CN101841663B

CN101841663B - 图像传感器的组合电路及方法

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Publication number: CN101841663B
Application number: CN2009101287953A
Authority: CN
Inventors: 邱伯舜; 印秉宏
Original assignee: VIA SHANGHENGJING TECHNOLOGY CORP
Current assignee: VIA SHANGHENGJING TECHNOLOGY CORP
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: CN101841663A

Abstract

一种图像传感器的组合电路及方法。首先，重置行放大器(CA)，因而产生CA重置信号。耦接电容及切换装置于图像传感器的输出和行放大器的输入间。控制相关双采样(CDS)电路，以接收行放大器的输出。其中，控制切换装置使得图像传感器的第一组别的图像信号被传送而存储于CDS电路，且第二组别的图像信号则被加到所存储的第一组别的图像信号上。

Description

图像传感器的组合电路及方法

技术领域

本发明涉及图像传感器，特别涉及一种复合垂直像素共用(multiple-vertical-pixels-sharing)图像传感器的组合(binning)电路及方法。

背景技术

半导体图像传感器(例如电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)普遍使用于照相机或摄影机中，用于将可见光的图像转换为电子信号，便于后续的存储、传输或显示。

图像传感器的部分像素(或光二极管)可以共用一电路，以减少整体电路的大小。共用架构可以采用垂直方式(亦即，位于同一行的像素共用一电路)，也可以采用水平方式(亦即，位于同一列的像素共用一电路)。图1显示传统复合垂直像素共用图像传感器10，其具有多组别(亦即，A组别、B组别等)采用垂直共用方式的像素共用电路。

当图像传感器内制作愈来愈多的像素(或光二极管)时，每一像素的面积及其图像强度会相对的变小。为了增强图像强度以得到更佳的信号噪声比(SNR)，通常需要将多个像素的信号予以相加(或称为像素组合)。

然而，对于前述传统垂直共用的图像传感器，若要跨越不同组别以进行像素组合，将会遭遇困难，除非增加一些额外的电路来解决。例如，于图1中，若要于A组别内进行像素组合，只要将该组的相关传输门(transfergate)(tx_A_n，n＝1，2...)同时打开即可。然而，如果同打开A组别和B组别的传输门(tx_A_n，tx_B_n，n＝1，2...)，则在行(column)节点(col)处将会造成信号之间的冲突。因此，对于传统复合垂直像素共用图像传感器10，其像素组合数目会受到很大的限制。

鉴于传统图像传感器，例如图1所示的复合垂直像素共用图像传感器10，无法有效地进行信号的组合，因此亟需提出一种可适用于图像传感器(特别是复合垂直像素共用图像传感器)的新颖组合电路及方法，用于跨越不同组别以进行信号的组合。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的之一在于提出一种可适用于图像传感器(特别是复合垂直像素共用图像传感器)的组合电路及方法，用于跨越不同组别以有效进行信号的组合。

根据本发明特征之一，首先，重置行放大器(CA)，因而产生CA重置信号。耦接电容及切换装置于图像传感器的输出和行放大器的输入间。控制相关双采样(CDS)电路，以接收行放大器的输出。其中，控制切换装置使得图像传感器的第一组别的图像信号被传送而存储于CDS电路，且第二组别的图像信号则被加到所存储的第一组别的图像信号上。

根据本发明另一特征，首先，重置一行放大器(CA)，用于产生CA重置信号。接收第一组别的重置信号，接着使用行放大器以放大第一组别的图像信号，并存储第一组别的图像信号。接下来，接收第二组别的重置信号，接着使用行放大器以放大第二组别的图像信号，并将其加到所存储的第一组别的图像信号上。

附图说明

图1显示传统复合垂直像素共用图像传感器；

图2显示本发明实施例的组合电路，其适用于复合垂直像素共用图像传感器；

图3A至图3D显示本发明实施例于进行组合操作时各步骤的等效电路；

图4显示图2、图3A至图3D的相关信号时序图。图5显示本发明实施例组合操作的流程图。

具体实施方式

图2显示本发明实施例的组合电路20，其适用于复合垂直像素共用图像传感器22。该复合垂直像素共用图像传感器22包含多个组别，例如A组别(22A)、B组别(22B)，而各个组别则依垂直共用方式个别共用一相关电路。图像传感器22可以是(但不限定为)电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，用于将可见光的图像转换为电子信号。组合电路20的输出可馈至放大器(未显示于附图中)，例如可编程增益放大器(programmable gain amplifier，PGA)。上述的图像传感器22及组合电路20可应用于数字图像处理装置中，例如(但不限定为)照相机或摄影机。

