CN102547151B - 偏移消除电路、采样电路以及图像传感器 - Google Patents

偏移消除电路、采样电路以及图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102547151B
CN102547151B CN201110391616.2A CN201110391616A CN102547151B CN 102547151 B CN102547151 B CN 102547151B CN 201110391616 A CN201110391616 A CN 201110391616A CN 102547151 B CN102547151 B CN 102547151B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
electrode
buffer
circuit
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110391616.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102547151A (zh
Inventor
郑运基
柳贵成
权敏浩
金载宏
林承贤
朴儒珍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN102547151A publication Critical patent/CN102547151A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102547151B publication Critical patent/CN102547151B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Facsimile Heads (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

提供偏移消除电路、采样电路以及图像传感器。偏移消除电路存储与从单位像素接收的复位电压和参考电压之间的电压差相应的电荷，从而消除单位像素的偏移。

Description

偏移消除电路、采样电路以及图像传感器
本申请要求于2010年11月29日提交到韩国知识产权局(KIPO)的第2010-0119676号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用完整地包含于此。
技术领域
示例实施例涉及偏移消除电路、采样电路以及图像传感器。更具体地讲，示例实施例涉及能够消除单位单元(unit cell)的偏移的偏移消除电路、采样电路以及图像传感器。
背景技术
在包括通过感测有效的物理量(例如，光强、温度、质量、时间等)输出电信号的单位单元阵列的传感器装置中，由于环境条件的差异(例如，工艺变化、电压变化、温度变化等)导致在单位单元之间会存在偏移。因为这样的偏移，传感器装置的精度会降低。
发明内容
根据示例实施例，一种偏移消除电路包括去耦电容器、缓冲器和反馈电路。去耦电容器具有第一电极和第二电极，第一电极连接到单位单元，单位单元基于单位单元的状态输出复位电压和数据电压之一。缓冲器连接到第二电极。反馈电路连接到第二电极和缓冲器的输出端。反馈电路接收参考电压，将参考电压提供给第二电极以将与第一电压相应的电荷存储到去耦电容器。第一电压与复位电压和参考电压之间的电压差相应。
在一些实施例中，当单位单元输出数据电压时，缓冲器可输出与数据电压和第一电压之间的电压差相应的第二电压。
在一些实施例中，缓冲器可包括：晶体管，具有连接到第二电极的栅极、连接到第一供电电压的漏极、连接到缓冲器的输出端的源极；电流源，连接在缓冲器的输出端和第二供电电压之间。
在一些实施例中，缓冲器可包括：放大器，具有连接到第二电极的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端。
在一些实施例中，反馈电路可包括：放大器，具有被施加参考电压的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端；第一开关，被构造为控制第二电极和所述放大器之间的连接。
在一些实施例中，当单位单元输出复位电压时，第一开关可在预定时间段期间将第二电极连接到所述放大器。
在一些实施例中，反馈电路还可包括：放大器偏移电容器，具有连接到所述放大器的反相输入端的第三电极和第四电极；第二开关，被构造为控制第四电极和缓冲器的输出端之间的连接；第三开关，被构造为控制第四电极和所述放大器的非反相输入端之间的连接；第四开关，被构造为控制所述放大器的反相输入端和所述放大器的输出端之间的连接。
在一些实施例中，放大器偏移电容器可存储与第三电压相应的电荷，第三电压可与所述放大器的输出电压和参考电压之间的电压差相应。
在一些实施例中，第一开关和第二开关可由第一开关信号控制，第三开关和第四开关可由第二开关信号控制。
根据示例实施例，一种采样电路包括偏移消除电路和模拟至数字转换器。偏移消除电路基于单位单元的状态从单位单元接收复位电压和数据电压之一，接收参考电压，并且包括去耦电容器，去耦电容器存储与第一电压相应的电荷。第一电压与复位电压和参考电压之间的电压差相应。偏移消除电路基于数据电压和第一电压产生第二电压。模拟至数字转换器被构造为执行信号转换操作，信号转换操作将第二电压转换为数字输出信号。
在一些实施例中，模拟至数字转换器还可被构造为执行参考转换操作，参考转换操作将参考电压转换为参考数字输出信号。
在一些实施例中，去耦电容器可具有第一电极和第二电极，第一电极连接到单位单元。偏移消除电路还可包括：缓冲器，连接到第二电极；反馈电路，连接到第二电极和缓冲器的输出端。反馈电路可接收参考电压，可将参考电压提供给第二电极以将与第一电压相应的电荷存储到去耦电容器。
在一些实施例中，偏移消除电路和模拟至数字转换器可共享放大器。
在一些实施例中，偏移消除电路还可包括放大器偏移电容器以存储所述放大器的偏移。
根据示例实施例，一种图像传感器包括多个单位像素、多个偏移消除电路、模拟至数字转换单元。所述多个单位像素以具有多个行和多个列的矩阵形式被布置。所述多个单位像素基于所述多个单位像素的状态输出多个复位电压和多个数据电压。所述多个偏移消除电路连接到所述多个单位像素。所述多个偏移消除电路接收参考电压，并包括分别存储与多个第一电压相应的电荷的多个去耦电容器。每个第一电压与多个复位电压中相应的一个和参考电压之间的电压差相应。所述多个偏移消除电路分别基于多个数据电压和所述多个第一电压产生多个第二电压。模拟至数字转换单元将所述多个第二电压转换为多个数字输出信号。
在一些实施例中，模拟至数字转换单元可包括分别连接到多个列的多个模拟至数字转换器。所述多个模拟至数字转换器可被构造为基本同时将所述多个第二电压转换为所述多个数字输出信号。
在一些实施例中，模拟至数字转换单元可包括一个模拟至数字转换器。模拟至数字转换器可被构造为顺序地将所述多个第二电压转换为所述多个数字输出信号。
在一些实施例中，所述多个单位像素中的至少两个可共享复位晶体管、驱动晶体管、选择晶体管中的至少一个。
在一些实施例中，图像传感器还可包括：多个另外的偏移消除电路，分别连接到所述多个列。所述多个单位像素的第一行和所述多个单位像素的第二行被构造为基本同时分别将多个数据电压输出到所述多个偏移消除电路和所述多个另外的偏移消除电路。
在一些实施例中，所述多个偏移消除电路和所述多个另外的偏移消除电路可接收基本相同的参考电压。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，示意性的非限制的示例实施例将会被更清楚地理解。
图1是示出根据示例实施例的偏移消除电路的框图。
图2是示出这样示例的示图，在该示例中，图1的偏移消除电路连接到单元阵列。
图3是示出图2的单元阵列的输出的范围和采样范围的示图。
图4是示出根据示例实施例的偏移消除电路的电路图。
图5是用于描述图4的偏移消除电路的操作的时序图。
图6是示出根据示例实施例的偏移消除电路的电路图。
图7是示出根据示例实施例的偏移消除电路的电路图。
图8是用于描述图7的偏移消除电路的操作的时序图。
图9A至图9C是用于描述图7的偏移消除电路的操作的电路图。
图10是示出根据示例实施例的消除偏移的方法的流程图。
图11是示出根据示例实施例的采样电路的框图。
图12是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
图13是用于描述图12的采样电路的操作的时序图。
图14是用于描述图12的采样电路的操作的时序图。
图15是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
图16是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
图17是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
图18是用于描述图17的采样电路的操作的时序图。
图19是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
图20是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
图21是示出根据示例实施例的对信号进行采样的方法的流程图。
图22是示出根据示例实施例的对信号进行采样的方法的流程图。
图23是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
图24是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
图25A至图25D是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的单位像素的电路图。
图26是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的单位像素和偏移消除电路的电路图。
图27是用于描述图26中示出的单位像素和偏移消除电路的操作的时序图。
图28是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的共享的单位像素和偏移消除电路的电路图。
图29是用于描述图28中示出的共享的单位像素和偏移消除电路的操作的时序图。
图30是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的共享的单位像素和偏移消除电路的电路图。
图31是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
图32是示出根据示例实施例的包括在图31的图像传感器中的单位像素和偏移消除电路的电路图。
图33是示出根据示例实施例的包括在图31的图像传感器中的共享的单位像素和偏移消除电路的电路图。
图34是示出根据示例实施例的包括图像传感器的数字相机的框图。
图35是示出根据示例实施例的包括图像传感器的计算系统的框图。
图36是示出在图35的计算系统中使用的接口的示例的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例实施例在附图中示出。然而，本发明构思可以以许多不同的形式被实现，不应被解释为限于在此阐述的示例实施例。在附图中，为了清楚可能夸大层和区域的大小和相对大小。
应该理解，当元件或层被称作在另一元件或层“之上”、“连接”或“结合”到另一元件或层时，该元件或层可能直接在所述另一元件或层之上、连接或结合到所述另一元件或层，或者可能存在中间元件或层。相反，当元件被称作“直接”在另一元件或层“之上”、“直接连接”或“直接结合”到另一元件或层时，不存在中间元件或层。相同的标号始终代表相同的元件。在这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项的任何或全部组合。
应该理解，尽管在这里可使用术语第一、第二、第三等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。因此，在不脱本发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
空间相对术语(例如“在…之下”、“在…下方”、“下面的”、“在…之上”、“上面的”等)可在这里使用以便于说明书来描述在附图中示出的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。应该理解，空间相对术语是为了包括除了附图中描述的方位之外的在使用或运行中的装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他部件或特征“之下”或“下方”的部件将随后被定位为在所述其他部件或特征“之上”。因此，示例性术语“在…下方”可包括上面和下面两种方位。可将装置朝向另外的方位(旋转90度或在其他方位)，并相应地解释在这里使用的空间相对的描述符。
