具体实施方式
在以下详细描述中,参看了附图,所述附图形成其一部分且在附图中以说明方式展示本发明的特定示范性实施例。这些实施例经充分详细地描述以使得所属领域的技术人员能够制作和使用本发明,且应了解,在不脱离本发明精神和范围的情况下可对所揭示的特定实施例作出结构、逻辑或其它变化。
图3描绘根据本发明示范性实施例的包含有源像素传感器(“APS”)阵列的信号处理系统400。所述信号处理系统400在若干方面不同于图1的系统100,下文更详细地描述所述若干方面。
APS系统400包含连接到读出电路442的像素阵列230。读出电路442与常规读出电路242(图1)的不同之处在于,此实施例的读出电路442使用一个ADC 461对来自像素阵列230的两个列而不是一个列的模拟信号进行读出和数字转换。此外,存在与每一ADC 461相关联的一对存储器位置,每一存储器位置处于各自存储器库(0、1)中用于存储表示来自像素列中各自一者的转换结果的数字代码。若干对存储器位置在RAM区块中分组在一起。
读出电路442包含:多个模拟-数字转换器461;一对存储位置474a、474b,其在与每一ADC 461相关联的随机存取存储器(RAM)区块463的各自库(0、1)内;以及数据路径444,其接收RAM区块463中所存储的数字值并将其供应到下游处理电路。每一ADC 461耦合到像素阵列230的一对列349并从所述列349接收像素信号。如果像素阵列230被认为是多个奇列和偶列,那么所述对像素列349将由“奇”和“偶”列349组成(如图3中描绘)。ADC 461耦合到两个列349的信号线469经展示为单个线,且仅表示如何组合信号路径。举例来说,两个列信号路径可被多路复用到每一ADC 461。应了解,虽然图3所示的示范性实施例对于每一ADC 461具有两个像素列,但也可能使每一ADC 461处理两个以上像素列且具有两个以上相关联的存储器位置用于分别存储表示列信号的数字值。
RAM区块463的大小取决于所需的结构。在图3实施例中,ADC 461在两个列之间多路复用,且RAM区块463对于每一ADC 461具有处于RAM区块463内的一对相关联存储器位置。如图3中所见,RAM区块463与四个ADC 461相关联。因而,至少四对相关联存储器位置处于RAM区块463中。每一存储器位置的大小取决于需要存储的信息的大小。常规上,由ADC 461产生的数字代码为十二位长。举例来说,为了有效,RAM区块463至少具有用于存储针对共享列数目的斜坡值(下文进一步论述)的数字表示形式的存储器位那样多的存储器位。因此,RAM区块的尺寸表示为:
RAM尺寸=NumSh*NumADC*数据宽度。 (1)
其中NumSh是每一ADC 461的共享列的数目,NumADC是共享RAM区块463的ADC 461的数目(即,2N),且数据宽度是所存储数据的大小。因此,如果每一ADC 461具有两个共享列349(例如,偶列和奇列),那么NumSh=2。如果四个ADC 461共享RAM区块463,那么2N=4且N=2。如果设法存储的斜坡值的宽度为十二位宽,那么数据宽度为12。
RAM尺寸=NumSh*2N*数据宽度。 (2)
=2*22*12。 (3)
因此,所述实例中的RAM区块的尺寸为2×4×12。如上文指示,RAM区块463可与任何数目的ADC相关联且不限于奇数数目或二的幂(例如,2、4、8等)。例如,见以下表1。然而,多少ADC 461将与RAM区块463相关联的决策可能受例如大小、复杂性、电路等其它因素限制。
N |
所服务的ADC的数目(2N) |
宽度/μm |
RAM区块存储器大小 |
SRAM单元阵列的近似尺寸(RAM尺寸) |
2 |
4 |
43.2 |
2×4×12 |
27×36 |
3 |
8 |
86.4 |
2×8×12 |
55×36 |
4 |
16 |
172.8 |
2×16×12 |
109×36 |
5 |
32 |
345.6 |
2×32×12 |
217×36 |
6 |
64 |
691.2 |
2×64×12 |
434×36 |
表1
