像素單元中傳輸管柵極的控制信號，在這輔助說明像素單元圖像信號輸出時刻。控制信號sw為兩級比較器第一級尾電流源管柵極電壓Vbin采樣開關sw4的控制波形，當它為高時，Vbin連接到外部偏置電壓產生單元產生的Vbias電壓上，把Vbias引入到尾電流源的柵極，當它為低時，斷開Vbin和Vbias的連接，Vbin保持在電壓保持電容Cb上。波形信號Vramp為比較器參考信號，通過隔直電容C1耦合到兩級比較器第一級的差分輸入對管的一端，用于量化像素單元輸出的參考信號和圖像信號。圖1的兩級比較器在一個工作周期內，也就是在一個行操作時間內可以分成t1~t5五個時間段：t1為自動清零和像素單元輸出的參考信號ref的穩定時間，t2為像素單元輸出的參考信號ref信號的量化時間，t3為tx開啟和像素單元輸出的圖像信號sig的穩定時間，t4為像素單元輸出的圖像信號sig信號的量化時間，t5為行空白時間。其中行空白時間t5非必需存在。因為比較器的尾電流源柵極電壓Vbin在整個行操作時間內是恒定不變的，所以比較器的電流Icmp1也是恒定不變的。如果要降低比較器的功耗，就要減小比較器的電流Icmp1，這會導致比較器對像素單元輸出的參考信號（ref）和圖像信號（sig）的轉換速度變慢，增加轉換時間，從而會導致幀率的下降，這是不能被接受的。

為此，需要提供一種不降低幀率的低功耗圖像傳感器的解決方案。

發明內容

本發明提供一種不降低幀率的低功耗圖像傳感器的解決方案，所述一種降低圖像傳感器功耗的方法，通過電容耦合的方式，實現非量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流(I2)小于量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流(I1)，以降低圖像傳感器功耗。

優選地，通過控制電壓保持電容下極板電壓的變化調整電流大小，實現非量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流(I2)小于量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流(I1)，以降低圖像傳感器功耗。

優選地，所述非量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器的電流（I2）與所述量化像素單元輸出參考信號和圖像信號時的比較器電流（I1）的關系為：I2≤0.8I1。

優選地，通過設置非量化像素單元輸出時的初始電流，增加量化像素單元輸出時的電流。