在这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是为了限制本发明构思。这里使用的单数形式也意图包括复数形式，除非上下文另有清楚的指示。还应该理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其表示存在叙述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
参照作为理想化的示例实施例(和中间结构)的示意性示意图的剖面图，在这里描述示例实施例。同样地，预计会出现例如由制造技术和/或公差引起的示意图的形状的变化。因此，示例实施例不应被解释为限于这里示出的区域的特定形状，而将包括例如由制造产生的形状的偏差。例如，示出为矩形的注入区域在其边缘通常具有圆形或弯曲特性和/或注入浓度的梯度，而不是从注入区域到非注入区域的二元改变。同样地，通过注入形成的埋区可能导致在埋区和通过其发生注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，在附图中示出的区域实际上是示意性的，所述区域的形状不是为了示出装置的区域的实际形状，也不是为了限制本发明构思的范围。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与该发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应该理解，除非这里明确定义，否则诸如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与所述术语在相关领域的上下文中的含义一致的含义，而不应被理想化或过于形式化地理解。
图1是示出根据示例实施例的偏移消除电路的框图，图2是示出这样示例的示图，在该示例中，图1的偏移消除电路连接到单元阵列，图3是示出图2的单元阵列的输出的范围和采样范围的示图。
参照图1，偏移消除电路100包括：去耦电容器110、缓冲器120、反馈电路130。
去耦电容器110的第一电极E1可连接到单位单元200。单位单元200可在感测之前输出作为单元电压VC的复位电压，在感测之后输出作为单元电压VC的数据电压。复位电压和数据电压可不具有AC成分，并且可以仅具有DC成分。例如，单位单元200可以是通过感测物理量(例如，光强、温度、质量、时间等)输出电信号的传感器的元件。
缓冲器120可连接到去耦电容器110的第二电极E2。缓冲器120可以是输出第二电极E2的电压作为输出电压VOUT的电压缓冲器。例如，缓冲器120可具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。
反馈电路130可具有连接到缓冲器120的输出端的输入端和连接到去耦电容器110的第二电极E2的输出端。反馈电路130可从外部电路(未示出)接收参考电压VREF。当单位单元200输出复位电压作为单元电压VC时，反馈电路130可向去耦电容器的第二电极E2提供参考电压VREF，直到输出电压VOUT达到参考电压VREF。因此，去耦电容器110可存储与第一电压V1相应的电荷，第一电压V1可对应于从单位单元200接收的复位电压与参考电压VREF之间的电压差。
参照图2，多个偏移消除电路101、102、103分别连接到包括多个单位单元201、202、203的单元阵列300的多个列。在一些实施例中，单元阵列300可包括测量光强的图像传感器、测量温度的温度传感器、测量质量的质量传感器、感测X光的X光检测装置、感测反射的光的扫描仪等。尽管图2示出单元阵列300包括以对应于一行的一维阵列布置的多个单位单元201、202、203，但是在一些实施例中，单元阵列300可包括以二维矩阵形式布置的多个单位单元，或者可包括以三维阵列布置的多个单位单元。
参照图2和图3，当包括在单元阵列300中的多个单位单元201、202、203输出多个复位电压作为多个单元电压VC_1、VC_2、VC_N时，所述多个复位电压可彼此不同，并且可具有具有预定范围的偏移310。因为所述多个复位电压具有偏移310，因此多个单位单元201、202、203可针对相同的物理量输出不同的数据电压。
例如，在第一单位单元201输出最小复位电压，第二单位单元202输出最大复位电压的情况下，针对相同的物理量，从第一单位单元201输出的数据电压的范围321与从第二单位单元202输出的数据电压的范围322不同，第一单位单元201的数据电压比第二单位单元202的数据电压低偏移310。因此，由于偏移310，传感器装置的精度会降低。此外，当第二传感器装置的采样增益增加时，第二传感器装置的采样范围330降低，在采样增益较高的情况下，偏移301可占据采样范围330的大部分。因此，如果传感器装置不包括多个偏移消除电路101、102、103，则传感器装置会仅输出所述偏移作为感测的电信号，并且不会正确地工作。
参照图1，当单位单元200输出复位电压作为单元电压VC时，复位电压可被施加到去耦电容器110的第一电极E1。反馈电路130可将参考电压VREF施加到第二电极E2。因此，去耦电容器110可存储与第一电压V1(即，复位电压与参考电压VREF之间的电压差)相应的电荷。
复位电压不仅可包括期望的复位电压，而且可包括偏移，第一电压V1可以是期望的复位电压与所述偏移之和减去参考电压VREF。数据电压不仅可包括期望的数据电压(即，期望的复位电压与感测电压之和)，而且可包括偏移。当单位单元200输出数据电压时，偏移消除电路100可产生第二电压，第二电压对应于数据电压与第一电压V1之间的电压差。因为第二电压是数据电压减去第一电压V1，因此可通过从期望的数据电压减去期望的复位电压，并将参考电压VREF与相减的结果(即，感测电压)相加，来计算第二电压，从而可不包括偏移。因此，如果使用作为参考点的参考电压VREF将第二电压转换为数字输出信号，则与消除了偏移的感测电压相应的数字值可作为数字输出信号被输出。
再次参照图2，因为多个偏移消除电路101、102、103消除了从多个单位单元201、202、203输出的多个单元电压VC_1、VC_2、VC_N的偏移，因此多个输出电压VOUT_1、VOUT_2、VOUT_N可以分别是期望的数据电压和期望的复位电压之间的电压差(即，感测电压)与参考电压VREF之和。即，可在多个输出电压VOUT_1、VOUT_2、VOUT_N中消除多个单位单元201、202、203的偏移。
图4是示出根据示例实施例的偏移消除电路的电路图。
参照图4，偏移消除电路100a包括去耦电容器110、缓冲器120a、反馈电路130a。
缓冲器120a可被实现为包括晶体管121a和电流源122a的源极跟随器。晶体管121a可具有连接到去耦电容器110的第二电极E2的栅极、连接到第一供电电压VDD的漏极、连接到缓冲器120a的输出端的源极。电流源122a可连接在缓冲器120a的输出端和第二供电电压(例如，接地电压)之间。在一些实施例中，可使用无源元件(例如，电阻器)和/或有源元件(例如，晶体管)来实现电流源122a。实现为源极跟随器的缓冲器120a可具有大约1的电压增益。
反馈电路130a可包括开关131和放大器132。开关131的一端可连接到去耦电容器110的第二电极E2，开关131的另一端可连接到放大器132的输出端。开关131可响应于开关信号SWS控制去耦电容器110的第二电极E2与放大器132的输出端之间的连接。放大器132可具有：非反相输入端，从外部电路(未示出)被施加参考电压VREF；反相输入端，连接到换传感器120a的输出端；输出端，连接到开关131。当开关131被接通时，放大器132可将参考电压VREF提供给去耦电容器110的第二电极E2，从而输出电压VOUT可达到参考电压VREF。
图5是用于描述图4的偏移消除电路的操作的时序图。
参照图4和图5，即使多个单位单元感测到相同的物理量，从多个单位单元输出的单元电压VC可分布在范围310内。即，预定偏移310可存在于最大单元电压VC_MAX和最小单元电压VC_MIN之间。
当复位电压被输出为一个单元电压VC时，复位电压被施加到去耦电容器110的第一电极E1。当开关信号SWS具有逻辑高电平时，开关131响应于开关信号SWS被接通。如果开关131被接通，则放大器132可基于输出电压VOUT与参考电压VREF之间的电压差向去耦电容器110提供电荷，直到输出电压VOUT达到参考电压VREF。因此，去耦电容器110可存储与第一电压V1相应的电荷，第一电压V1对应于复位电压与参考电压之间的电压差，缓冲器120a可输出与参考电压VREF具有相同的电压电平的输出电压VOUT。因此，尽管从多个单位单元输出的多个复位电压具有偏移310，但是从多个偏移消除电路输出的多个输出电压VOUT可具有基本相同的电压电平
当数据电压(数据电压从复位电压增加或减小感测电压VSIG)被输出为一个单元电压VC时，数据电压可被施加到去耦电容器110的第一电极E1。因为去耦电容器110存储与复位电压和参考电压VREF之间的电压差(即，第一电压V1)对应的电荷，因此去耦电容器110的第二电极E2可具有与数据电压和第一电压V1之间的电压差对应的第二电压。第二电压可以是从参考电压VREF增加或减小感测电压VSIG的电压，缓冲器120a可输出第二电压作为输出电压VOUT。即使多个单位单元的感测电压VSIG可具有相同的电压电平，从多个单位单元输出的多个数据电压也可具有偏移310。然而，因为多个偏移消除电路可消除多个单位单元的偏移310，因此多个偏移消除电路可输出消除了偏移310的多个输出电压VOUT，或者输出从参考电压VREF增加或减小感测电压VSIG的电压。
图6是示出根据示例实施例的偏移消除电路的电路图。
参照图6，偏移消除电路100b包括去耦电容器110、缓冲器120b、反馈电路130a。除了缓冲器120b的构造之外，图6的偏移消除电路100b可具有与图4的偏移消除电路100a基本类似的构造。
缓冲器120b包括放大器121b。放大器121b可具有连接到去耦电容器110的第二电极E2的非反相输入端、相互连接的反相输入端和输出端。放大器121b可基于第二电极E2的电压与输出电压VOUT之间的电压差增加输出电压VOUT，直到输出电压VOUT达到第二电极E2的电压。因此，包括放大器121b的缓冲器120b可具有大约1的电压增益。放大器121b可具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。
图7是示出根据示例实施例的偏移消除电路的电路图。
参照图7，偏移消除电路100c包括去耦电容器110、缓冲器120a、反馈电路130b。除了反馈电路130b的构造之外，图7的偏移消除电路100c可具有与图4的偏移消除电路100a基本类似的构造。
反馈电路130b可包括第一开关131、放大器132、第二开关133、第三开关134、第四开关135、放大器偏移电容器136。
第一开关131的一端可连接到去耦电容器110的第二电极E2，第一开关131的另一端可连接到放大器132的输出端。第二开关133的一端可连接到缓冲器120a的输出端，第二开关133的另一端可连接到放大器偏移电容器136的第四电极E4。第三开关134的一端可连接到放大器偏移电容器136的第四电极E4，第三开关134的另一端可连接到放大器132的非反相输入端。第四开关135的一端可连接到放大器132的输出端，第四开关135的另一端可连接到放大器132的反相输入端和放大器偏移电容器136的第三电极E3。第一开关131和第二开关133可由第一开关信号SWS1控制，第三开关134和第四开关135可由第二开关信号SWS2控制。第一开关131可响应于第一开关信号SWS1控制第二电极E2和放大器132之间的连接，第二开关133可响应于第一开关信号SWS1控制第四电极E4和缓冲器120a的输出端之间的连接，第三开关134可响应于第二开关信号SWS2控制第四电极E4和放大器132的非反相输入端之间的连接，第四开关135可响应于第二开关信号SWS2控制放大器132的输出端和第三电极E3之间的连接。
放大器偏移电容器136可具有：连接到放大器132的反相输入端和第四开关135的第三电极E3、连接到第二开关133和第三开关134的第四电极E4。当第二开关信号SWS2具有逻辑高电平时，第三开关134和第四开关135可被接通。如果第三开关134和第四开关135被接通，则放大器132的输出电压可被施加到第三电极E3，参考电压VREF可被施加到第四电极E4。因此，在放大器132的输出电压与参考电压不同的情况下以及在放大器132的输出电压是放大器132的偏移加上参考电压VREF的电压的情况下，放大器偏移电容器136可存储与放大器132的偏移相应的电荷。