在图3实施例中,在从像素阵列230读出信号期间,ADC 461从像素350逐行接收信号,如此项技术中已知的。当两个列349共享ADC 461时,在不同时间处理来自两个列的信号。举例来说,对于选定行,每一ADC 461大体上同时从其各自奇列349中的像素350接收信号并对所述信号进行处理。在不同(在前或随后)时间,每一ADC 461大体上同时从其各自偶列349中的像素350接收信号并对所述信号进行处理。下文更详细地论述ADC 461对信号的处理。
在像素信号由ADC 461处理之后,将所得信号存储在区块463的相关联存储器位置中。相关联存储器区块463可以是静态随机存取存储器(“SRAM”)。使用SRAM存储器提供优于动态随机存取存储器(“DRAM”)的若干优点,如此项技术中已知的。由于SRAM通常不必像DRAM那样要更新,因而并入有SRAM单元的存储器系统不必将执行更新操作的时间编入预算或并入有执行更新操作所必需的电路。因此,使用SRAM单元增加了信号处理速度。
图4更详细地展示图3的读出电路442。如图4中所见,读出电路442包含多个(例如,四个)ADC 461、存储器区块463、数据总线444和斜坡信号产生电路480。斜坡信号产生电路480在线483上将斜坡比较信号提供到每个ADC 461,使得每一ADC 461大体上同时具备相同的值。每一RAM区块463耦合到总线444以用于将信号的输出提供到下游电路。斜坡信号产生电路480还在线485上将对应于线483上的斜坡模拟值的数字化代码提供到每个RAM区块463,使得每一RAM区块463大体上同时具备相同的值。如下文参看图6所论述,三周期延迟并入到ADC区块中以使数字化代码信号的接收与斜坡比较信号的接收同步。因此,在信号线483上提供相应的模拟斜坡比较信号(在时间T0处)之后三个时钟周期时,在信号线485上提供数字化代码(在时间T3处)。
每个RAM区块463接收线484上的库信号、线486上的读取地址信号、线488上的时钟信号和线482上的ce信号。库信号指示选择RAM区块463的哪个库来用于写入或读取。读取地址信号指示选择RAM区块463内的哪个位置来用于读取。时钟信号由相关联电路上的时钟(未图示)提供。ce信号是控制缓冲器的状态的缓冲器状态选择信号(下文进一步论述)。
图4描绘一群组ADC 461和相关联RAM区块463;应了解,图4仅表示可包含在整个APS系统400中的许多电路中的几个电路。因此,所有ADC 461和RAM 463均耦合到斜坡信号产生电路480,且大体上同时具备线483上的模拟斜坡信号和线485上的数字化代码。因而,每一ADC 461和RAM区块463可在大体上并行的过程中处理信息。
图5相对于一个ADC 461信号处理电路和RAM区块463的相关联部分而更详细地展示图3和4的读出电路442。如图5中所见,读出电路442包含ADC 461、RAM区块463、数据路径444和斜坡电路信号产生480。ADC 461包含ADC比较器462。
ADC 461从相关联的列349(图3)接收线469上的模拟像素信号。如上文指示,ADC 461交替地从其两个相关联的列(即,偶列和奇列)中的一者接收信号,将模拟像素信号与逐步增加的斜坡信号进行比较,直到检测到匹配为止。斜坡比较信号值在线483上提供到ADC 461。当从像素接收的模拟信号的值小于斜坡值信号时,比较器462在线467上提供逻辑“假”信号(例如,逻辑“低”)。当模拟信号的值不小于斜坡值信号时,比较器462“翻转”并在线467上提供逻辑“真”(例如,逻辑“高”)信号。
再次参看图5,RAM区块463包含脉冲控制区块472、(分别)两个存储器地址解码器473a、473b、两个存储器位置474a、474b和数据多路复用器(“MUX”)490。每一RAM区块463具有若干对存储器位置474a、474b用于存储来自与ADC 461相关联的一对列的信号。一个存储器位置是第一存储器库(0)的一部分,且另一存储器位置是第二存储器库(1)的一部分。每一存储器库对应于来自奇列的像素信号或来自偶列的像素信号。因此,举例来说,库0(例如,存储器位置474a)包含用于来自与ADC 461相关联的奇列的像素的每一者的存储器存储位置,而库1(例如,存储器位置474b)包含用于来自与ADC 461相关联的偶列的像素的存储器存储位置。