以A组别为例，图像传感器22的每一组别包含重置晶体管rst_A、源极跟随器sf_A、选择晶体管sel_A及多个传输晶体管(或传输门)(tx_A_1、tx_A_2等)。为简化起见，附图中的晶体管(或开关)及其控制信号则使用相同的符号。于附图中，当重置晶体管rst_A被开启时，可用于将光二极管(D_A_1、D_A_2等)重置到一个重置参考电压。当源极跟随器sf_A被开启时，可用于缓冲光二极管(D_A_1、D_A_2等)的图像信号。当选择晶体管sel_A被字符线(word line)开启时，则允许像素图像信号的读出。当传输晶体管(tx_A_1、tx_A_2等)被开启时，可用于分别传送光二极管(D_A_1、D_A_2等)的像素图像信号。重置晶体管rst_A、源极跟随器sf_A和选择晶体管sel_A共用于光二极管(D_A_1、D_A_2等)。各组别(A、B等)的输出则共同电耦接于行节点(col)。

组合电路20用于跨越不同组别(例如A组别、B组别)以有效进行信号的组合。组合电路20由各个组别所共用。组合电路20主要包含行放大器CA。反馈电容Cf则耦接于行放大器CA的输出和输入之间。CA重置开关CA_rst也是耦接于行放大器CA的输出和输入之间。行节点(col)通过电容C及切换装置而耦接至行放大器CA的输入。该切换装置包含第一开关phi1及第二开关phi2。电容C的第一极板耦接至行节点(col)，第一开关phi1耦接于行放大器CA输入和电容C第二极板之间，而第二开关phi2则耦接于电容C第二极板和地之间。

组合电路20还包含相关双采样(correlated double sampling，CDS)电路，其包含采样-保持-重置信号(sample-and-hold-reset_signal，SHR)开关及采样-保持-图像信号(sample-and-hold-image_signal，SHS)开关。SHR开关及SHS开关分别耦接至SHR电容CSHR及SHS电容CSHS。其中，当SHR开关闭合(close)时，重置信号即可被采样并存储保持于SHR电容CSHR。当SHS开关闭合时，图像信号即可被采样并存储保持于SHS电容CSHS。再者，CDS电路还包含开关SW；当完成组合操作后，欲将SHR电容CSHR和SHS电容CSHS内的信号馈至下一放大器(例如PGA)时，此时将会开关SW予以闭合。

图3A至图3D显示本发明实施例在进行组合操作时各步骤的等效电路。图4显示图2、图3A至图3D的相关信号时序图。图5则显示本发明实施例组合操作的流程图。虽然本实施例以A组别和B组别进行组合操作为例，然而，本发明也可适用于其它组别的组合操作。

于进行组合操作时，首先，闭合CA重置开关CA_rst(100)，用于将行放大器CA予以重置(步骤50)，如图3A所示。SHR开关为闭合(101)，使得CA重置信号被存储于SHR电容CSHR。于此阶段，SHS开关也是闭合的(102)。实践中，有源SHR信号和有源SHS信号会有一段重迭，其是为了防止耦合效应(coupling effect)。在另一实施例中，此阶段的SHS开关为断开的。于此同时，(A组别)重置晶体管rst_A被开启(103)，且选择晶体管sel_A也被开启(104)。接着，通过闭合第二开关phi2(105)(但断开第一开关phi1)，使得A组别的输出重置信号被接收并存储于电容C(步骤50)。

接下来，如图3B所示，A组别的传输晶体管tx_A_n(n＝1，2...)被开启(106)，且第一开关phi1被闭合(107)，但是第二开关phi2则为断开的(108)。由此，行放大器CA的输入电压相当于(A组别)图像信号减去所存储的(A组别)重置信号，此输入电压接着受到行放大器CA的放大(步骤51)，此时的SHS开关持续闭合着，但断开SHR开关(109)。由此，A组别的图像信号因而存储于SHS电容CSHS内。