当第二开关信号SWS2具有逻辑低电平并且第一开关信号SWS1具有逻辑高电平时，第三开关134和第四开关135可被断开，第一开关131和第二开关133可被接通。如果第一开关131和第二开关133被接通，则缓冲器120a的输出电压VOUT与放大器132的偏移之和可被施加到放大器132的反相输入端因此，即使放大器132中存在偏移，放大器132也可输出消除了放大器132的偏移的参考电压VREF。因此，放大器132可将电荷提供给去耦电容器110，直到缓冲器120a的输出电压VOUT达到参考电压VREF。此外，即使放大器132中存在偏移，去耦电容器110也可存储与复位电压和参考电压VREF之间的电压差(即，第一电压V1)对应的电荷。如上所述，即使放大器132中存在偏移，也可通过放大器偏移电容器136消除放大器132的偏移。
图8是用于描述图7的偏移消除电路的操作的时序图，图9A至图9C是用于描述图7的偏移消除电路的操作的电路图。
参照图8和图9A，在第二开关信号SWS2具有逻辑高电平的时间点T1，第三开关134和第四开关135可被接通。放大器132的输出电压VREF+VOFFSET可被施加到放大器偏移电容器136的第三电极E3，参考电压VREF可被施加到放大器偏移电容器136的第四电极E4。因此，放大器偏移电容器136可存储与放大器132的输出电压VREF+VOFFSET和参考电压VREF之间的电压差相应的电荷。即，放大器偏移电容器136可存储与放大器132的偏移电压相应的电荷。尽管图8示出在单位单元输出复位电压时第二开关信号SWS2具有逻辑高电平的示例，然而在一些实施例中，第二开关信号SWS2可在输出复位电压之前具有逻辑高电平。
参照图8和图9B，在第一开关信号SWS1具有逻辑高电平的时间点T2，单位单元可输出复位电压VRESET，第一开关131和第二开关133可被接通。因为放大器偏移电容器136存储与偏移电压VOFFSET相应的电荷，因此缓冲器120a的输出电压VOUT与偏移电压VOFFSET之和可被施加到放大器132的反相输入端。因此，放大器132可向去耦电容器110提供电荷，直到缓冲器120a的输出电压VOUT达到参考电压VREF，去耦电容器110可存储与复位电压VRESET和参考电压VREF之间的电压差(即，第一电压V1)相应的电荷。
参照图8和图9C，在单位单元输出数据电压VDATA的时间点T3，数据电压VDATA可被施加到去耦电容器110的第一电极E1。因为去耦电容器110存储与复位电压VRESET和参考电压VREF之间的电压差相应的电荷，因此去耦电容器110的第二电极E2可具有与感测电压VSIG和参考电压VREF之和对应的第二电压。缓冲器120a可输出感测电压VSIG和参考电压VREF之和作为输出电压VOUT。
如上所述，根据示例实施例的偏移消除电路100c可消除单位单元的偏移，并且可消除放大器132的偏移。
图10是示出根据示例实施例的消除偏移的方法的流程图。
参照图1和图10，偏移消除电路100可从单位单元200接收复位电压(S410)。反馈电路130可将电荷提供给去耦电容器110，直到输出电压VOUT达到参考电压VREF。因此，去耦电容器110可存储与第一电压V1相应的电荷，第一电压V1可对应于复位电压和参考电压VREF之间的电压差(S430)。
偏移消除电路100可从单位单元200接收数据电压(S450)。如果数据电压被施加到去耦电容器110的第一电极E1，则去耦电容器110的第二电极E2可具有第二电压，第二电压可对应于数据电压和第一电压V1之间的电压差。缓冲器120可输出第二电压作为输出电压VOUT(S470)。因此，偏移消除电路100可输出消除了单位单元200的偏移的输出电压VOUT。
图11是示出根据示例实施例的采样电路的框图。
参照图11，采样电路600包括偏移消除电路100和模拟至数字转换器(ADC)500。
偏移消除电路100可从单位单元200顺序地接收作为单元电压VC的复位电压和数据电压。例如，单位单元200可以是通过感测物理量(例如，光强、温度、质量、时间等)输出电信号的传感器的元件。
偏移消除电路100可从参考电压产生器(未示出)接收参考电压VREF。产生参考电压VREF的参考电压产生器可位于采样电路600的内部或外部。在一些实施例中，参考电压产生器可以是斜坡电压产生器。
当单位单元200输出复位电压作为单元电压VC时，偏移消除电路100可存储与复位电压和参考电压VREF之间的电压差对应的第一电压。当单位单元200输出数据电压作为单元电压VC时，偏移消除电路100可基于数据电压和第一电压产生第二电压作为输出电压VOUT。因此，偏移消除电路100可输出感测电压与参考电压VREF之和。
例如，当单位单元200输出复位电压时，包括在偏移消除电路100中的去耦电容器可存储对应于第一电压的电荷。随后，当单位单元200输出数据电压时，偏移消除电路100可输出与数据电压和第一电压之间的电压差对应的第二电压。即，偏移消除电路100可输出感测电压与参考电压VREF之和作为输出电压VOUT。
模拟至数字转换器500可从偏移消除电路100接收输出电压VOUT，并可将输出电压VOUT转换为数字输出信号SDIGOUT。模拟至数字转换器500可以以各种方式被实现。例如，模拟至数字转换器500可包括单斜率ADC、德尔塔-西格玛ADC、逐次逼近ADC、循环ADC、闪速ADC、流水线ADC、折叠ADC等。
在一些实施例中，偏移消除电路100(例如，偏移消除电路100的反馈电路)和模拟至数字转换器500可共享放大器。
在一些实施例中，多个偏移消除电路100可分别位于多个列，多个模拟至数字转换器500可分别位于多个列。
在其他实施例中，多个偏移消除电路100可分别位于多个列，可针对多个列仅布置一个模拟至数字转换器500。在该情况下，所述一个模拟至数字转换器500可顺序地将从多个列输出的多个输出电压VOUT转换为数字输出信号DIGOUT。
采样电路600可执行相关双采样(CDS)。在一些实施例中，偏移消除电路100可输出第二电压或者感测电压加上参考电压VREF得到的电压作为输出电压VOUT，模拟至数字转换器500可执行使用作为参考点的参考电压VREF将第二电压转换为数字输出信号SDIGOUT的信号转换操作。因此，采样电路600可产生与消除了偏移的有效信号成分相应的数字输出信号SDIGOUT。如上所述，根据一些示例性实施例的采样电路600可执行以模拟方式提取有效信号成分的模拟CDS。在一些实施例中，模拟至数字转换器500可从偏移消除电路100接收参考电压VREF作为输出电压VOUT，或者可直接从参考电压产生器接收参考信号VREF。
在其他实施例中，当单元电压200输出复位电压时，偏移消除电路100可输出参考电压作为输出电压VOUT，模拟至数字转换器500可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号的参考转换操作。当单位单元200输出数据电压时，偏移消除电路100可输出第二电压或者感测电压加上参考电压得到的电压作为输出电压VOUT，模拟至数字转换器500可执行将第二电压转换为第二数字输出信号的信号转换操作。因此，可基于第一数字输出信号与第二数字输出信号之差来产生与消除了偏移的有效信号成分相应的数字信号。如上所述，与其他示例实施例相应的采样电路600可执行双CDS，该双CDS不仅以模拟方式提取有效信号成分，而且将参考成分和信号成分分别转换为数字信号。因为采样电路600执行双CDS，因此可消除在模拟至数字转换器500中出现的偏移。
图12是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
参照图12，采样电路600a包括偏移消除电路100a和模拟至数字转换器500a。尽管图12示出了包括图4的偏移消除电路100a的采样电路600a，但是采样电路600a可包括图6的偏移消除电路100b或者图7的偏移消除电路100c。
模拟至数字转换器500a可包括比较器510a和计数器530a。比较器510a可从偏移消除电路100a接收输出电压VOUT，可从斜坡电压产生器(未示出)接收斜坡电压VRAMP。在一些实施例中，斜坡电压产生器可产生参考电压VREF以及斜坡电压VRAMP。斜坡电压产生器可位于模拟至数字转换器500a的内部或外部。在一些实施例中，多个模拟至数字数字转换器500a可分别位于多个列，多个模拟至数字转换器500a可从单个斜坡电压产生器接收相同的斜坡电压VRAMP。
比较器510a可对输出电压VOUT和斜坡电压VRAMP进行比较，并可将比较的结果提供给计数器530a。计数器530a可通过对循环的数量或次数进行计数直到斜坡电压VRAMP达到输出电压VOUT，来产生数字输出信号SDIGOUT。
在一些实施例中，模拟至数字转换器500a可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号SDIGOUT的参考转换操作，并且还可执行将感测电压加上参考电压VREF得到的电压转换为第二数字输出信号SDIGOUT的信号转换操作。在其他实施例中，模拟至数字转换器500a可仅执行信号转换操作，该信号转换操作使用作为参考点的参考电压VREF将感测电压加上参考电压VREF得到的电压转换为数字输出信号SDIGOUT。
在一些实施例中，多个偏移消除电路100a可分别位于单元阵列的多个列，包括一个比较器510a和一个计数器530a的单个模拟至数字转换器500a可将从所述多个列输出的多个输出电压VOUT顺序地转换为数字输出信号SDIGOUT。在其他实施例中，多个模拟至数字转换器500a可分别位于多个列。在另外的实施例中，多个比较器510a可分别位于多个列，一个计数器530a可被共享。在此情况下，模拟至数字转换器500a可包括分别位于多个列的多个锁存器(未示出)，多个锁存器可存储从共享的计数器530a输出的计数信号。在一些实施例中，模拟至数字转换器500a可包括存储与感测电压相应的计数信号的信号锁存器，或者可包括存储与参考电压VREF相应的计数信号的参考锁存器以及信号锁存器。
图13是用于描述图12的采样电路的操作的时序图。
参照图12和图13，当输出复位电压作为单元电压VC时，开关信号SWS可在预定时间段期间具有逻辑高电平。如果开关信号SWS具有逻辑高电平，则偏移消除电路100a的输出电压VOUT可具有与参考电压VREF的电压电平基本相同的电压电平。
如果输出数据电压作为单元电压VC，则偏移消除电路100a可输出第二电压作为输出电压VOUT，第二电压是感测电压VSIG加上参考电压VREF得到的电压。模拟至数字转换器500a可从偏移消除电路100a接收作为输出电压VOUT的第二电压，并且可从斜坡电压产生器(未示出)接收斜坡电压541。模拟至数字转换器500a可在预定时间段T1至T2期间使用作为参考点的参考电压将第二电压转换为数字输出信号SDIGOUT。因此，采样电路600a可产生与消除了偏移的有效信号成分相应的数字输出信号SDIGOUT。如上所述，采样电路600a可执行以模拟方式提取有效信号成分的模拟CDS。
图14是用于描述图12的采样电路的操作的时序图。
参照图12和图14，当输出复位电压作为单元电压VC时，开关信号SWS可在预定时间段期间具有逻辑高电平。如果开关信号SWS具有逻辑高电平，则偏移消除电路100a的输出电压VOUT可具有与参考电压VREF的电压电平基本相同的电压电平。模拟至数字转换器500a可从偏移消除电路100a接收作为输出电压VOUT的参考电压VREF，并且可从斜坡电压产生器(未示出)接收第一斜坡电压542。模拟至数字转换器500a可在预定时间段T1至T2期间将参考电压VREF转换为第一数字输出信号。
如果输出数据电压作为单元电压VC，则偏移消除电路100a可输出第二电压作为输出电压VOUT，第二电压是感测电压VSIG加上参考电压VREF得到的电压。模拟至数字转换器500a可从偏移消除电路100a接收作为输出电压VOUT的第二电压，并且可从斜坡电压产生器(未示出)接收第二斜坡电压543。模拟至数字转换器500a可在预定时间段T3至T4期间将第二电压转换为第二数字输出信号。包括采样电路600a的传感器装置可基于第一数字输出信号和第二数字输出信号提取与有效信号成分相应的数字值。
如上所述，通过执行参考转换操作“参考A/D”和信号转换操作“信号A/D”，采样电路600a可执行双CDS，双CDS不仅以模拟方式提取有效信号成分，而且将参考成分和信号成分分别转换为数字信号。因为参考转换操作“参考A/D”的输入可基本被固定到参考电压VREF，因此参考转换操作“参考A/D”可比信号转换操作“信号A/D”更迅速地被执行。
图15是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
除了共享的放大器132/510a被用作反馈电路130a的放大器132和模拟至数字转换器500a的比较器510a之外，图15的采样电路600b可与图12的采样电路600a具有基本类似的构造。
参照图15，共享的放大器132/510a不仅可作为反馈电路130a的放大器132进行操作，而且可作为模拟至数字转换器500a的比较器510a进行操作。当开关信号SWS具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器(未示出)或斜坡电压产生器(未示出)接收参考电压VREF，共享的放大器132/510a可作为反馈电路130a的放大器132进行操作。当模拟至数字转换器500a执行参考转换操作和/或信号转换操作时，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器或斜坡电压产生器接收斜坡电压VRAMP，共享的放大器132/510a可作为模拟至数字转换器500a的比较器510a进行操作。