RAM区块463接收信号线467上的来自比较器462的逻辑信号、信号线484上的库选择信号和信号线485上的表示模拟斜坡信号的数字化代码。RAM区块463还接收线486上的读取地址信号、线488上的时钟信号和线482上的读取信号(即,ce信号)。RAM区块463在数据路径444上将数据提供到下游电路。
斜坡电路480在信号线483上提供全局斜坡信号(例如,模拟电平信号)且在信号线485上提供全局数字代码。如已知的,斜坡信号产生电路480提供多个参考模拟值电平和相应的数字代码,其通常以最小值电平开始并增加到最大值电平(或反之亦然)。注意到,斜坡信号产生电路480在线483上提供模拟斜坡信号,且在指定的延迟(例如,三个时钟周期)之后,在线485上提供相应的数字代码。此延迟可依据特定电路实施方案而变化。
脉冲控制区块472与各自存储器解码器473a、473b一起控制对存储器位置474a、474b的写入存取,且在下文更详细地论述。存储器位置474a、474b分别存储表示来自奇和偶列像素的模拟信号的一组数字代码。
当脉冲控制区块472在线467上从比较器462接收真信号时,三个时钟周期之后提供在线485上且进而提供在线491上的数字代码数据依据线484上提供的库信号而存储在所述存储器位置474a、474b的一者中。斜坡代码数据是由比较器462进行比较的像素输出信号的相应数字表示形式。线484上提供的库信号被提供到缓冲器499,所述缓冲器499充当线491上的开关。当库信号被提供到缓冲器499中的一者且所述信号被提供并反转到其它缓冲器499时,于是存储器位置474a、474b根据库信号的逻辑状态而同时相互排斥地耦合到线485上提供的斜坡值信号。
如上文指示,存储器库中的一者被启用以用于读出,而另一者被启用以用于写入。因而,在线484上提供到脉冲控制区块472的库信号还被提供到多路复用器490。多路复用器490依据如线486上的读取地址信号所确定的哪个存储器库(例如,库0、库1)以及哪个存储器位置被启用以用于读出,来切换排斥地通过各自线491将存储器位置474a或474b耦合到缓冲器492。因此,如果存储器库0被启用以用于读出且线486上提供的读取地址信号指示存储器位置474a用于读出,那么多路复用器490通过其相关联的线491将存储器库474a耦合到缓冲器492,且缓冲器499不将存储器库474a耦合到线485。同时,多路复用器490通过其相关联的线491将存储器位置474b从缓冲器492处解除耦合。大体上同时,依据线467上的信号的值而定,启用库1以用于写入信号线485上的数字代码值。存储在缓冲器492中的信号响应于线482上提供的ce信号而选择性地提供到线444。线444上的信号被提供到下游以由其它电路进一步处理。
图6更详细地展示RAM区块463的脉冲控制区块472和存储器解码器473。脉冲控制区块472包含缓冲器571、573、575和两个与电路511。尽管图5中描绘为单独元件,但在某些实施方案中,脉冲控制区块472和存储器解码器473a、473b可构成为单个电路的一部分。此外,在图6中,存储器解码器473是代表性描绘,其展示为一个电路以代替图5中描绘的两个单独电路473a、473b。存储器解码器473包含多路复用器517。
如通常已知的,比较器异步地操作和提供结果,即其可在任何时间改变状态,且状态变化与用于控制ADC斜坡代码或RAM区块存储器的时钟没有关系。因此,在同步系统(例如成像器装置)中,重要的是使信号流再同步。如图6所示,脉冲控制区块472包含三个缓冲器电路571、573、575。每一缓冲器电路571、573、575为信号传播通过脉冲控制区块472添加时钟周期延迟。因此,为信号传播通过脉冲控制区块472添加三时钟周期延迟。尽管描绘为具有三时钟周期延迟,但可设计任何数量的延迟作为系统的一部分。
脉冲控制区块472在线467上接收比较器462的结果。使用线488上提供的时钟信号和缓冲器电路571、573、575,脉冲控制区块472将来自比较器462的异步信号转换为同步信号,所述同步信号被提供到逻辑与电路511。逻辑与电路511还接收信号线484上的库选择信号。存储器解码器电路473基于从比较器接收的信号和库选择信号确定是否启用存储器位置以用于写入存取,并基于所述确定而提供适当信号。