接着，如图3C所示，(B组别)重置晶体管rst_B被开启(110)，且选择晶体管sel_B也被开启(111)。接着，通过闭合第二开关phi2(112)(但断开第一开关phi1)，使得B组别的输出重置信号被接收并存储于电容C(步骤52)。

接下来，如图3D所示，B组别的传输晶体管tx_B_n(n＝1，2...)被开启(113)，且第一开关phi1被闭合(114)，但是第二开关phi2则为断开的(115)。由此，行放大器CA的输入电压相当于(B组别)图像信号减去所存储的(B组别)重置信号，此输入电压接着受到行放大器CA的放大，此时的SHS开关持续闭合着，但断开SHR开关。由于SHS开关持续闭合着，因而使得B组别的图像信号得以加(或组合)到存储于SHS电容CSHS的先前(A组合)电压上(步骤53)，因而完成信号组合的操作。

根据本发明实施例，于复合垂直像素共用图像传感器中，可以跨越不同组别(例如附图中的A组别及B组别)而有效地进行信号的组合，不会产生信号之间的冲突。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求范围内。

Claims

1.一种图像传感器的组合电路，包含：

行放大器，当其被重置时则产生行放大器重置信号；

电容及切换装置，耦接于所述图像传感器的输出和所述行放大器的输入间；及

相关双采样电路，被控制以接收所述行放大器的输出；

其中，控制所述切换装置使得所述图像传感器的第一组别的图像信号被传送而存储于所述相关双采样电路中，且第二组别的图像信号则被加到所存储的所述第一组别的图像信号上。

2.如权利要求1所述的图像传感器的组合电路，其中上述图像传感器为复合垂直像素共用图像传感器。

3.如权利要求1所述的图像传感器的组合电路，还包含反馈电容，耦接于所述行放大器的输出和输入之间。

4.如权利要求3所述的图像传感器的组合电路，还包含行放大器重置开关，耦接于所述行放大器的输出和输入之间。

5.如权利要求1所述的图像传感器的组合电路，其中上述电容的第一极板耦接至所述图像传感器的输出，且所述切换装置包含：

第一开关，耦接于所述行放大器的输入和所述电容的第二极板之间；及

第二开关，耦接于所述电容的第二极板和地之间。

6.如权利要求4所述的图像传感器的组合电路，其中上述相关双采样电路包含：

采样-保持-重置信号开关，用于采样所述行放大器重置信号；

采样-保持-重置信号电容，耦接至所述采样-保持-重置信号开关，用于保持所述行放大器重置信号；

采样-保持-图像信号开关，用于采样所述图像传感器的图像信号；及

采样-保持-图像信号电容，耦接至所述采样-保持-图像信号开关，用于保持所述图像信号。

7.一种适用于图像传感器的信号组合方法，包含：

(a)重置行放大器，用于产生行放大器重置信号；

(b)接收第一组别的重置信号；

(c)使用所述行放大器以放大所述第一组别的图像信号，并接着存储所述第一组别的图像信号；

(d)接收第二组别的重置信号；及

(e)使用所述行放大器以放大所述第二组别的图像信号，并接着将其加到所存储的所述第一组别的图像信号上。

8.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述图像传感器为复合垂直像素共用图像传感器。

9.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述步骤(a)和步骤(b)同时进行。

10.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述行放大器重置信号被采样并存储于采样-保持-重置信号电容中。

11.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述步骤(b)中所接收的第一组别的重置信号存储于电容中。

12.如权利要求11所述的适用于图像传感器的信号组合方法，在进行上述步骤(c)之前，将上述第一组别的重置信号从所述第一组别的图像信号中减去。

13.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述第一组别的放大图像信号被采样并存储于采样-保持-图像信号电容中。

14.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述步骤(d)中所接收的第二组别的重置信号存储于电容中。

15.如权利要求14所述的适用于图像传感器的信号组合方法，在进行上述步骤(e)之前，上述第二组别的重置信号从所述第二组别的图像信号中减去。

16.如权利要求7所述的适用于图像传感器的信号组合方法，其中上述第二组别的放大图像信号被采样并存储于采样-保持-图像信号电容中。