尽管图15示出了采样电路600b包括单斜率ADC作为模拟至数字转换器500a，并且反馈电路130a和该单斜率ADC共享放大器132/510a的示例，但是在一些实施例中，采用电路600b可包括各种类型的ADC，例如，德尔塔-西格玛ADC、逐次逼近ADC、循环ADC、闪速ADC、流水线ADC、折叠ADC等，并且反馈电路130a可与各种类型的ADC共享放大器132/510a。
此外，尽管图15示出了模拟至数字转换器500a与反馈电路130a共享放大器132/510a的示例，但是在一些实施例中，采样电路600b可包括图6所示的作为缓冲器120b的放大器121b，模拟至数字转换器500a可与缓冲器120a共享该放大器。
图16是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
除了使用图7示出的反馈电路130b之外，图16的采样电路600c可与图15的采样电路600b具有基本类似的构造。
参照图16，共享的放大器132/510a不仅可作为反馈电路130b的放大器132进行操作，而且可作为模拟至数字转换器500a的比较器510a进行操作。当第一开关信号SWS1或第二开关信号SWS2具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器(未示出)或斜坡电压产生器(未示出)接收参考电压VREF，共享的放大器132/510a可作为反馈电路130b的放大器132进行操作。当模拟至数字转换器500a执行参考转换操作和/或信号转换操作时，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器或斜坡电压产生器接收斜坡电压VRAMP，共享的放大器132/510a可作为模拟至数字转换器500a的比较器510a进行操作。
以下，将在下面描述采样电路600c的操作。
当第二开关信号SWS2具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器或斜坡电压产生器接收参考电压VREF，放大器偏移电容器136可存储与共享的放大器132/510a的偏移VOFFFSET相应的电荷。可在输出复位电压之前或者在输出复位电压时执行这样的操作。
当输出复位电压作为单元电压VC时，第一开关信号SWS1和第三开关信号SWS3可在预定时间段期间具有逻辑高电平。当第一开关信号SWS1和第三开关信号SWS3具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器或斜坡电压产生器接收参考电压VREF，去耦电容器110可存储与第一电压V1(即，复位电压与参考电压VREF之间的电压差)相应的电荷。在一些实施例中，在去耦电容器110存储与第一电压V1相应的电荷之后，第一开关信号SWS1可具有逻辑高电平，第三开关信号SWS3可具有逻辑高电平，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器或斜坡电压产生器接收斜坡电压VRAMP。因此，模拟至数字转换器500a可执行参考转换操作。
当输出数据电压作为单元电压VC时，第三开关信号SWS3具有逻辑高电平，共享的放大器132/510a可从参考电压产生器或斜坡电压产生器接收斜坡电压VRAMP。共享的放大器132/510a可在反相输入端接收第二电压(即，感测电压加上参考电压VREF得到的电压)。因此，模拟至数字转换器500a可执行信号转换操作。
如上所述，根据示例实施例的采样电路600c可使用去耦电容器110和放大器偏移电容器136消除单位单元和放大器132/510a的偏移。此外，根据示例实施例的采样电路600c可通过执行模拟CDS或双CDS产生与有效信号成分相应的精确的数字输出信号SDIGOUT。此外，根据示例实施例的采样电路600c可共享放大器132/510a，从而减小采样电路600c的尺寸。
图17是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
参照图17，采样电路600d包括偏移消除电路100a和模拟至数字转换器500b。尽管图17示出了采样电路600d包括图4的偏移消除电路100a的示例，但是采样电路600d可包括图6的偏移消除电路100b或图7的偏移消除电路100c。
模拟至数字转换器500b可包括积分器、量化器530b、数字至模拟转换器540b、数字滤波器550b。模拟至数字转换器500b可将偏移消除电路100a的输出电压VOUT转换为数字输出信号SDIGOUT。当执行模拟至数字转换时，模拟至数字转换器500b可执行过采样和/或噪声整形。因此，量化噪声可被移至高频带，噪声可被降低。
积分器可对输出电压VOUT和从数字至模拟转换器540b输出的反馈信号之间的差进行积分。积分器可包括放大器510b、第一电容器511b、复位开关512b、开关电容器520b。放大器510b可具有：反相输入端，经由开关电容器520被施加输出电压VOUT与数字至模拟转换器540b的输出信号之差；非反相输入端，被施加参考电压VREF。第一电容器511b和复位开关512b可并联地连接在放大器510b的反相输入端和放大器510b的输出端之间。第一电容器511b可基于输出电压VOUT与数字至模拟转换器540b的输出信号之差存储电荷，复位开关512b可响应于复位信号RST对第一电容器511b放电。
开关电容器520b可包括第二电容器521b、第一开关522b、第二开关523b、第三开关524b、第四开关525b。第一开关522b可响应于第一相位开关信号PHI1控制偏移消除电路100a和第二电容器521b之间的连接，第二开关523b可响应于第二相位开关信号PHI2控制第二电容器521b和放大器510b之间的连接，第三开关524b可响应于第二相位开关信号PHI2控制数字至模拟转换器540b与第二电容器521b之间的连接，第四开关525b可响应于第一相位开关信号PHI1控制第二电容器521b和第二供电电压(例如，接地电压)之间的连接。当模拟至数字转换器500b执行参考转换操作或信号转换操作时，第一相位开关信号PHI1和第二相位开关信号PHI2可具有相反的相位，并且可周期性地从逻辑低电平转换为逻辑高电平或者从逻辑高电平转换为逻辑低电平。因此，第一开关522b和第四开关525b的接通以及第二开关523b和第三开关524b的断开，或者第一开关522b和第四开关525b的断开以及第二开关523b和第三开关524b的接通可被周期性地重复。执行这样的操作的开关电容器520b可用作电阻器。在一些实施例中，积分器可包括电阻器来代替开关电容器520b。
量化器530b可通过对积分器的输出信号进行量化来输出数字信号。在一些实施例中，从量化器530b输出的数字信号可具有单个比特或多个比特。数字至模拟转换器540b可通过将数字信号转换为模拟信号来产生反馈信号，并且可将反馈信号提供给积分器。数字滤波器550b可基于从量化器530b输出的数字信号来产生数字输出信号SDIGOUT。例如，数字滤波器550b可通过计算作为串行比特流的数字信号的均值来产生数字输出信号SDIGOUT。数字滤波器550b可去除带外量化噪声。
在一些实施例中，模拟至数字转换器500b可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号SDIGOUT的参考转换操作，并且可执行将感测电压加上参考电压VREF得到的第二电压转换为第二数字输出信号SDIGOUT的信号转换操作。在其他实施例中，模拟至数字转换器500b可仅执行使用作为参考点的参考电压VREF将第二电压转换为数字输出信号SDIGOUT的信号转换操作。
图18是用于描述图17的采样电路的操作的时序图。
参照图17和图18，当输出复位电压作为单元电压VC时，开关信号SWS可在预定时间段期间具有逻辑高电平。如果开关信号SWS具有逻辑高电平，则偏移消除电路100a的输出电压VOUT可具有与参考电压VREF的电压电平基本相同的电压电平。在一些实施例中，模拟至数字转换器500b可接收作为偏移消除电路100a的输出电压VOUT的参考电压VREF，并且可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号的参考转换操作“参考A/D”。复位信号RST可在预定时间段期间具有逻辑高电平，第一电容器511b可被放电。在参考转换操作“参考A/D”期间，第一相位开关信号PHI1和第二相位开关信号PHI2可具有相反的相位，并且可周期性地从逻辑低电平转换为逻辑高电平或者从逻辑高电平转换为逻辑低电平。
如果输出数据电压作为单元电压VC，则偏移消除电路100a可输出第二电压作为输出电压VOUT，第二电压是感测电压VSIG加上参考电压VREF得到的电压。模拟至数字转换器500a可从偏移消除电路100a接收作为输出电压VOUT的第二电压，并且可执行将第二电压转换为第二数字输出信号的信号转换操作“信号A/D”。包括采样电路600d的传感器装置可基于第一数字输出信号和第二数字输出信号提取与有效信号成分相应的数字值。
如上所述，采样电路600d可通过执行参考转换操作“参考A/D”和/或信号转换操作“信号A/D”来执行模拟CDS或双CDS。
图19是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
除了共享的放大器132/510b用作反馈电路130a’的放大器132和模拟至数字转换器500b的放大器510b，并且与图17的反馈电路130a相比，图19的反馈电路130a’还包括用于直接将缓冲器120a的输出信号施加到放大器132的开关137之外，图19的采样电路600e可与图17的采样电路600d具有基本类似的构造。
参照图19，共享的放大器132/510b不仅可作为反馈电路130a’的放大器132进行操作，而且还可作为模拟至数字转换器500b的放大器510b进行操作。当开关信号SWS具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510b可作为反馈电路130a’的放大器132进行操作。此外，当模拟至数字转换器500b执行参考转换操作和/或信号转换操作时，共享的放大器132/510b可作为模拟至数字转换器500b的放大器510b进行操作。
图20是示出根据示例实施例的采样电路的电路图。
除了使用图7的反馈电路130b之外，图20的采样电路600f可与图19的采样电路600e具有基本类似的构造。
参照图20，共享的放大器132/510b不仅可作为反馈电路130b的放大器132进行操作，而且还可作为模拟至数字转换器500b的比较器510b进行操作。当第一开关信号SWS1或第二开关信号SWS2具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510b可作为反馈电路130b的放大器132进行操作。此外，当模拟至数字转换器500b执行参考转换操作和/或信号转换操作时，共享的放大器132/510b可作为模拟至数字转换器500b的放大器510b进行操作。
以下，将在下面参照图20描述采样电路600f的操作。
当第二开关信号SWS2具有逻辑高电平时，共享的放大器132/510b可从参考电压产生器(未示出)或斜坡电压产生器(未示出)接收参考电压，放大器偏移电容器136可存储与共享的放大器132/510b的偏移VOFFSET相应的电荷。
在一些实施例中，可在第一开关信号SWS1具有逻辑高电平之前执行放大器偏移电容器136的充电操作。在其他实施例中，可基本紧接在模拟至数字转换器500b执行参考转换操作之前和/或基本紧接在模拟至数字转换器500b执行信号转换操作之前，执行放大器偏移电容器136的充电操作。在另外的其他实施例中，可在第一开关信号SWS1具有逻辑高电平之前以及在模拟至数字转换器500b执行参考转换操作和/或信号转换操作之前，执行放大器偏移电容器136的充电操作。
当输出复位电压作为单元电压VC时，第一开关信号SWS1可在预定时间段期间具有逻辑高电平。当第一开关信号SWS1可具有逻辑高电平时，去耦电容器110可存储与第一电压(对应于复位电压与参考电压VREF之间的电压差)相应的电荷。在一些实施例中，模拟至数字转换器500b可在去耦电容器110存储与第一电压相应的电荷之后执行参考转换操作。
当输出数据电压作为单元电压VC时，模拟至数字转换器500b可执行信号转换操作。
如上所述，采样电路600f可使用去耦电容器110和放大器偏移电容器136消除单位单元的偏移和放大器132/510b的偏移。此外，采样电路600f可通过执行模拟CDS或双CDS产生与有效信号成分相应的数字输出信号。此外，采样电路600f可使用共享的放大器132/510a，从而减小电路尺寸。
图21是示出根据示例实施例的对信号进行采样的方法的流程图。