存储器解码器473包含多路复用器517,且除了从脉冲控制区块472接收的信号外还接收读取地址信号和库信号。每一多路复用器517与存储器位置474a、474b相关联,并将信号提供到其相关联的存储器库。来自每一多路复用器517的信号是写入启用信号、读取启用信号或空信号(例如,无信号或指示无启用的信号)。
存储器解码器473还控制对RAM区块463中的各个存储器位置的存取。如上文指示,为了简单起见,图5和6仅描绘一个ADC区块(即,ADC 461和RAM区块463内的相应存储器位置),但表示多个此类ADC区块。因而,尽管存储器展示为单独的存储器位置474a、474b,但在本发明的一方面中,RAM区块463中的所有存储器位置474a、474b均是一个存储器区块的一部分。因此,提供到存储器解码器473的读取地址信号和写入信号指示存储器区块内的特定位置。如果多路复用器517将写入信号提供到存储器位置474a、474b,那么存储器474a、474b存储线491上提供的数字斜坡代码值信号。
从存储器位置474a、474b的读取如下进行。在读取地址信号线486上提供读取地址,所述读取地址被提供到存储器解码器电路473。读取地址指定RAM区块463内的哪个存储器位置。解码器电路473基于所述读取地址信号和库信号确定是否启用存储器库中的存储器位置以用于读取存取,并基于所述确定而提供适当信号。地址线486的数目取决于需要寻址的存储器位置474a、474b对的数目。举例来说,如图3-6所表明,RAM区块463对于每一ADC 461具有一对存储器位置474a、474b,但仅展示一对。
图7描绘表示图3-6的电路的单写入操作的时序图。当ADC 461的输出为逻辑高或真时(例如,比较器462翻转),三个时钟周期之后启用存储器以用于写入。当启用存储器时,将斜坡值信号的值存储在存储器位置中。
在图7中,描绘四个信号:时钟信号(“clk”)、比较器输出信号(“comp_op”)、库X写入信号(“bankX_we”)和ADC斜坡代码值信号(“ADC代码”)。比较器输出信号comp_on表示比较器的状态。当来自像素的模拟信号大于来自斜坡电路的模拟信号时(假定斜坡信号方向为最小到最大),于是比较器提供逻辑假或低信号。当来自像素的信号等于或小于来自斜坡电路的信号时,于是比较器提供逻辑真或高信号。
库X写入信号指示是否启用库X内的位置以用于存储数据。在具有两个库(例如,库0——由存储器位置474a组成或者库1——由存储器位置474b组成)的存储器系统中,出于描绘目的而假定所述库中的一者(例如,库0)先前已被选择作为待写入的库。另一库(例如,库1)先前已被选择作为待读取的库。图7中未展示用于库1的操作的信号。ADC数字代码值信号是提供到比较器的模拟斜坡信号的数字表示形式。尽管将本发明描述为对存储器库交替地进行写入/读取,但本发明并不限于此。
在预期的实施例中,在由脉冲控制区块472再同步之后,比较器输出的上升边缘针对去往RAM 474a、474b的相应信号线而产生稍许大于一个周期长的写入控制脉冲bankx_we。
举例来说,如图7中所见,单写入操作的操作在时间t0处开始,此时比较器输出comp-op翻转,从而指示已识别到模拟像素信号的数字表示形式。三个时钟周期之后,在时间t3处,产生bank X_we并启用库X中的存储器位置以用于写入。X的值取决于此时正向什么存储器库进行写入。举例来说,如果正向存储器库0(例如,存储器位置474a)进行写入,那么X对应于存储器库0(例如,存储器位置474a)的逻辑表示形式。在时间t3处,此时的数字斜坡代码值被写入到存储器位置474a。因此,从像素接收到的信号的数字表示形式存储在存储器位置474a中。
图8描绘表示由图3-6的电路执行的多写入和读取操作的时序图。图8描绘若干ADC处理从其各自相关联像素接收的信号并将那些比较的结果提供到RAM区块中的相关联位置的逻辑信号的时序。
在图8中,描绘十四个信号:时钟信号(“clk”)、四个比较器输出信号(“comp_opX”)、四个库写入信号(“bankl_weX)、ADC斜坡值信号(“ADC代码”)、库信号、ce信号、读取地址和数据输出信号。比较器输出信号表示四个比较器输出的各自状态。当来自像素的信号不对应于来自斜坡电路的信号时,于是比较器提供逻辑假或低信号。当来自像素的信号对应于来自斜坡电路的信号时,于是比较器提供逻辑真或高信号。
库写入信号指示是否启用库1内的位置X以用于存储数据。在具有两个库(例如,库0和库1)的存储器系统中,出于描绘目的而假定所述库中的一者(例如,库1)先前已被选择作为待写入的库。另一库(例如,库0)先前已被选择作为待读取的库。图8中未展示用于库0的操作的信号。因为图4-6描绘具有四组存储器位置474a、474b的RAM区块463,所以库写入信号X指示启用所述四组存储器位置中的哪一者以用于存储数据。
在预期的实施例中,在再同步之后,比较器输出的上升边缘经转换为一个周期长的脉冲,其用作针对去往RAM 474a、474b的相应信号线的写入控制。
多写入操作的操作在时间t0处开始,此时来自第一ADC 461的比较器输出翻转,从而指示已识别到从第一像素接收的信号的数字表示形式。三个时钟周期之后,在时间t3处,启用库1中的第一位置存储器位置474a以用于写入。在时间t3处,此时的数字代码值被写入到第一存储器位置474a。因此,从像素接收的信号的数字表示形式存储在第一存储器位置474a中。
此外,在时间t1处,来自第二、第三和第四ADC 461的比较器输出翻转,从而指示已识别到从第二、第三和第四像素接收的各自信号的数字表示形式。三个时钟周期之后,在时间t4处,启用库1中的第二、第三和第四存储器位置474a以用于写入。在时间t4处,此时的斜坡值被写入到第二、第三和第四存储器位置474a。因此,从第二、第三和第四像素接收的信号的数字表示形式存储在第二、第三和第四存储器位置474a中。
图8还描绘表示图3-6的电路的多读取操作的时序图。举例来说,读取操作的操作在时间t0处开始且库信号为逻辑低(即,0),此时与启用库1以用于写入大体上同时启用库0以用于读取。在时间t0处,线484上提供的库选择信号启用与存储器位置474b相关联的缓冲器499以使线存储器位置474b与各自线485隔离。库选择信号还将存储器位置474b耦合到各自缓冲器492。在时间t1处,当在ce信号线482上提供ce信号时,从存储器位置(例如,存储器位置474b)读取数据,且通过其相关联的多路复用器490和缓冲器492而将数据提供到线444从而到达下游电路。在提供存储器位置的读取地址之后的一个时钟周期中,从所存储的存储器位置将数据提供到下游。
图10描绘根据本发明另一示范性实施例的包含有源像素传感器阵列的信号处理系统1200。信号处理系统1200在若干方面不同于图3的系统400,下文更详细地描述所述若干方面。
APS系统1200包含连接到读出电路1242的像素阵列230。读出电路1242与读出电路342(图3)的不同之处在于,此实施例的读出电路1242使用一个ADC 461对来自像素阵列230的两个列和两个行而不是像素阵列230的两个列和单个行的模拟信号进行读出和数字转换。此外,存在与每一ADC 461相关联的两对存储器位置,每对存储器位置处于各自存储器库(0、1)中用于存储表示来自像素列中的各自一者的转换结果的数字代码。若干对存储器位置在RAM区块中分组在一起。
读出电路1242包含:多个模拟-数字转换器461;两对存储位置1274a、1274b和1274c、1274d,其在与每一ADC 461相关联的随机存取存储器(RAM)区块1263的各自库(0、1)内;以及数据路径444,其接收RAM区块1263中所存储的数字值并将所述数字值供应到下游处理电路。每一ADC 461耦合到像素阵列230的一对列349和一对行348,并从所述列349和所述行348接收像素信号。如果像素阵列230被认为是多个奇列和偶列,那么所述对像素列349将由“奇”和“偶”列349组成(如图10中描绘)。如果像素阵列230被认为是多个奇行和偶行,那么所述对像素行348将由“奇”和“偶”行348组成(如图10中描绘)。将ADC 461耦合到两个列349的信号线469经展示为单个线,且仅表示如何组合信号路径。举例来说,两个列信号路径可被多路复用到每一ADC 461。应了解,虽然图10所示的示范性实施例对于每一ADC 461具有两个像素列,但也可能使每一ADC 461处理两个以上像素列且具有两个以上相关联存储器位置用于分别存储表示列信号的数字值。