参照图11和图21，采样电路600可从单位单元200接收复位电压(S410)。偏移消除电路100可存储与第一电压(对应于复位电压与参考电压VREF之间的电压差)相应的电荷(S430)。
采样电路600可从单位单元200接收数据电压(S450)。偏移消除电路100可输出第二电压(对应于数据电压与第一电压之间的电压差)作为输出电压VOUT(S470)。因此，偏移消除电路100可输出消除了单位单元200的偏移的第二电压。
模拟至数字转换器500可执行使用作为参考点的参考电压VREF将第二电压转换为数字输出信号SDIGOUT的信号转换操作(490)。如上所述，根据一些示例性实施例的采样电路600可执行以模拟方式提取有效信号成分的模拟CDS。
图22是示出根据示例实施例的对信号进行采样的方法的流程图。
参照图11和图22，采样电路600可从单位单元200接收复位电压(S410)。偏移消除电路100可存储与第一电压(对应于复位电压与参考电压VREF之间的电压差)相应的电荷(S430)。
模拟至数字转换器500可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号的参考转换操作(S440)。
采样电路600可从单位单元200接收数据电压(S450)。偏移消除电路100可输出第二电压(对应于数据电压与第一电压之间的电压差)作为输出电压VOUT(S470)。因此，偏移消除电路100可输出消除了单位单元200的偏移的第二电压。
模拟至数字转换器500可执行将第二电压转换为第二数字输出信号的信号转换操作。如上所述，根据其他示例性实施例的采样电路600可通过执行参考转换操作和信号转换操作来执行双CDS。
图23是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
参照图23，图像传感器700包括像素阵列710、偏移消除单元720、模拟至数字转换单元730、列扫描电路740、行扫描电路750、时序控制电路760。模拟至数字转换单元730可包括分别连接到像素阵列710的多条列线的多个模拟至数字转换器ADC_1、ADC_2、ADC_N。因此，图像传感器700可使用列ADC技术。
像素阵列710可包括多个单位像素。可以以包括多个行和多个列的矩阵形式来布置单位像素。每个单位像素可包括光电转换装置和信号产生电路。根据包括在信号产生电路中的晶体管的数量，单位像素可被分类为三晶体管像素、四晶体管像素、五晶体管像素、六晶体管像素等。像素阵列710可包括每行一条行线和每列一条列线。例如，在像素阵列710包括M×N(M、N均为大于1的整数)单位像素的情况下，像素阵列710可包括M条行线和N条列线。
行扫描电路750可通过行线控制像素阵列710的行地址以及行扫描，列扫描电路740可通过列线控制像素阵列710的列地址以及列扫描。在一些实施例中，在图像传感器700使用贝尔模板(bayer pattern)技术的情况下，像素阵列710的单位像素可分别接收红色光(R)、绿色光(G)、蓝色光(B)。在其他实施例中，像素阵列710的每个单元像素可分别接收品红色光(Mg)、黄色光(Y)、青色光(Cy)和/或白色光(W)。在一些实施例中，在图像传感器700可使用自动黑电平补偿(ADLC)技术的情况下，像素阵列710可包括在外围区域中的阻挡入射光的光学黑像素阵列(未示出)。
偏移消除单元720可包括分别连接到列线的多个偏移消除电路。偏移消除单元720可从像素阵列710接收作为多个单元电压VC_1、VC_2、VC_N的多个复位电压和多个数据电压，并且可将多个输出电压VOUT_1、VOUT_2、VOUT_N提供给模拟至数字转换单元730。偏移消除单元720可存储多个复位电压相对于参考电压的多个电压差，并且可基于所述多个数据电压和所述多个电压差产生多个输出电压VOUT_1、VOUT_2、VOUT_N。
模拟至数字转换单元730可包括分别列线的多个模拟至数字转换器ADC_1、ADC_2、ADC_N。模拟至数字转换单元730可执行参考转换操作和/或信号转换操作。模拟至数字转换单元730可由时序控制电路760控制，以执行参考转换操作和/或信号转换操作。可使用行扫描周期来执行参考转换操作和/或信号转换操作，在行扫描周期中，行扫描电路750选择像素阵列710的行线。
行扫描电路750可从时序控制电路760接收控制信号，以控制像素阵列710的行地址和行扫描。行扫描电路750可将用于激活选择的行线的信号施加到像素阵列710。在一些实施例中，行扫描电路750可包括：行解码器，选择像素阵列710的行线；行驱动器，提供用于激活选择的行线的信号。列扫描电路740可从时序控制电路760接收控制信号，以控制像素阵列710的列地址和列扫描。列扫描电路740可将模拟至数字转换单元730的数字输出信号输出到数字信号处理电路或外部主机。例如，列扫描电路740可将水平扫描控制信号输出到模拟至数字转换单元730，以顺序地选择模拟至数字转换器ADC_1、ADC_2、ADC_N中的至少一个。在一些实施例中，列扫描电路740可包括：列解码器，选择模拟至数字转换器ADC_1、ADC_2、ADC_N中的至少一个；列驱动器，将选择的模拟至数字转换器的输出施加到水平传输线。水平传输线可具有用于输出数字输出信号的各种比特带宽。
时序控制电路760可控制偏移消除单元720、模拟至数字转换单元730、列扫描电路740、行扫描电路750。时序控制电路760可将控制信号(例如，时钟信号、时序控制信号等)提供给偏移消除单元720、模拟至数字转换单元730、列扫描电路740、行扫描电路750。在一些实施例中，时序控制电路760可包括逻辑控制电路、锁相环电路、定时电路、通信接口电路等。尽管图23中没有示出，但是图像传感器700还可包括产生参考电压和/或斜坡电压的参考电压产生器。
图24是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
参照图24，图像传感器700a包括像素阵列710、偏移消除单元720、列扫描电路740、行扫描电路750、时序控制电路760、模拟复用器770、模拟至数字转换器780。除了模拟复用器770和模拟至数字转换器780之外，图24的图像传感器700a与图23的图像传感器700具有基本类似的构造。
模拟复用器770可顺序输出与通过多条列线接收的有效信号成分相应的模拟电压。模拟至数字转换单元780可包括单个模拟至数字转换器，该模拟至数字转换器将从模拟复用器770顺序输出的模拟电压转换为数字输出信号。即，图像传感器700a可使用利用一个模拟至数字转换器的单ADC技术。因为图像传感器700a包括一个用于转换多条列线的输出信号的模拟至数字转换器，因此可减小图像传感器700a的尺寸。
图25A至图25D是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的单位像素的电路图。
参照图25A，根据一些示例实施例的单位像素711a可包括感光装置PD、转移晶体管TX、浮动扩散(floating diffusion)节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DC、选择晶体管SX。
感光装置PD可基于入射光产生光电荷。在一些实施例中，感光装置PD可接收控制信号，以被接通或断开。在此情况下，当感光装置PD接通时，感光装置PD可产生光电荷，当感光装置PD断开时，感光装置PD不会产生光电荷。在一些实施例中，感光装置PD可包括光电二极管、光电晶体管、光栅、钉扎光电二极管或者它们的组合。
由感光装置PD产生的光电荷可通过转移晶体管TX的选通(gating)操作被转移到浮动扩散节点FD。例如，当转移控制信号TG具有第一电平(例如，高电平)时，转移晶体管TX可被导通，因此由光敏装置PD产生的光电荷可被转移到浮动扩散节点FD。
驱动晶体管DX可用作源极跟随器缓冲放大器，并且可缓冲与在浮动扩散节点FD中收集的电荷相应的信号。
选择晶体管SX可响应于选择控制信号SEL执行用于选择单位像素711a开关操作和寻址操作。
浮动扩散节点FD可被复位晶体管RX复位。例如，复位晶体管RX可响应于复位控制信号RS以用于CDS操作的固定周期来复位浮动扩散节点FD。
尽管图25A示出了包括一个感光装置PD和四个MOS晶体管TX、RX、DX和SX的单位像素711a，但是根据示例实施例的单位像素不限于此，例如，本发明构思可被应用于包括感光装置和至少三个晶体管的的任何电路。单位像素的其他示例实施例在图25B至图25D中被示出。
图25B的单位像素711b可以是包括感光装置PD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX(或源极跟随器晶体管)、选择晶体管SX的三晶体管像素。
图25C的单位像素711c可以是包括感光装置PD、转移晶体管TX、复位晶体管RX、驱动晶体管DX(或源极跟随器晶体管)、选择晶体管SX以及另一晶体管GX的五晶体管像素。
图25D的单位像素711d可以是包括感光装置PD、转移晶体管TX、复位晶体管RX、驱动晶体管DX(或源极跟随器晶体管)、选择晶体管SX以及另外两个晶体管GX和PX的六晶体管像素。
对于图25A至图25D中示出的各种类型的单位像素711a、711b、711c、711d，每个单位像素711a、711b、711c、711d可具有独立的结构，或者两个或三个单位像素可共享至少一个元件。例如，对于图25A的单位像素711a，两个或四个单位像素711a可共享浮动扩散节点FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX，所述两个或四个单位像素711a可通过时序控制独立地操作。
图26是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的单位像素和偏移消除电路的电路图，图27是用于描述图26中示出的单位像素和偏移消除电路的操作的时序图。
尽管图26示出了单位像素711a具有四晶体管结构的示例，但是根据示例实施例的图像传感器可包括各种类型的单位像素，例如，图25B中示出的三晶体管结构的单位像素711b、图25C示出的五晶体管结构的单位像素711c、图25D示出的六晶体管结构的单位像素711d等。
参照图26和图27，当复位控制信号RS具有逻辑高电平时，复位晶体管RX可被导通，单位像素711a可输出复位电压。当输出复位电压作为单元电压VC时，开关信号SWS可在预定时间段期间具有逻辑高电平。如果开关信号SWS具有逻辑高电平，则去耦电容器110可存储与复位电压和参考电压VREF之间的电压差相应的第一电压V1，偏移消除电路100a可输出具有与参考电压VREF的电压电平基本相同的电压电平的输出电压VOUT。在一些实施例中，图23的模拟至数字转换单元730或图24的模拟至数字转换单元780可从偏移消除电路100a接收作为输出电压VOUT的参考电压VREF，并且可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号的参考转换操作“参考A/D”。
如果转移控制信号TG具有逻辑高电平，则转移晶体管TX可被导通，由感光装置PD产生的光电荷可被转移到浮动扩散节点FD。单位像素711a可基于浮动扩散节点FD的电压经由驱动晶体管DX、选择晶体管SX和列线COL输出数据电压。如果输出数据电压作为单元电压VC，则偏移消除电路100a可输出第二电压(相应于数据电压和第一电压V1之间的电压差)作为输出电压VOUT。图23的模拟至数字转换单元730或者图24的模拟至数字转换单元780可从偏移消除电路100a接收作为输出电压VOUT的第二电压，并且可执行将第二电压转换为第二数字输出信号的信号转换操作“信号A/D”。
如上所述，包括单位像素711a和偏移消除电路100a的图像传感器可通过执行参考转换操作“参考A/D”和/或信号转换操作“信号A/D”来执行模拟CDS或双CDS。
图28是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的共享的单位像素和偏移消除电路的电路图，图29是用于描述图28中示出的共享的单位像素和偏移消除电路的操作的时序图。
参照图28，图像传感器包括共享的单位像素712，在共享的单位像素712中，复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX由两个单位像素共享。由于两个单位像素共享晶体管RX、DX、SX，因此感光装置PD占有的尺寸比率可增加，并且图像传感器的填充因数可增加。
参照图28和图29，如果复位控制信号RS具有逻辑高电平，则复位晶体管RX可被导通，共享的单位像素712可通过列线COL输出第一复位电压。随后，如果开关信号SWS具有逻辑高电平，则偏移消除电路100a可输出具有与参考电压VREF的电压电平基本相同的电压电平的输出电压VOUT。图23的模拟至数字转换单元730或图24的模拟至数字转换单元780可执行将参考电压VREF转换为第一数字输出信号的第一参考转换操作“参考A/D”。