RAM区块1263的大小取决于所需的结构。在图10实施例中,ADC 1261在两个列和两个行之间多路复用,且RAM区块1263对于每一ADC 461具有处于RAM区块1263内的两对相关联存储器位置。如图10中所见,RAM区块1263与四个ADC 461相关联。因而,至少八对相关联存储器位置处于RAM区块1263中。每一存储器位置的大小取决于需要存储的信息的大小。常规上,由ADC 461产生的数字代码为十二位长。举例来说,为了有效,RAM区块1263至少具有用于存储针对共享列的数目的斜坡值(下文进一步论述)的数字表示形式的存储器位那样多的存储器位。
在图10实施例中,在从像素阵列230读出信号期间,ADC 461从像素350逐行接收信号,如此项技术中已知的。当两个列349共享ADC 461时,在不同时间处理来自两个列349和两个行的信号。举例来说,对于选定的行,每一ADC 461大体上同时从奇行348的其各自奇列349中的像素350接收信号并对所述信号进行处理。在不同(在前或随后)时间,每一ADC 461大体上同时从奇行348的其各自偶列349中的像素350接收信号并对所述信号进行处理。在不同(在前或随后)时间,每一ADC 461大体上同时从偶行348的其各自奇列349中的像素350接收信号并对所述信号进行处理。在不同(在前或随后)时间,每一ADC 461大体上同时从偶行348的其各自偶列349中的像素350接收信号并对所述信号进行处理。在像素信号由ADC 461处理之后,将所得信号存储在区块1263的相关联存储器位置中。举例来说,将表示来自奇列349和奇行348中的像素350的信号的数字信号存储在存储器位置1274a中;将表示来自偶列349和奇行348中的像素350的信号的数字信号存储在存储器位置1274b中;将表示来自奇列349和偶行348中的像素350的信号的数字信号存储在存储器位置1274c中;且将表示来自偶列349和偶行348中的像素350的信号的数字信号存储在存储器位置1274d中。
图11相对于一个ADC 461信号处理电路和RAM区块1263的相关联部分更详细地展示图10的读出电路1242。如图11中所见,读出电路1242包含ADC 461、RAM区块1263、数据路径444和斜坡电路信号产生480。ADC 461包含ADC比较器462。
ADC 461在线469上从相关联的列349(图10)接收模拟像素信号。如上文指示,ADC 461交替地从其两个相关联的列(即,偶列和奇列)以及两个相关联的行(即,偶行和奇行)中的一者接收信号,将模拟像素信号与逐步增加的斜坡信号进行比较,直到检测到匹配为止。斜坡比较信号值在线483上提供到ADC 461。当从像素接收的模拟信号的值小于斜坡值信号时,比较器462在线467上提供逻辑“假”信号(例如,逻辑“低”)。当模拟信号的值不小于斜坡值信号时,比较器462“翻转”并在线467上提供逻辑“真”(例如,逻辑“高”)信号。
再次参看图11,RAM区块1263包含脉冲控制区块1272、(分别)四个存储器地址解码器1273a、1273b、1273c、1273d、四个存储器位置1274a、1274b,1274c、1274d以及数据多路复用器(“MUX”)1290。每一RAM区块1263具有两对存储器位置474a、474c和474b、474d用于存储来自与ADC 461相关联的一对列中的两个行的信号。两个存储器位置是第一存储器库(0)的一部分,且其它存储器位置是第二存储器库(1)的一部分。每一存储器库对应于来自奇行中的奇列和偶列的像素信号或来自偶行中的奇列和偶列的像素信号。因此,举例来说,库0(例如,存储器位置1274a和1274b)包含用于来自与ADC 461相关联的奇行中的奇列和偶列的像素的每一者的存储器存储位置,而库1(例如,存储器位置1274c和1274d)包含用于来自与ADC 461相关联的偶行中的奇列和偶列的像素的存储器存储位置。
RAM区块1263接收信号线467上的来自比较器462的逻辑信号、信号线484上的库选择信号和信号线485上的表示模拟斜坡信号的数字化代码。RAM区块463还接收线486上的读取地址信号、线488上的时钟信号和线482上的读取信号(即,ce信号)。RAM区块463在数据路径444上将数据提供到下游电路。
斜坡电路480在信号线483上提供全局斜坡信号(例如,模拟电平信号)且在信号线485上提供全局数字代码。如已知的,斜坡信号产生电路480提供多个参考模拟值电平和相应的数字代码,其通常以最小值电平开始并增加到最大值电平(或反之亦然)。注意到,斜坡信号产生电路480在线483上提供模拟斜坡信号,且在指定的延迟(例如,三个时钟周期)之后,在线485上提供相应的数字代码。此延迟可依据特定电路实施方案而变化。
脉冲控制区块1272与各自存储器解码器1273a、1273b、1273c、1273d一起控制对存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d的写入存取。存储器位置1274a、1274b分别存储表示来自奇行中的奇和偶列像素的模拟信号的一组数字代码。存储器位置1274c、1274d分别存储表示来自偶行中的奇和偶列像素的模拟信号的一组数字代码。
当脉冲控制区块1272在线467上从比较器462接收真信号时,三个时钟周期之后提供在线485上且进而提供在线491上的数字代码数据依据线484上提供的库信号和线1297上提供的行信号而存储在存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d的一者中。斜坡代码数据是由比较器462进行比较的像素输出信号的相应数字表示形式。线484上提供的库信号被提供到缓冲器499,所述缓冲器499充当线491上的开关。当库信号被提供到缓冲器499中的一者且所述信号被提供并反转到其它缓冲器499时,于是存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d根据库信号的逻辑状态而同时相互排斥地耦合到线485上提供的斜坡值信号。
如上文指示,存储器库中的一者被启用以用于读出,而另一者被启用以用于写入。因而,在线484上提供到脉冲控制区块472的库信号还被提供到多路复用器490。在一个示范性实施例中,一次读出库中的一个位置。举例来说,如果选择库1,那么选择1274c以用于读出。在另一示范性实施例中,一次读出一库。举例来说,如果选择库1,那么选择1274c和1274d以用于读出,其中输出被交错或连接。多路复用器1290依据如线486上的读取地址信号所确定的哪个存储器库(例如,库0、库1)以及哪个存储器位置被启用以用于读出,来切换排斥地通过各自线491将存储器位置1274a或1274b或1274c或1274d耦合到缓冲器492。因此,如果存储器库0被启用以用于读出且线486上提供的读取地址信号指示存储器位置1274a用于读出,那么多路复用器1290通过其相关联的线491将存储器库1274a耦合到缓冲器492,且缓冲器499不将存储器库1274b、1274c、1274d耦合到线485。同时,多路复用器1290通过其相关联的线491将存储器位置1274b、1274c、1274d从缓冲器492处解除耦合。大体上同时,依据线467上的信号的值而定,启用库1以用于写入信号线485上的数字代码值。存储在缓冲器492中的信号响应于线482上提供的ce信号而选择性地提供到线444。线444上的信号被提供到下游以由其它电路进一步处理。
图12更详细地展示RAM区块1263的脉冲控制区块1272和存储器解码器1273。脉冲控制区块1272包含缓冲器571、573、575、四个与电路1211和四个与电路1213。尽管在图12中被描绘为单独元件,但在某些实施方案中,脉冲控制区块1272和存储器解码器1273a、1273b可构成为单个电路的一部分。