如果第一转移控制信号TG1具有逻辑高电平，则第一转移晶体管TX1可被导通，由第一感光装置PD1产生的光电荷可被转移到浮动扩散节点FD。共享的单位像素712可基于浮动扩散节点FD的电压经由驱动晶体管DX、选择晶体管SX和列线COL输出第一数据电压。偏移消除电路100a可输出第一感测电压VSIG1加上参考电压VREF得到的电压作为输出电压VOUT。图23的模拟至数字转换单元730或者图24的模拟至数字转换单元780可执行将第一感测电压VSIG1加上参考电压VREF得到的电压转换为第二数字输出信号的第一信号转换操作“信号A/D”。
如果复位控制信号RS再次具有逻辑高电平，则复位晶体管RX可被导通，共享的单位像素712可通过列线COL输出第二复位电压。随后，如果开关信号SWS具有逻辑高电平，则偏移消除电路100a可输出具有与参考电压VREF的电压电平基本相同的电压电平的输出电压VOUT。图23的模拟至数字转换单元730或图24的模拟至数字转换单元780可执行将参考电压VREF转换为第三数字输出信号的第二参考转换操作“参考A/D”。
如果第二转移控制信号TG2具有逻辑高电平，则第二转移晶体管TX2可被导通，由第二感光装置PD2产生的光电荷可被转移到浮动扩散节点FD。共享的单位像素712可基于浮动扩散节点FD的电压经由驱动晶体管DX、选择晶体管SX和列线COL输出第二数据电压。偏移消除电路100a可输出第二感测电压VSIG2加上参考电压VREF得到的电压作为输出电压VOUT。图23的模拟至数字转换单元730或者图24的模拟至数字转换单元780可执行将第二感测电压VSIG2加上参考电压VREF得到的电压转换为第四数字输出信号的第二信号转换操作“信号A/D”。
如上所述，尽管两个或更多个单位像素共享晶体管RX、DX、SX，但是两个或更多个单位像素可通过时序控制独立地操作。
图30是示出根据示例实施例的包括在图像传感器中的共享的单位像素和偏移消除电路的电路图。
参照图30，图像传感器可包括共享的单位像素714，在共享的单位像素714中，复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX由四个单位像素共享。由于四个单位像素共享晶体管RX、DX、SX，因此感光装置PD占有的尺寸比率可增加，并且图像传感器的填充因数可增加。尽管四个单位像素共享晶体管RX、DX、SX，但是该四单位像素可通过时序控制独立地操作。
尽管图28和图30分别示出了两个单位像素和四个单位像素共享晶体管RX、DX、SX的示例，然而在一些实施例中，三个单位像素、或者五个或更多个单位像素可共享至少一个晶体管。
图31是示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
图31示出图像传感器700b的部分。参照图31，像素阵列710a可包括以包括多个行和多个列的矩阵形式布置的多个单位像素。像素阵列710a还可包括至少两个偏移消除电路阵列720_1和720_2，每个偏移消除阵列包括分别连接到多个列的多个偏移消除电路。例如，在像素阵列710a包括M×L(M和L均为大于1的整数)单位像素的情况下，像素阵列710a可包括L条第一列线COL_11、COL_12、COL_1L和L条第二列线COL_21、COL_22、COL_2L，第一偏移消除电路阵列720_1可包括分别连接到第一列线COL_11、COL_12、COL_1L的L个偏移消除电路，第二偏移消除电路阵列720_2可包括分别连接到第二列线COL_21、COL_22、COL_2L的L个偏移消除电路。
像素阵列710a的单位像素可连接到第一列线COL_11、COL_12、COL_1L和第二列线COL_21、COL_22、COL_2L，可基本同时读取两行的单位像素。例如，可通过第一列线COL_11、COL_12、COL_1L读取第一行的单位像素的单元电压，可通过第二列线COL_21、COL_22、COL_2L读取第二行的单位像素的单元电压。第一偏移消除电路阵列720_1可消除第一行的单位像素的单元电压的偏移，第二偏移消除电路阵列720_2可消除第二行的单位像素的单元电压的偏移。第一行的单位像素的单元电压可通过第一模拟至数字转换器阵列或一个第一模拟至数字转换器被转换为第一数字输出信号，第二行的单位像素的单元电压可通过第二模拟至数字转换器阵列或一个第二模拟至数字转换器被转换为第二数字输出信号。
尽管图31示出奇数行的单位像素连接到第一列线COL_11、COL_12、COL_1L，偶数行的单位像素连接到第二列线COL_21、COL_22、COL_2L，但是可以以各种方式来连接单位像素和列线。
图32是示出根据示例实施例的包括在图31的图像传感器中的单位像素和偏移消除电路的电路图。
参照图32，第一单位像素711_1可经由第一列线COL_1连接到第一偏移消除电路100_1，第二单位像素711_2可经由第二列线COL_2连接到第二偏移消除电路100_2。第一单位像素711_1和第二单位像素711_2可基本同时接收控制信号(例如，复位控制信号RS、转移控制信号TG、选择控制信号SEL)，并且可基本同时执行读取操作。
图33是示出根据示例实施例的包括在图31的图像传感器中的共享的单位像素和偏移消除电路的电路图。
参照图33，第一共享的单位像素712_1可经由第一列线COL_1连接到第一偏移消除电路100_1，第二共享的单位像素712_2可经由第二列线COL_2连接到第二偏移消除电路100_2。包括第一感光装置PD1和第一转移晶体管TX1的第一单位像素以及包括第三感光装置PD3和第三转移晶体管TX3的第三单位像素可通过共享第一复位晶体管RX1、第一驱动晶体管DX1、第一选择晶体管SX1形成第一共享的单位像素712_1。包括第二感光装置PD2和第二转移晶体管TX2的第二单位像素以及包括第四感光装置PD4和第四转移晶体管TX4的第四单位像素可通过共享第二复位晶体管RX2、第二驱动晶体管DX2、第二选择晶体管SX2形成第二共享的单位像素712_2。第一共享的单位像素712_1和第二共享的单位像素712_2可基本同时接收控制信号(例如，第一转移控制信号TG1、第二转移控制信号TG2、复位控制信号RS、选择控制信号SEL)，并且可基本同时执行读取操作。
图34是示出根据示例实施例的包括图像传感器的数字相机的框图。
参照图34，数字相机800包括镜头810、图像传感器820、电机单元830、引擎单元840。图像传感器820可以是图23的图像传感器700、图24的图像传感器700a或者图31的图像传感器700b。
镜头810可将入射光聚焦在图像传感器820的光接收区域。图像传感器820可基于入射光产生贝尔模板的RGB数据。该RGB数据可以是通过偏移消除电路或采样电路消除了偏移的数据。图像传感器820可响应于时钟信号CLK将RGB数据提供给引擎单元840。在一些实施例中，图像传感器820可使用移动产业处理器接口(MIPI)和/或相机串行接口(CSI)与引擎单元840进行接口连接。电机单元830可响应于从引擎单元840接收的控制信号CTRL控制镜头810的聚焦或可执行快门操作。引擎单元840可控制图像传感器820和电机单元830。引擎单元840可基于RGB数据产生包括亮度分量、亮度分量与蓝色分量之差、亮度分量与红色分量之差的YUV数据、或者可产生压缩数据(例如，联合图像专家组(JPEG)数据)。引擎单元840可连接到主机/应用850，并且可基于主时钟信号MCLK将YUV数据或压缩数据提供给主机/应用850。在一些实施例中，引擎单元840可使用串行外围接口(SPI)和/或内部集成电路(I2C)接口与主机/应用850进行接口连接。
图35是示出根据示例实施例的包括图像传感器的计算系统的框图。
参照图35，计算系统1000包括处理器1010、存储器装置1020、存储装置1030、输入/输出装置1040、电源1050、图像传感器1060。图像传感器1060可以是图23的图像传感器700、图24的图像传感器700a、或者图31的图像传感器700b。尽管在图35中没有示出，然而计算系统1000还可包括用于与电子装置(例如，视频卡、声卡、存储卡、USB装置等)通信的端口。
处理器1010可执行特定计算或任务。例如，处理器1010可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器等。处理器1010可经由地址总线、控制总线和/或数据总线与存储器装置1020、存储装置1030和输入/输出装置1040通信。处理器1010可连接到扩展总线(例如，外围组件互连(PCI)总线)。存储器装置1020可存储用于操作计算系统1020的数据。例如，存储器装置1020可通过动态随机存取存储器(DRAM)、移动DRAM、静态随机存取存储器(SDRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、聚合物随机存取存储器(PoRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)等来实现。存储装置1030可包括固态驱动器、硬盘驱动器、CD-ROM等。输入/输出装置1040可包括输入装置(例如，键盘、鼠标、键区等)和输出装置(打印机、显示装置等)。电源1050可向计算装置1000供电。
图像传感器1060可经由总线或其他通信链路连接到处理器1010。如上所述，图像传感器1060可使用偏移消除电路或采样电路产生精确的图像数据。图像传感器1060和处理器1010可集成在一个芯片中，或者可被实现为单独的芯片。计算系统1000可以是包括图像传感器1060的任何计算系统。例如，计算系统1000可包括数字相机、移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)等。
图36是示出在图35的计算系统中使用的接口的示例的框图。
参照图36，计算系统1100可使用或支持MIPI接口，并且可包括应用处理器1110、图像传感器1140、显示装置1050。应用处理器1110的CSI主机1112可使用相机串行接口(CSI)与图像传感器1140的CSI装置1141执行串行通信。在一些实施例中，CSI主机112可包括解串行化器DES，CSI装置1141可包括串行化器SER。应用处理器1110的DSI主机1111可使用显示器串行接口(DSI)与显示装置1150的DSI装置1151执行通信。在一些实施例中，DSI主机1111可包括串行化器SER，DSI装置1151可包括解串行化器DES。
计算系统1100还可包括射频(RF)芯片1160。应用处理器1110的PHY 1113可使用MIPI DigRF与RF芯片1160的PHY 1161执行数据传输。应用处理器1110的PHY 1113可包括用于控制与RF芯片1160的PHY 1161的数据传输的DigRF主机(DigRF master)1114。计算系统1100还可包括全球定位系统(GPS)1120、存储装置1170、麦克风1180、DRAM 1185、扬声器1190。计算系统1100可使用超宽带(UWB)通信1210、无线局域网(WLAN)通信1220、全球微波接入互操作性(WIMAX)通信1230等与外部装置通信。本发明构思可不限于图35和图36示出的计算系统1000和1100的构造或接口。
前面的叙述是示例实施例的示出，不应被解释为其限制。尽管已经描述了几个示例实施例，但是本领域的技术人员应该容易理解，在本质上不脱离本发明构思的独创教导和优点的情况下，可在示例实施例中进行多种修改。因此，所有这样的修改意在被包括在权利要求所限定的本发明构思的范围内。因此，将理解，前面的叙述是各种示例实施例的示出，不应被解释为限于公开的特定示例实施例，对公开的示例实施例的修改以及其他示例实施例意在包括在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种偏移消除电路，包括：
去耦电容器，具有第一电极和第二电极，第一电极连接到单位单元，单位单元被构造为基于单位单元的状态输出复位电压和数据电压之一；
缓冲器，连接到第二电极；
反馈电路，连接到第二电极和缓冲器的输出端，反馈电路被构造为接收参考电压，将参考电压提供给第二电极以将与第一电压相应的电荷存储到去耦电容器，第一电压与复位电压和参考电压之间的电压差相应，
其中,反馈电路包括：
放大器，具有被构造为接收参考电压的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端；
第一开关，连接在第二电极和所述放大器之间；
放大器偏移电容器，具有第三电极和第四电极，第三电极连接到所述放大器的反相输入端；
第二开关，连接在第四电极和缓冲器的输出端之间；
第三开关，连接在第四电极和所述放大器的非反相输入端之间；
第四开关，连接在所述放大器的反相输入端和所述放大器的输出端之间。
2.如权利要求1所述的偏移消除电路，其中，当单位单元输出数据电压时，缓冲器输出与数据电压和第一电压之间的电压差相应的第二电压。
3.如权利要求1所述的偏移消除电路，其中，缓冲器包括：
晶体管，具有连接到第二电极的栅极、连接到第一供电电压的漏极、连接到缓冲器的输出端的源极；