脉冲控制区块1272在线467上接收比较器462的结果。使用线488上提供的时钟信号和缓冲器电路571、573、575,脉冲控制区块1272将来自比较器462的异步信号转换为同步信号,所述同步信号被提供到逻辑与电路1211。逻辑与电路1211还接收信号线484上的库选择信号。存储器解码器1273基于从比较器接收的信号和库选择信号而确定是否启用存储器位置以用于写入存取,并基于所述确定而提供适当信号。
存储器解码器1273包含多路复用器1217,且除了从脉冲控制区块1272接收的信号外还接收读取地址信号、库信号和行信号。与电路1213接收线486上的读取地址信号和线1297上的行信号,所述信号分别同时进行与运算,且将结果提供到相关联的多路复用器1217。每一多路复用器1217与存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d相关联,并将信号提供到其相关联的存储器库。来自每一多路复用器1217的信号是写入启用信号、读取启用信号或空信号(例如,无信号或指示无启用的信号)。以与上文所描述的类似方式进行对存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d的读取和写入,唯一显著不同之处是确定正对哪个行进行读取或写入。
存储器解码器1273还控制对RAM区块1263中的各个存储器位置的存取。为了简单起见,图11和12仅描绘一个ADC区块(即,ADC 461和RAM区块1263内的相应存储器位置),但表示多个此类ADC区块。因而,尽管存储器经展示为单独的存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d,但在本发明的一方面中,RAM区块1263中的所有存储器位置1274a、1274b、1274c、1274d均是一个存储器区块的一部分。因此,提供到存储器解码器1273的读取地址信号和写入信号指示存储器区块内的特定位置。如果多路复用器1217将写入信号提供到存储器位置1274a、1274b,那么存储器1274a、1274b存储线491上提供的数字斜坡代码值信号。
图9展示系统1100,其是经修改以包含含有如图3-8和相关联论述所例示的读出系统的成像装置400的典型处理器系统。所述系统示范性表示具有可包含图像传感器装置的数字电路的系统。在不作限制的情况下,此类系统可包含计算机系统、相机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、视频电话、监视系统、自动聚焦系统、星象跟踪仪系统、运动检测系统、图象稳定化系统和其它图像获取或处理系统。
系统1100(例如,相机系统)通常包括中央处理单元(CPU)1110(例如微处理器),其经由总线1170而与输入/输出(I/O)装置1150通信。成像装置400也经由总线1170而与CPU 1110通信。系统1100还包含随机存取存储器(RAM)1160,且可包含可移除存储器1130(例如快闪存储器),其也经由总线1170而与CPU 1110通信。成像装置400可与处理器(例如,CPU、数字信号处理器或微处理器)组合,其中单个集成电路上或与处理器不同的芯片上具有或不具有存储器存储装置。
应了解,本发明的其它实施例包含一种制造电路1100的方法。举例来说,在一个示范性实施例中,一种制造CMOS读出电路的方法包含以下步骤:使用已知的半导体制作技术在衬底的对应于单个集成电路的部分上方提供如上所述的至少一像素阵列和读出电路442(图5)。
ADC和存储器的共享使用减小了读出电路的大小。通过使用SRAM存储器代替DRAM存储器,还通过减小存储器所需的物理空间而减小了读出电路的大小。还通过消除对相关联的更新电路的需要而减小含有存储器的电路的大小。使用SRAM还通过不必花费时间执行更新操作而增加读出电路的操作速度。
虽然已参照特定示范性实施例描述和说明了本发明,但应了解,可在不脱离本发明精神和范围的情况下作出许多修改和替代。举例来说,尽管相对于在两个列之间共享的单个ADC和相关联存储器而展示了本发明,但本发明并不打算限于此。ADC和相关联的存储器可适于由两个或两个以上的任何数目的像素阵列列共享。以上描述内容中展示的每一信号线均是表示性的且可表示多个信号线,例如总线(例如地址或数字代码总线)。因此,不应认为本发明受前述描述内容限制,而是本发明仅由权利要求书的范围限制。