电流源，连接在缓冲器的输出端和第二供电电压之间。
4.如权利要求1所述的偏移消除电路，其中，缓冲器包括：
放大器，具有连接到第二电极的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端。
5.如权利要求1所述的偏移消除电路，其中，当单位单元输出复位电压时，第一开关在预定时间段期间将第二电极连接到所述放大器。
6.如权利要求1所述的偏移消除电路，其中，放大器偏移电容器存储与第三电压相应的电荷，其中，第三电压与所述放大器的输出电压和参考电压之间的电压差相应。
7.如权利要求1所述的偏移消除电路，其中，第一开关和第二开关能够响应于第一开关信号操作，
其中，第三开关和第四开关能够响应于第二开关信号操作。
8.一种采样电路，包括：
偏移消除电路，被构造为基于单位单元的状态从单位单元接收复位电压和数据电压之一，被构造为接收参考电压，并且包括去耦电容器，去耦电容器存储与第一电压相应的电荷，第一电压与复位电压和参考电压之间的电压差相应，偏移消除电路被构造为基于数据电压和第一电压产生第二电压；
模拟至数字转换器，被构造为执行信号转换操作，信号转换操作将第二电压转换为数字输出信号，
其中,去耦电容器具有第一电极和第二电极，第一电极连接到单位单元，其中，
偏移消除电路还包括：
缓冲器，连接到第二电极；
反馈电路，连接到第二电极和缓冲器的输出端，反馈电路被构造为接收参考电压，将参考电压提供给第二电极以将与第一电压相应的电荷存储到去耦电容器,
其中，反馈电路包括:
放大器，具有被构造为接收参考电压的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端；
第一开关，连接在第二电极和所述放大器之间；
放大器偏移电容器，具有第三电极和第四电极，第三电极连接到所述放大器的反相输入端；
第二开关，连接在第四电极和缓冲器的输出端之间；
第三开关，连接在第四电极和所述放大器的非反相输入端之间；
第四开关，连接在所述放大器的反相输入端和所述放大器的输出端之间。
9.如权利要求8所述的采样电路，其中，模拟至数字转换器还被构造为执行参考转换操作，参考转换操作将参考电压转换为参考数字输出信号。
10.如权利要求8所述的采样电路，其中，偏移消除电路和模拟至数字转换器共享放大器。
11.一种图像传感器，包括：
多个单位像素，以具有多个行和多个列的矩阵形式被布置，所述多个单位像素的每个被构造为基于各个单位像素的状态输出复位电压和数据电压之一；
多个偏移消除电路，连接到所述多个单位像素，所述多个偏移消除电路被构造为接收参考电压，并包括分别存储与多个第一电压相应的电荷的多个去耦电容器，每个第一电压与多个复位电压中的相应一个复位电压和参考电压之间的电压差相应，所述多个偏移消除电路被构造为分别基于多个数据电压和所述多个第一电压产生多个第二电压；
模拟至数字转换单元，被构造为将所述多个第二电压转换为多个数字输出信号，
其中,多个去耦电容器中的每个去耦电容器具有第一电极和第二电极，第一电极连接到单位单元，
其中，每个偏移消除电路还包括：
缓冲器，连接到第二电极；
反馈电路，连接到第二电极和缓冲器的输出端，反馈电路被构造为接收参考电压，将参考电压提供给第二电极以将与第一电压相应的电荷存储到去耦电容器,
其中，反馈电路包括:
放大器，具有被构造为接收参考电压的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端；
第一开关，连接在第二电极和所述放大器之间；
放大器偏移电容器，具有第三电极和第四电极，第三电极连接到所述放大器的反相输入端；
第二开关，连接在第四电极和缓冲器的输出端之间；
第三开关，连接在第四电极和所述放大器的非反相输入端之间；
第四开关，连接在所述放大器的反相输入端和所述放大器的输出端之间。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，模拟至数字转换单元包括分别连接到多个列的多个模拟至数字转换器，
其中，所述多个模拟至数字转换器被构造为同时将所述多个第二电压转换为所述多个数字输出信号。
13.如权利要求11所述的图像传感器，其中，模拟至数字转换单元包括一个模拟至数字转换器，
其中，模拟至数字转换器被构造为顺序地将所述多个第二电压转换为所述多个数字输出信号。
14.如权利要求11所述的图像传感器，其中，所述多个单位像素中的至少两个共享复位晶体管、驱动晶体管、选择晶体管中的至少一个。
15.如权利要求11所述的图像传感器，还包括：
多个另外的偏移消除电路，分别连接到所述多个列，
其中，所述多个单位像素的第一行和所述多个单位像素的第二行被构造为同时分别将多个数据电压输出到所述多个偏移消除电路和所述多个另外的偏移消除电路。
16.如权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个偏移消除电路和所述多个另外的偏移消除电路被构造为接收相同的参考电压。
17.一种偏移消除电路，包括：
去耦电容器，被构造为从单位单元接收输出电压，输出电压基于单位单元的状态是复位电压和数据电压之一；
缓冲器，具有输入端和输出端，输入端连接到去耦电容器；
反馈电路，被构造为连接在缓冲器的输出端和缓冲器的输入端之间，并且被构造为接收参考电压，
其中，缓冲器被构造为当单位单元的输出电压是参考电压时输出参考电压，缓冲器被构造为输出与数据电压减去从单位单元到缓冲器跨过去耦电容器的电压降相应的电压，
其中,反馈电路包括:
放大器，具有被构造为接收参考电压的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端；
第一开关，连接在去耦电容器和所述放大器之间；
放大器偏移电容器，具有第一电极和第二电极，第一电极连接到所述放大器的反相输入端；
第二开关，连接在第二电极和缓冲器的输出端之间；
第三开关，连接在第二电极和所述放大器的非反相输入端之间；
第四开关，连接在所述放大器的反相输入端和所述放大器的输出端之间。
18.如权利要求17所述的偏移消除电路，其中，缓冲器包括：
晶体管，具有与缓冲器的输入端相应的栅极、连接到第一供电电压的漏极、与缓冲器的输出端相应的源极；
电流源，连接在缓冲器的输出端和第二供电电压之间。
19.如权利要求17所述的偏移消除电路，其中，缓冲器包括：
放大器，具有与缓冲器的输入端相应的非反相输入端、连接到缓冲器的输出端的反相输入端。
CN201110391616.2A 2010-11-29 2011-11-23 偏移消除电路、采样电路以及图像传感器 Active CN102547151B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2010-0119676 2010-11-29
KR1020100119676A KR20120058057A (ko) 2010-11-29 2010-11-29 오프셋 제거 회로, 샘플링 회로 및 이미지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102547151A CN102547151A (zh) 2012-07-04
CN102547151B true CN102547151B (zh) 2016-09-21

Family

ID=46049961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110391616.2A Active CN102547151B (zh) 2010-11-29 2011-11-23 偏移消除电路、采样电路以及图像传感器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8659339B2 (zh)
JP (1) JP5930677B2 (zh)
KR (1) KR20120058057A (zh)
CN (1) CN102547151B (zh)
DE (1) DE102011087124A1 (zh)
TW (1) TWI520480B (zh)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061422A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 삼성전자주식회사 전압 합산 버퍼, 이를 포함하는 디지털-아날로그 컨버터 및 디스플레이 장치의 소스 드라이버
CN104412574B (zh) 2012-06-27 2017-12-12 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置
US9246436B2 (en) 2012-07-16 2016-01-26 Linear Technology Corporation Low power radio receiver
US9568985B2 (en) * 2012-11-23 2017-02-14 Mediatek Inc. Data processing apparatus with adaptive compression algorithm selection based on visibility of compression artifacts for data communication over camera interface and related data processing method
US8749425B1 (en) * 2012-12-20 2014-06-10 Broadcom Corporation Reference charge cancellation for analog-to-digital converters
KR102009189B1 (ko) * 2013-03-12 2019-08-09 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 2행 동시 독출 방법
KR102074944B1 (ko) * 2013-06-18 2020-02-07 삼성전자 주식회사 프로그래머블 이득 증폭기와 이를 포함하는 장치들
JP2015012303A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像装置および電子機器
US9319612B2 (en) * 2013-07-08 2016-04-19 Semiconductor Components Industries, Llc Imagers with improved analog-to-digital circuitry
JP2015050722A (ja) * 2013-09-04 2015-03-16 ソニー株式会社 信号出力回路および信号出力方法
JP5900536B2 (ja) 2013-09-30 2016-04-06 株式会社デンソー センサ信号検出装置
US9300297B2 (en) 2013-11-05 2016-03-29 Qualcomm Incorporated Reference-voltage-less pseudo-differential input circuitry
KR102178825B1 (ko) * 2013-11-15 2020-11-13 삼성전자 주식회사 픽셀 출력 레벨 제어 장치 및 이를 적용하는 이미지 센서
CN103873785B (zh) * 2014-03-26 2017-08-11 中国科学院光电技术研究所 一种低噪声电荷耦合器件前端模拟视频信号预处理装置
JP6324184B2 (ja) * 2014-04-18 2018-05-16 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、および光電変換装置の駆動方法
US9496840B2 (en) 2014-05-16 2016-11-15 Linear Technology Corporation Radio receiver
US9756420B2 (en) * 2015-01-19 2017-09-05 Texas Instruments Incorporated Duty-cycling microphone/sensor for acoustic analysis
JP2016144079A (ja) * 2015-02-03 2016-08-08 シャープ株式会社 放射線検出器および放射線撮像システム
JP6544070B2 (ja) * 2015-06-16 2019-07-17 株式会社リコー 光電変換素子、画像読取装置及び画像形成装置
US10156935B2 (en) * 2015-06-22 2018-12-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Touch screen controller, touch sensing device, and touch sensing method
KR102436418B1 (ko) * 2015-07-02 2022-08-25 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 전류 측정 방법
US10082916B2 (en) * 2015-07-08 2018-09-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Circuit for cancelling offset capacitance of capacitive touch screen panel and device including the same
US9571775B1 (en) * 2015-11-16 2017-02-14 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor power supply rejection ratio improvement through ramp generator in continuous time readout circuitry
JP2017126833A (ja) * 2016-01-12 2017-07-20 株式会社リコー 光電変換素子、画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法
EP3432565B1 (en) * 2016-03-16 2020-07-08 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion device, image reading device, and image forming device
JP6595704B2 (ja) * 2016-04-12 2019-10-23 オリンパス株式会社 ノイズ除去回路およびイメージセンサ
KR102502955B1 (ko) 2016-04-12 2023-02-27 에스케이하이닉스 주식회사 단위 픽셀 및 그 동작 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
US9967496B2 (en) * 2016-06-30 2018-05-08 Sony Corporation Active reset circuit for reset spread reduction in single-slope ADC
KR102514403B1 (ko) 2016-07-13 2023-03-29 에스케이하이닉스 주식회사 픽셀 신호 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
US9852783B1 (en) * 2016-09-23 2017-12-26 Qualcomm Technologies, Inc. Metal-oxide semiconductor (MOS) transistor offset-cancelling (OC), zero-sensing (ZS) dead zone, current-latched sense amplifiers (SAs) (CLSAs) (OCZS-SAs) for sensing differential voltages
KR102684972B1 (ko) * 2016-11-28 2024-07-16 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10580809B2 (en) * 2016-12-07 2020-03-03 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Image sensor with improved settling time
KR102083198B1 (ko) * 2018-04-14 2020-03-02 서울대학교산학협력단 옵셋을 조절하는 증폭기 및 옵셋 성분을 제거할 수 있는 센서
TW202005357A (zh) * 2018-05-25 2020-01-16 原相科技股份有限公司 改善像素感測效率的電路
JP7478968B2 (ja) * 2019-03-20 2024-05-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
KR102654905B1 (ko) * 2019-07-17 2024-04-05 에스케이하이닉스 주식회사 메모리 컨트롤러, 메모리 장치, 메모리 시스템 및 그들의 동작 방법
US11923815B2 (en) 2021-06-06 2024-03-05 Trieye Ltd. Electronic integration circuit having offset and collected charge reduction circuitries and associated methods

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1571167A (zh) * 2003-02-26 2005-01-26 精工电子有限公司 信号处理电路、图像传感器ic和信号处理方法
CN1917374A (zh) * 2005-07-06 2007-02-21 索尼株式会社 模拟/数字转换装置及半导体装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3008657B2 (ja) 1992-03-04 2000-02-14 ソニー株式会社 増幅型固体撮像装置
US5898395A (en) * 1997-04-08 1999-04-27 Aphex Systems, Ltd. Drift canceling method and apparatus for analog to digital converters
CA2233527C (en) * 1998-03-30 2002-01-22 Mitel Semiconductor Ab Pulse amplifier with low-duty cycle errors
JP3844699B2 (ja) * 2001-02-19 2006-11-15 イノテック株式会社 可変利得アンプ
JP3969190B2 (ja) * 2002-05-30 2007-09-05 ソニー株式会社 撮像信号処理方法、撮像信号処理装置、撮像装置
US7088147B2 (en) * 2003-04-16 2006-08-08 Cirrus Logic, Inc. Sample and hold circuits and methods with offset error correction and systems using the same
US7936388B2 (en) 2003-12-11 2011-05-03 Advasense Technologies (2004) Ltd. Apparatus and a method for low noise sensing
US7773134B2 (en) * 2004-03-15 2010-08-10 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. System and method for canceling dark photocurrent in a color sensor circuit
JP2007060350A (ja) 2005-08-25 2007-03-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd イメージセンサ
JP2008124713A (ja) 2006-11-10 2008-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd アナログ信号処理回路および撮像装置
JP5191214B2 (ja) * 2006-12-21 2013-05-08 セイコーインスツル株式会社 コンパレータ回路
JP2012147164A (ja) * 2011-01-11 2012-08-02 Olympus Corp 固体撮像装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1571167A (zh) * 2003-02-26 2005-01-26 精工电子有限公司 信号处理电路、图像传感器ic和信号处理方法
CN1917374A (zh) * 2005-07-06 2007-02-21 索尼株式会社 模拟/数字转换装置及半导体装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011087124A1 (de) 2012-05-31
TW201223138A (en) 2012-06-01
KR20120058057A (ko) 2012-06-07
US8659339B2 (en) 2014-02-25
JP5930677B2 (ja) 2016-06-08
US20120133800A1 (en) 2012-05-31
TWI520480B (zh) 2016-02-01
JP2012120168A (ja) 2012-06-21
CN102547151A (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102547151B (zh) 偏移消除电路、采样电路以及图像传感器
US9185316B2 (en) Data sampler, data sampling method, and photo detecting apparatus including data sampler that minimizes the effect of offset
US9848141B2 (en) Image pixels having processed signal storage capabilities
KR20120022034A (ko) 픽셀 데이터의 고속 출력을 위한 이미지 센서
CN101296305B (zh) 固态成像设备、其信号处理方法和成像装置
US10015423B2 (en) Image sensor and a method of operating the same
US10205905B2 (en) Image sensor having multiple operation modes
US20140267861A1 (en) Image sensors
CN102238344A (zh) 固态成像器件、其驱动方法和相机系统
KR20140047494A (ko) 서브픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이미지 센싱 시스템
US20150029355A1 (en) Image sensors and imaging devices including the same
CN111787250B (zh) 比较器电路、图像感测装置及方法
CN110035242B (zh) 包括在图像传感器中的像素阵列和图像传感器
CN210694150U (zh) 图像传感器
KR20120118348A (ko) 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이들의 제조 방법
CN104243868B (zh) 高分辨率cmos图像传感器
US11284026B2 (en) Image sensor
CN106973245A (zh) 影像感测器及使用其的影像撷取装置
CN110248125B (zh) 图像传感器、包括其的电子系统及其操作方法
KR102210513B1 (ko) 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치
CN102316285A (zh) 固态成像设备和照相系统
US9769402B2 (en) Image sensor for reducing horizontal noise and method of driving the same
US11445142B2 (en) Digital correlated double sampling circuit and image sensor including the same
US20210313363A1 (en) Image sensing device
US20220182565A1 (en) Image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant