CN102572325B - 模数转换器、图像传感器系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种模数转换器、图像传感器系统及其操作方法。模数转换器(ADC)可包括：多输入比较单元，被配置以将来自图像传感器的像素电压、包括在ADC操作的粗略模式期间修改的阶梯电压的比较电压以及包括在ADC操作的精细模式期间修改的斜坡电压进行比较，以提供指示与斜坡电压组合的比较电压大于像素电压还是小于像素电压的比较结果信号；选择控制信号产生单元可接收比较结果信号和指示ADC操作在粗略模式或者精细模式下的模式控制信号，以提供允许在粗略模式下修改比较电压以及在精细模式下保持比较电压不变的选择控制信号；参考电压选择单元可接收控制比较电压的修改的选择控制信号。

Description

模数转换器、图像传感器系统及其操作方法

本申请要求于2010年11月9日提交到韩国知识产权局(KIPO)的第10-2010-0110860号韩国专利申请的优先权，该申请的内容全部公开于此以资参考。

技术领域

本发明构思涉及电子学领域，更具体地讲，涉及模数转换器。

背景技术

典型地，图像传感器可包括模数转换器，该模数转换器将从单位像素(unitpixel)输出的模拟信号(即，像素输出电压)转换为数字信号。详细地，模数转换器可通过将像素输出电压与斜坡电压进行比较并且对时钟信号进行计数直到斜坡电压等于像素输出电压为止，来将模拟信号转换为数字信号。然而，由于传统模数转换器可使用多个斜坡电压或者包括采样电容器，因此可发生各种问题，诸如功耗过大、偏移失配和斜坡电压斜率失配。因此，具有传统模数转换器的图像传感器可能不会产生高质量图像。

发明内容

根据本发明构思的实施例可提供模数转换器、图像传感器系统及其操作方法。根据这些实施例，模数转换器(ADC)可包括：多输入比较单元，被配置以将来自图像传感器的像素电压、包括在ADC操作的粗略模式期间修改的阶梯电压的比较电压以及包括在ADC操作的精细模式期间修改的斜坡电压的斜坡电压进行比较，以提供指示与斜坡电压组合的比较电压大于像素电压还是小于像素电压的比较结果信号；选择控制信号产生单元，可接收比较结果信号和指示ADC操作在粗略模式或者精细模式下的模式控制信号，以提供允许在粗略模式下修改比较电压以及在精细模式下保持比较电压不变的选择控制信号；参考电压选择单元，可接收控制比较电压的修改的选择控制信号。

在根据本发明构思的一些实施例中，多输入比较单元还被配置以将像素电压、比较电压、斜坡电压以及包括在粗略模式期间彼此提供的初始比较电压的斜坡初始电压进行比较。在根据本发明构思的一些实施例中，ADC可还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：可接收比较结果信号的计数器电路，被配置以在粗略模式期间和在精细模式期间确定表示像素值的比特数；最高有效位(MSB)存储器电路被配置以存储表示在粗略模式期间确定的像素值的第一部分的多个MSB；最低有效位(LSB)存储器电路可被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；组合器电路可被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号。

在根据本发明构思的一些实施例中，ADC可还包括：相关双采样单元，与多输入比较单元耦接并且可被配置以通过从与复位电压对应的第一数字信号中减去与转换电压对应的第二数字信号来产生数字信号。在根据本发明构思的一些实施例中，ADC可还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元可包括：计数器电路，接收比较结果信号以确定表示像素值的比特数；最高有效位(MSB)存储器电路，被配置以存储表示在粗略模式期间确定的像素值的第一部分的多个MSB；最低有效位(LSB)存储器电路，被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；组合器，可被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号。

在根据本发明构思的一些实施例中，ADC可还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：计数器电路，仅操作在精细模式下并且接收比较结果信号以确定表示像素值的比特数；最高有效位(MSB)存储器电路，被配置以存储表示像素值的第一部分的多个MSB；最低有效位(LSB)存储器电路，被配置以存储表示由计数器电路确定的像素值的第二部分的多个LSB；组合器，被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号；并且ADC还可包括：MSB产生单元，被配置以接收比较结果信号以使用逐次逼近来产生MSB，其中，MSB被提供给数字信号产生单元以存储在最高有效位MSB存储器电路中。

在根据本发明构思的一些实施例中，ADC还可包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：计数器电路，可接收比较结果信号以在精细模式期间确定表示像素值的比特数；最高有效位(MSB)存储器电路，可被配置以存储表示在粗略模式期间确定的像素值的第一部分的多个MSB；最低有效位(LSB)存储器电路，可被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；组合器，可被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号。

在根据本发明构思的一些实施例中，选择控制信号产生单元可被配置以存储指示在粗略模式期间产生的比较电压用作最终比较电压的值，ADC还可包括数字信号产生单元和MSB产生单元，其中，数字信号产生单元包括：计数器电路，可接收比较结果信号以在精细模式期间确定表示像素值的比特数；最高有效位(MSB)存储器电路，可被配置以存储表示像素值的第一部分的多个MSB；最低有效位(LSB)存储器电路，可被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；组合器，可被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号，其中，MSB产生单元被配置以将所述值应用到查找表以将该值与MSB映射，其中，MSB被提供给数字信号产生单元以存储在最高有效位MSB存储器电路中。

在根据本发明构思的一些实施例中，参考电压选择单元可包括：移位寄存器电路，可被配置以加载与初始比较电压相应的初始移位寄存器值并且配置以响应于选择控制信号将初始移位寄存器值移位，以提供与各阶梯的比较电压相应的开关控制信号的序列；比较电压开关，每个比较电压开关可被配置以响应于开关控制信号进行操作，以选择性地提供各个阶梯比较电压作为比较电压。

在根据本发明构思的一些实施例中，可通过将来自图像传感器的像素电压、包括在ADC操作的粗略模式期间修改的阶梯电压的比较电压以及包括在ADC操作的精细模式期间修改的斜坡电压的斜坡电压彼此进行比较，以提供指示与斜坡电压组合的比较电压大于像素电压还是小于像素电压的比较结果信号来提供一种操作ADC电路的方法。当接收到比较结果信号和指示ADC操作在粗略模式或者精细模式下的模式控制信号时，可产生选择控制信号以允许在粗略模式下修改比较电压以及在精细模式下保持比较电压不变。可响应于选择控制信号来修改比较电压。

根据本发明构思的其他实施例也在这里进行描述。

附图说明

图1是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

图2是示出在图1的模数转换器中的多输入比较单元的示例的框图。

图3是示出图2的多输入比较单元的示例的电路图。

图4是示出在图1的模数转换器中的多输入比较单元的另一示例的框图。

图5是示出在图1的模数转换器中的选择控制信号产生单元的示例的框图。

图6是示出在图1的模数转换器中的参考电压选择单元的示例的框图。

图7是示出在图1的模数转换器中的数字信号产生单元的示例的框图。

图8是示出图1的模数转换器在粗略比较模式下的操作的流程图。

图9是示出图1的模数转换器在精细比较模式下的操作的流程图。

图10是示出图1的模数转换器的操作的示例的时序图。

图11是示出图1的模数转换器的操作的另一示例的时序图。

图12是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

图13是示出在图12的模数转换器中的相关双采样单元的示例的电路图。

图14是示出在图12的模数转换器中的斜坡偏移消除单元的示例的电路图。

图15是示出在图12的模数转换器中的相关双采样单元和斜坡偏移消除单元的示例的电路图。

图16是示出图12的模数转换器的操作的流程图。

图17是示出图12的模数转换器的操作的示例的时序图。

图18是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

图19是示出在图18的模数转换器中基于二叉搜索树算法确定所选择的参考电压的示例的示图。

图20是示出在图18的模数转换器中计算最高有效位的示例的框图。

图21是示出图18的模数转换器的操作的示例的时序图。

图22是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

图23是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

图24是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

图25是示出根据一些示例实施例的将模拟信号转换为数字信号的方法的流程图。

图26是示出根据一些示例实施例的具有模数转换器的图像传感器的框图。

图27是示出在图26的图像传感器的有源像素阵列中的单位像素的电路图。

图28是示出具有图27的图像传感器的电子装置的示例的框图。

图29是示出用于图28的电子装置的接口的示例的框图。

具体实施方式

下文将参照显示一些示例实施例的附图来更全面地描述各种示例实施例。然而，可以以许多不同形式来实施本发明构思并且本发明构思不应被解释为受限于这里阐述的示例实施例。然而，提供这些示例实施例以便本公开将是彻底和完整的，并且将本发明构思的范围全部转达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚，可放大层和区域的大小以及相对大小。相同的标号始终表示相同的元件。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等在这里可被使用以描述各种元件，这些元件不应由这些术语来限制。这些术语用于将一个元件与另一元件区分。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件可能被称为第二元件。如这里所使用，术语“和/或”包括一个或多个的相关所列项目的任何组合或所有组合。

将理解，当元件被称为与另一元件“连接”或“耦接”时，该元件可与另一元件直接连接或耦接，或者可存在中间元件。相反，当元件被称为与另一元件“直接连接”或“直接耦接”时，不存在中间元件。应该以类似的方式(例如，“之间”相对“直接之间”，“相邻”相对“直接相邻”)来解释用于描述元件之间的关系的其他词语。

这里使用的术语仅是用于描述特定示例实施例的目的并且不意于限制本发明构思。如这里所使用，除非上下文清楚地指明，否则，单数形式意于也包括复数形式。还将理解，当在说明书中使用术语“包括”时，术语“包括”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

除非有相反限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还将理解，除非这里有清楚限定，否则术语(诸如常用字典中限定的那些术语)应被解释为具有与现有技术的上下文中的含义一致的含义，并且不将以理想化或过度形式来解释。

图1是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

参照图1，模数转换器100可包括参考电压选择单元120、多输入比较单元140、选择控制信号产生单元160和数字信号产生单元180。

参考电压选择单元120可通过基于选择控制信号SCS选择参考电压之一来输出所选择的参考电压CV(这里有时被称为比较电压)。详细地，当用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS被输入时，参考电压选择单元120可改变所选择的参考电压CV，而当用于维持所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS被输入时，参考电压选择单元120可不改变所选择的参考电压CV。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS可被输入，在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束以前，用于维持选择的参考电压CV的选择控制信号SCS可被输入。参考电压选择单元120可在粗略比较模式下基于比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性的第一时间点来确定最终参考电压FCV。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束以前，参考电压选择单元120可维持最终参考电压FCV。例如，参考电压选择单元120在第一时间点可将最终参考电压FCV确定为所选择的参考电压CV。在一个示例实施例中，参考电压选择单元120可包括参考电压控制块和参考电压输出块。参考电压控制块可基于选择控制信号SCS来产生用于选择所选择的参考电压CV的输出控制信号。参考电压输出块可基于输出控制信号来输出参考电压之一。可通过具有多个串联的触发器的移位寄存器来实现参考电压控制块。可通过用于选择参考电压之一的多个开关来实现参考电压输出块。在这种情况下，用于更新选择参考电压CV的选择控制信号SCS可对应于通过让时钟信号CLK通过而产生的信号，用于维持选择参考电压CV的选择控制信号SCS可对应于通过阻止时钟信号CLK而产生的信号。然而，参考电压选择单元120的实现方式不限于此。

在一个示例实施例中，参考电压可包括第一至第n参考电压。这里，n是大于1的整数。随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)可增加预定电压。例如，第二参考电压可比第一参考电压高出预定电压，第三参考电压可比第二参考电压高出预定电压，第n参考电压可比第(n-1)参考电压高出预定电压。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，参考电压选择单元120可顺序输出参考电压(即，第一至第n参考电压)作为所选择的参考电压CV。此外，在粗略比较模式下基于第一时间点确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束以前，参考电压选择单元120可输出最终参考电压FCV。也就是，所选择的参考电压CV可阶梯式地增加，并在第一时间点可被确定为最终参考电压FCV。在粗略比较模式下，斜坡电压RV可维持为斜坡初始电压RIV，并且在精细比较模式下，斜坡电压RV可以按照预定斜率增加。在一个示例实施例中，在精细比较模式下，斜坡电压RV可按照预定斜率增加预定电压的整数倍。如上所述，可基于比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性的第一时间点来确定最终参考电压FCV。例如，当比较结果信号CRS的极性从第一极性(例如，负极性)改变为第二极性(例如，正极性)，同时第m参考电压被选作为所选择的参考电压CV时，第m参考电压在第一时间点可被确定为最终参考电压FCV。

在另一示例实施例中，参考电压可包括第一至第n参考电压。这里，n是大于1的整数。随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)可减小预定电压。例如，第二参考电压可比第一参考电压低预定电压，第三参考电压可比第二参考电压低预定电压，第n参考电压可比第(n-1)参考电压低预定电压。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，参考电压选择单元120可顺序输出参考电压(即，第一至第n参考电压)作为所选择的参考电压CV。此外，在粗略比较模式下基于第一时间点确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束之前，参考电压选择单元120可输出最终参考电压FCV。也就是，所选择的参考电压CV可阶梯式地减小，并在第一时间点可被确定为最终参考电压FCV。在粗略比较模式下，斜坡电压RV可维持为斜坡初始电压RIV，而在精细比较模式下，斜坡电压RV可以按照预定斜率减小。在一个示例实施例中，在精细比较模式下，斜坡电压RV可按照预定斜率减小预定电压的整数倍。如上所述，可基于比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性的第一时间点来确定最终参考电压FCV。例如，当比较结果信号CRS的极性从第一极性(例如，正极性)改变为第二极性(例如，负极性)，同时第m参考电压被选作为所选择的参考电压CV时，第m参考电压在第一时间点可被确定为最终参考电压FCV。

多输入比较单元140可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。多输入比较单元140可包括用于接收所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV的输入端子。如上所述，所选择的参考电压CV阶梯式地增加或减小，并且从比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性的第一时间点，可被选作为最终参考电压FCV。在粗略比较模式下，斜坡电压RV可维持为斜坡初始电压RIV，并且在精细比较模式下，斜坡电压RV可按照预定斜率增加或减小预定电压的整数倍。在一个示例实施例中，多输入比较单元140可包括第一计算块、第二计算块和放大块。第一计算块可产生所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差。第二计算块可产生斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差。放大块可通过放大第一电压差和第二电压差之间的差来产生比较结果信号CRS。例如，多输入比较单元140可使用下面的[表达式1]来产生比较结果信号CRS。

[表达式1]

CRS＝A(CV-PV+RIV-RV)

(这里，CRS表示比较结果信号，A表示放大块的电压增益，CV表示所选择的参考电压，PV表示像素输出电压，RIV表示斜坡初始电压，RV表示斜坡电压。)

模数转换器100可通过基于一个斜坡电压RV操作粗略比较模式和精细比较模式的双重模式来将模拟信号(即，像素输出电压PV)转换为数字信号。这里，粗略比较模式可对应于比较模式信号SC具有第一逻辑电平的时间段，精细比较模式可对应于比较模式信号SC具有第二逻辑电平的时间段。当多输入比较单元140在粗略比较模式下产生比较结果信号CRS时，由于斜坡电压RV被维持为斜坡初始电压RIV，斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差可以是0。因此，粗略比较模式下的比较结果信号CRS可主要取决于所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差。

当多输入比较单元140在精细比较模式下产生比较结果信号CRS时，所选择的参考电压CV与像素输出电压PV之间的第一电压差可具有通过从最终参考电压FCV减去像素输出电压PV而产生的常数值。也就是，在精细比较模式下，像素输出电压PV可以固定，并且所选择的参考电压CV可被维持为最终参考电压FCV。因此，精细比较模式下的比较结果信号CRS可主要取决于斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差。

选择控制信号产生单元160可基于比较结果信号CRS和比较模式信号SC来产生选择控制信号SCS。如上所述，粗略比较模式可对应于比较模式信号SC具有第一逻辑电平的时间段，精细比较模式可对应于比较模式信号SC具有第二逻辑电平的时间段。详细地，在基于比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性的第一时间点确定最终参考电压FCV以前，选择控制信号产生单元160可输出用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS。在基于第一时间点确定最终参考电压FCV(即，在第一时间点的所选择的参考电压CV)之后在精细比较模式结束以前，选择控制信号产生单元160可输出用于维持最终参考电压FCV的选择控制信号SCS。在一个示例实施例中，可通过逻辑元件(例如，AND门)来实现选择控制信号产生单元160。逻辑元件可通过对比较结果信号CRS、时钟信号CLK和比较模式信号SC执行逻辑操作来产生选择控制信号SCS。例如，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)可减小预定电压时，选择控制信号产生单元160可在粗略比较模式下比较结果信号CRS的极性从第一极性(例如，正极性)改变为第二极性(例如，负极性)的第一时间点以前，产生用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS(例如，通过让时钟信号CLK通过)，并且选择控制信号产生单元160可在基于第一时间点确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束以前，产生用于维持最终参考电压FCV的选择控制信号SCS(例如，通过阻止时钟信号CLK)。

数字信号产生单元180可通过基于比较结果信号CRS对时钟信号CLK进行计数(即，时钟信号计数方法)来产生与像素输出电压PV相应的数字信号DS。例如，数字信号产生单元180可以是具有至少一个计数器块和至少一个存储器块的计数器锁存单元。这里，可由多个存储装置(诸如，锁存器、触发器等)来实现存储器块。然而，存储装置的实现方式不限于此。

模数转换器100可以在双重模式(即，粗略比较模式和精细比较模式)下操作。因此，数字信号产生单元180可在粗略比较模式下在比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性(即，第一时间点)以前，通过对时钟信号CLK进行计数来计算最高有效位(MSB)，并且可在精细比较模式下在比较结果信号CRS的极性从第二极性改变为第一极性(即，第二时间点)之后，通过对时钟信号CLK进行计数来计算最低有效位(LSB)，并且数字信号产生单元180可通过将MSB和LSB进行求和来产生数字信号DS。然后，可通过数字信号处理(DSP)电路来将数字信号DS显示为图像。在一个示例实施例中，数字信号产生单元180可包括计数器块、第一存储器块、第二存储器块以及求和块。计数器块可通过基于比较结果信号CRS对时钟信号CLK进行计数来计算MSB和LSB。在粗略比较模式下，第一存储器块可存储MSB。在精细比较模式下，第二存储器块可存储LSB。

求和块可通过对MSB和LSB进行求和来输出数字信号DS。例如，计数器块可对时钟信号CLK进行计数，以从粗略比较模式的开始时间点到粗略比较模式下的第一时间点产生MSB。此外，计数器块可对时钟信号CLK进行计数，以从精细比较模式下的第二时间点到精细比较模式的结束时间点产生LSB。MSB和LSB可被分别存储在第一存储器块和第二存储器块。求和块可通过对MSB和LSB进行求和来输出数字信号DS。

由于模数转换器100使用一个斜坡电压RV，因此模数转换器100可防止偏移失配和斜坡电压斜率失配，并且由于模数转换器100包括多输入比较器140而不包括采样电容器，因此模数转换器100可防止(或减小)时间噪声以及不必要的功耗。由于在参考电压选择单元120、多输入比较器140、选择控制信号产生单元160和数字信号产生单元180之间(即，形成回路)执行反馈操作，因此模数转换器100可使用一个斜坡电压RV来操作双重模式(即粗略比较模式和精细比较模式)。其结果是，具有模数转换器100的图像传感器可产生高质量图像。此外，模数转换器100可具有如图1所示的简单结构。因此，尽管图像传感器中的帧率、位分辨率和单位像素的数量可被增加，但是模数转换器100可减小功耗以及信号转换时间。在具有模数转换器100的图像传感器中，模数转换器100的数量可以与耦接有源像素阵列的列线(columnline)的数量相同。此外，列线可分别与模数转换器100耦接。

图2是示出在图1的模数转换器中的多输入比较单元的示例的框图。

参照图2，多输入比较单元140可包括第一计算块142、第二计算块144和放大块146。如上所述，多输入比较单元140可在粗略比较模式下基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS，并且多输入比较单元140可在精细比较模式下基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。

第一计算块142可接收所选择的参考电压CV和像素输出电压PV，并可产生所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差FDS。在一个示例实施例中，可通过逻辑元件(诸如，减法元件)来实现第一计算块142。然而，第一计算块142的实现方式不限于此。第二计算块144可接收斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV，并可产生斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差SDS。在一个示例实施例中，可通过逻辑元件(诸如，减法元件)来实现第二计算块144。然而，第二计算块144的实现方式不限于此。如上所述，在粗略比较模式下，斜坡电压RV可被维持为斜坡初始电压RIV。因此，第二电压差SDS可对应于0。在精细比较模式下，第二电压差SDS的大小可增加。放大块146可接收从第一计算块142输出的第一电压差FDS和从第二计算块144输出的第二电压差SDS，并且可通过放大第一电压差FDS和第二电压差SDS之间的差来产生比较结果信号CRS。模数转换器100可使用一个斜坡电压RV来操作双重模式(即粗略比较模式和精细比较模式)。详细地，多输入比较单元140可在粗略比较模式下基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV来输出比较结果信号CRS，并且多输入比较单元140可在精细比较模式下基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV来输出比较结果信号CRS。

在粗略比较模式下，由于斜坡电压RV与斜坡初始电压RIV相同，因此第二电压差SDS可以是0。因此，在粗略比较模式下，多输入比较单元140可通过放大第一电压差FDS来产生比较结果信号CRS，并且可基于在第一时间点的比较结果信号CRS来确定最终参考电压FCV。在精细比较模式下，多输入比较单元140可通过放大第一电压差FDS和第二电压差SDS之间的差来产生比较结果信号CRS，并可基于比较结果信号CRS来检测像素输出电压PV的电压电平。如上所述，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)增加预定电压时，斜坡电压RV在粗略比较模式下可被维持为斜坡初始电压RIV，并且斜坡电压RV在精细比较模式下可按照预定斜率增加预定电压的整数倍。此外，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)减小预定电压时，斜坡电压RV在粗略比较模式下可被维持为斜坡初始电压RIV，并且斜坡电压RV在精细比较模式下可按照预定斜率减小预定电压的整数倍。模数转换器100可基于一个斜坡电压RV在包括粗略比较模式和精细比较模式的双重模式下操作。其结果是，模数转换器100可防止(或减小)偏移失配和斜坡电压斜率失配，并且可防止(或减小)由于采样电容器导致的时间噪声和不必要的功耗。

图3是示出图2的多输入比较单元的示例的电路图。

参照图3，多输入比较单元140可包括第一P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管PM1、第二PMOS晶体管PM2、第一N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管NM1、第二NMOS晶体管NM2、第三NMOS晶体管NM3、第四NMOS晶体管NM4、第五NMOS晶体管NM5和第六NMOS晶体管NM6。

第一PMOS晶体管PM1的源极可与电源电压VDD耦接，第一PMOS晶体管PM1的栅极可与第二PMOS晶体管PM2的栅极耦接，并且第一PMOS晶体管PM1的漏极可与输出节点OUT耦接。第二PMOS晶体管PM2的源极可与电源电压VDD耦接，第二PMOS晶体管PM2的栅极可与第一PMOS晶体管PM1的栅极以及第二PMOS晶体管PM2的漏极耦接，并且第二PMOS晶体管PM2的漏极可与第二NMOS晶体管NM2的漏极耦接。

第一NMOS晶体管NM1的漏极可与输出端子OUT耦接，像素输出电压PV可输入到第一NMOS晶体管NM1的栅极，并且第一NMOS晶体管NM1的源极可与第五NMOS晶体管NM5的漏极耦接。第二NMOS晶体管NM2的漏极可与第二PMOS晶体管PM2的漏极耦接，所选择的参考电压CV可输入到第二NMOS晶体管NM2的栅极，并且第二NMOS晶体管NM2的源极可与第五NMOS晶体管NM5的漏极耦接。第三NMOS晶体管NM3的漏极可与输出端子OUT耦接，斜坡初始电压RIV可输入到第三NMOS晶体管NM3的栅极，并且第三NMOS晶体管NM3的源极可与第六NMOS晶体管NM6的漏极耦接。第四NMOS晶体管NM4的漏极可与第二PMOS晶体管PM2的漏极耦接，斜坡电压RV可输入到第四NMOS晶体管NM4的栅极，并且第四NMOS晶体管NM4的源极可与第六NMOS晶体管NM6的漏极耦接。

第五NMOS晶体管NM5的漏极可与第一NMOS晶体管NM1的源极和第二NMOS晶体管NM2的源极耦接，时间信号TS可输入到第五NMOS晶体管NM5的栅极，并且第五NMOS晶体管NM5的源极可与接地电压GND耦接。第六NMOS晶体管NM6的漏极可与第三NMOS晶体管NM3的源极和第四NMOS晶体管NM4的源极耦接，时间信号TS可输入到第六NMOS晶体管NM6的栅极，并且第六NMOS晶体管NM6的源极可与接地电压GND耦接。

第一PMOS晶体管PM1和第二PMOS晶体管PM2、第一NMOS晶体管NM1和第二NMOS晶体管NM2以及第五NMOS晶体管NM5构成第一差分放大器，第一PMOS晶体管PM1和第二PMOS晶体管PM2、第三NMOS晶体管NM3和第四NMOS晶体管NM4以及第六晶体管NM6构成第二差分放大器，第一差分放大器和第二差分放大器彼此交叉耦接。

如图3所示，第一差分放大器可在第一NMOS晶体管NM1的栅极接收像素输出电压PV，可在第二NMOS晶体管NM2的栅极接收所选择的参考电压CV，并且可通过放大所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差来产生第一放大的电压差(即，A(CV-PV))。类似地，第二差分放大器可在第三NMOS晶体管NM3的栅极接收斜坡初始电压RIV，可在第四NMOS晶体管NM4的栅极接收斜坡电压RV，并且可通过放大斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差来产生第二放大的电压差(即，A(RV-RIV))。

可通过由第一PMOS晶体管PM1和第二PMOS晶体管PM2以及第五NMOS晶体管NM5和第六NMOS晶体管NM6实现的电流镜(currentmirror)，在输出端子OUT将第一放大的电压差(即，A(CV-PV))和第二放大的电压差(即，A(RV-RIV))之间的电压差(即，A(CV-PV+RIV-RV))输出为比较结果信号CRS。如上所述，多输入比较单元140可接收所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV，并且可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV来输出比较结果信号CRS。然而，多输入比较单元140的结构不限于此。

图4是示出在图1的模数转换器中的多输入比较单元的另一示例的框图。

参照图4，多输入比较单元140可包括三个输入端子。在这种情况下，多输入比较单元140可包括计算块147和放大块148。如图4所示，多输入比较单元140可不接收斜坡初始电压RIV。

计算块147可接收所选择的参考电压CV和像素输出电压PV，并且可产生所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差FDS。在一个示例实施例中，可由逻辑元件(诸如，减法元件)来实现计算块147。然而，计算块147的实现方式不限于此。放大块148可接收斜坡电压RV和从计算块147输出的第一电压差FDS，并且可通过放大第一电压差FDS和斜坡电压RV之间的差来产生比较结果信号CRS。

图5是示出在图1的模数转换器中的选择控制信号产生单元的示例的框图。

参照图5，选择控制信号产生单元160可包括逻辑元件162。逻辑元件162可对比较结果信号CRS、时钟信号CLK和比较模式信号SC执行逻辑操作以产生选择控制信号SCS。根据一些示例实施例，选择控制信号产生单元160可通过仅使用比较结果信号CRS和比较模式信号SC来产生选择控制信号SCS。在这种情况下，时钟信号CLK可不输入到选择控制信号产生单元160。

在粗略比较模式下在比较结果信号CRS的极性改变(即，第一时间点)以前，选择控制信号产生单元160可输出用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS，并且在粗略比较模式下比较结果信号CRS的极性改变(即，第一时间点)之后在精细比较模式结束以前，选择控制信号产生单元160可输出用于维持所选择的参考电压CV(即，最终参考电压)的选择控制信号SCS。在一个示例实施例中，选择控制信号产生单元160可以是AND门。AND门可对比较结果信号CRS、时钟信号CLK和比较模式信号SC执行AND逻辑操作。例如，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)减小预定电压时，选择控制信号产生单元160可从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点将时钟信号CLK输出为选择控制信号SCS。这里，粗略比较模式下的比较模式信号SC可具有逻辑“高”电平。选择控制信号产生单元160可从第一时间点到粗略比较模式的结束时间点输出具有逻辑“低”电平的选择控制信号SCS。在精细比较模式下，比较模式信号SC具有逻辑“低”电平。其结果是，选择控制信号产生单元160可在精细比较模式下输出具有逻辑“低”电平的选择控制信号SCS。

如上所述，当选择控制信号产生单元160输出用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS时，参考电压选择单元120可将参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)之一选为所选择的参考电压CV。当选择控制信号产生单元160输出用于维持所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS时，参考电压选择单元120可将所选择的参考电压CV维持为最终参考电压FCV。

图6是示出在图1的模数转换器中的参考电压选择单元的示例的框图。

参照图6，参考电压选择单元120可包括参考电压控制块122和参考电压输出块124。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV之前，参考电压选择单元120可改变所选择的参考电压CV，并且从第一时间点到精细比较模式的结束时间点，参考电压选择单元120可将所选择的参考电压CV维持为最终参考电压FCV。

参考电压控制块122可基于从选择控制信号产生单元160输入的选择控制信号SCS来产生用于选择所选择的参考电压CV的第一至第n的控制信号OCS1至OCSn。在一个示例实施例中，可由具有串联的第一至第n触发器123_1至123_n的移位寄存器来实现参考电压控制块122。当从选择控制信号产生单元160输入用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS时，参考电压控制块122可通过改变第一至第n输出控制信号OCS1至OCSn来改变所选择的参考电压CV。当从选择控制信号产生单元160输入用于维持所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS时，参考电压控制块122可通过维持第一至第n输出控制信号OCS1至OCSn而不改变所选择的参考电压CV。例如，在参考电压控制块122中，当用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS被输入(例如，时钟信号CLK通过)时，第一至第n触发器123_1至123_n可基于时钟信号CLK的上升沿或下降沿来输出内部数据。这里，第二触发器123_2的输入端子可与第一触发器123_1的输出端子耦接，第三触发器123_3的输入端子可与第二触发器123_2的输出端子耦接，并且第n触发器123_n的输入端子可与第(n-1)触发器123_n-1的输出端子耦接。也就是，第一至第n触发器123_1至123_n可串联耦接。具有逻辑“低”电平的初始数据VSS可输入第一触发器123_1的输入端子，具有逻辑“高”电平的内部数据可基于第一初始控制电压SN被存储在第一触发器123_1中，并且具有逻辑“低”电平的内部数据可基于第二初始控制电压RN被存储在第二至第n触发器123_2至123_n中。随后，当用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS被输入(例如，时钟信号CLK通过)时，存储在第一触发器123_1中的具有逻辑“高”电平的内部数据可在时钟信号CLK的上升沿或下降沿被顺序地移位到第二至第n触发器123_2至123_n。假设n是5，存储在第一至第五触发器123_1至123_5中的内部数据的逻辑电平可顺序改变，例如，10000、01000、00100、00010和00001。

可由第一至第n开关125_1至125_n来实现参考电压输出块124，其中，第一至第n开关125_1至125_n用于将第一至第n参考电压CV1至CVn之一输出为所选择的参考电压CV。在一个示例实施例中，第一至第n开关125_1至125_n可分别基于第一至第n输出控制信号OCS1至OCSn来将第一至第n参考电压CV1至CVn之一输出为所选择的参考电压CV。例如，第一开关125_1可基于第一输出控制信号OCS1来执行开关操作以将第一参考电压CV1输出为所选择的参考电压CV，第二开关125_2可基于第二输出控制信号OCS2来执行开关操作以将第二参考电压CV2输出为所选择的参考电压CV，第三开关125_3可基于第三输出控制信号OCS3来执行开关操作以将第三参考电压CV3输出为所选择的参考电压CV，第n开关125_n可基于第n输出控制信号OCSn来执行开关操作以将第n参考电压CVn输出为所选择的参考电压CV。因此，当存储在第一触发器123_1中的具有逻辑“高”电平的内部数据在时钟信号CLK的上升沿或下降沿顺序移位到第二至第n触发器123_2至123_n时，第一至第n开关125_1至125_n可基于第一至第n输出控制信号OCS1至OCSn被顺序接通。假设n是5，第一至第五输出控制信号OCS1至OCS5的逻辑电平可顺序改变，例如，10000、01000、00100、00010和00001。其结果是，第一至第五参考电压CV1至CV5可被顺序输出为所选择的参考电压CV。

图7是示出在图1的模数转换器中的数字信号产生单元的示例的框图。

参照图7，数字信号产生单元180可包括计数器块182、第一存储器块184、第二存储器块186以及求和块188。如上所述，数字信号产生单元180可通过基于比较结果信号CRS对时钟信号CLK进行计数来产生与像素输出电压PV对应的数字信号DS。

计数器块182可通过基于比较结果信号CRS对时钟信号CLK进行计数来计数最高有效位CDC和最低有效位FDC。详细地，计数器块182可通过从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点(即，比较结果信号CRS的极性在粗略比较模式下改变)对时钟信号CLK进行计数来产生最高有效位CDC。此外，计数器块182可通过从第二时间点(比较结果信号CRS的极性改变)到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生最低有效位FDC。然而，计数器块182对最高有效位CDC和最低有效位FDC的计算不限于此。由于模数转换器100操作包括粗略比较模式和精细比较模式的双重模式，因此计数器块182可在粗略比较模式下计算数字信号DS的最高有效位CDC，并且可在精细比较模式下计算数字信号DS的最低有效位FDC。例如，假设模拟信号(即，像素输出电压PV)转换为8比特的数字信号DS，则可在粗略比较模式下计算最高有效4位CDC，并且可在精细比较模式下计算最低有效4位FDC。

第一存储器块184可在粗略比较模式下存储最高有效位CDC。第二存储器块186可在精细比较模式下存储最低有效位FDC。模数转换器100可在粗略比较模式下激活计数器块182和第一存储器块184，并且可在精细比较模式下激活计数器块182和第二存储器块186。详细地，当计数器块182通过在粗略比较模式下从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点对时钟信号CLK进行计数来产生最高有效位CDC时，第一存储器块184可存储最高有效位CDC。当计数器块182通过从精细比较模式下的第二时间点到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生最低有效位FDC时，第二存储器块186可存储最低有效位FDC。可由多个存储装置(诸如，锁存器、触发器等)来实现第一存储器块184和第二存储器块186。然而，存储装置不限于此。求和块188可通过对从第一存储器块184输出的最高有效位CDC和从第二存储器块186输出的最高有效位FDC进行求和来产生数字信号DS。随后，数字信号DS可通过图像传感器的DSP电路被显示为图像。

图8是示出图1的模数转换器在粗略比较模式下的操作的流程图。

参照图8，模数转换器100可基于选择控制信号从参考电压中选择所选择的参考电压(步骤S110)。这里，当用于更新所选择的参考电压的选择控制信号被输入时，模数转换器100可改变所选择的参考电压，并且当用于维持所选择的参考电压的选择控制信号被输入时，模数转换器100可维持所选择的参考电压(即，最终参考电压)。随后，模数转换器100可基于所选择的参考电压、像素输出电压、斜坡初始电压和斜坡电压来产生比较结果信号(步骤S120)。在一个示例实施例中，可使用[表达式1]来产生比较结果信号。比较结果信号可对应于这样的值，该值通过从所选择的参考电压和像素输出电压之间的第一电压差减去斜坡电压和斜坡初始电压之间的第二电压差并且通过将相减的值与放大块的电压增益相乘而产生。如上所述，在粗略比较模式下，斜坡电压可对应于斜坡初始电压。因此，第二电压差可以是0。也就是，粗略比较模式下的比较结果信号可主要取决于所选择的参考电压和像素输出电压之间的第一电压差。随后，模数转换器100可检查比较结果信号的极性是否从第一极性改变为第二极性(步骤S130)。如果比较结果信号的极性没有从第一极性改变为第二极性(步骤S130)，则通过改变选择控制信号(步骤S140)来再次执行步骤S110和S120。如果比较结果信号的极性从第一极性改变为第二极性(步骤S130)，则所选择的参考电压可被确定为最终参考电压(步骤S150)。在粗略比较模式下比较结果信号的极性从第一极性改变为第二极性(即，第一时间点)之后粗略比较模式结束(即，粗略比较模式的结束时间点)之前，最终参考电压可被维持。例如，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)减小预定电压时，比较结果信号的极性在第一时间点可从正极性改变为负极性。另一方面，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)增加预定电压时，比较结果信号的极性在第一时间点可从负极性改变为正极性。模数转换器100可通过从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点对时钟信号进行计数来计算最高有效位(S160)。

图9是示出图1的模数转换器在精细比较模式下的操作的流程图。

参照图9，当斜坡电压按照预定斜率减小或增加(步骤S210)时，模数转换器100可基于最终参考电压、像素输出电压、斜坡初始电压和斜坡电压来产生比较结果信号(步骤S220)。可通过使用[表达式1]来产生比较结果信号。可通过图像传感器的电压产生电路来产生斜坡电压。如上所述，在粗略比较模式下，斜坡电压可对应于斜坡初始电压，而在精细比较模式下，斜坡电压可按照预定斜率减小或增加。在一个示例实施例中，在精细比较模式下，斜坡电压可减小或增加与参考电压(即，第一至第n参考电压)中的电压差对应的预定电压的整数倍。比较结果信号可以是这样的值，该值通过从最终参考电压和像素输出电压之间的第一电压差减去斜坡电压和斜坡初始电压之间的第二电压差并且通过将相减的值与放大块的电压增益相乘而产生。

如上所述，由于像素输出电压固定，并且所选择的参考电压被维持为最终参考电压FCV，因此最终参考电压和像素输出电压之间的第一电压差可具有常数值。因此，精细比较模式下的比较结果信号可主要取决于斜坡电压和斜坡初始电压之间的第二电压差。在精细比较模式下，斜坡电压和斜坡初始电压之间的第二电压差的大小可增加。因此，模数转换器100可检查比较结果信号是否从第二极性改变为第一极性(步骤S230)。如果比较结果信号的极性没有从第二极性改变为第一极性，则可再次执行步骤S210、S220和S230。如果比较结果信号的极性从第二极性改变为第一极性，则可在精细比较模式下比较结果信号的极性从第二极性改变为第一极性(即，第二时间点)之后在精细比较模式结束(即，精细比较模式的结束时间点)以前，通过对时钟信号进行计数来计算最低有效位(步骤S240)。例如，当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)减小预定电压时，比较结果信号的极性可在第二结束时间点从负极性改变为正极性。当随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)增加预定电压时，比较结果信号的极性可在第二时间点改变。

图10是示出图1的模数转换器的操作的示例的时序图。

参照图10，模数转换器100可操作粗略比较模式和精细比较模式的双重模式。时钟信号CLK可被输入以在粗略比较模式和精细比较模式下计算MSB和LSB。斜坡初始电压RIV可对应于第一参考电压CV1。斜坡电压RV在粗略比较模式下可被维持为斜坡初始电压RIV，并且可在精细比较模式下按照预定斜率增加。如图10所示，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)可以是所选择的参考电压CV的候选。随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)可增加预定电压dV。第一至第n参考电压CV1至CVn可被顺序地选为所选择的参考电压CV。在一个示例实施例中，斜坡电压RV可在精细比较模式下按照预定斜率增加预定电压dV的整数倍。其结果是，模数转换器100可在精细比较模式下具有足够的比较裕度(margin)。在图10中示出斜坡电压在精细比较模式下按照预定斜率增加预定电压dV。如果斜坡电压RV增加的量相对大，则由于精细比较模式被延迟，所以数模转换器100的信号转换速度可能相对小。也就是，在模数转换器100的比较裕度和转换速度之间存在折衷。

在粗略比较模式下，模数转换器100可通过顺序输出第一至第n参考电压CV1至CVn来选择所选择的参考电压CV。例如，当第一参考电压CV1被选为所选择的参考电压CV时，第一参考电压CV1可与像素输出电压PV进行比较。因此，由于像素输出电压PV大于第一参考电压CV1，因此比较结果信号CRS可具有第一极性(负极性)。随后，当第二参考电压CV2被选为所选择的参考电压CV时，第二参考电压CV2可与像素输出电压PV进行比较。因此，由于像素输出电压PV大于第二参考电压CV2，因此比较结果信号CRS也可具有第一极性(例如，负极性)。随后，当第三参考电压CV3被选为所选择的参考电压CV时，第三参考电压CV3可与像素输出电压PV进行比较。因此，由于像素输出电压PV小于第三参考电压CV3，因此比较结果信号CRS可具有第二极性(例如，正极性)。这里，可基于比较结果信号CRS的极性从第一极性(例如，负极性)改变为第二极性(例如，正极性)的第一时间点T1来确定最终参考电压FCV。在图10中，由于第三参考电压CV3在第一时间点T1被选为所选择的参考电压CV，因此第三参考电压CV3可被确定为最终参考电压FCV。模数转换器100可从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点T1通过对时钟信号CLK进行计数来计算MSB。

在精细比较模式下，随着斜坡电压RV按照预定斜率增加，比较结果信号CRS可改变。例如，当第三参考电压CV3被确定为最终参考电压FCV时，在精细比较模式的开始时间点，最终参考电压FCV和像素输出电压PV之间的第一电压差可以是特定电压FV。在精细比较模式的开始时间点，斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差可以是0。可基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。

如上所述，可使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。这里，由于斜坡电压RV按照预定斜率逐渐增加，因此比较结果信号CRS可逐渐减小。模数转换器100可通过从第二时间点T2到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生LSB。如上所述，比较结果信号CRS的极性在第二时间点T2从第二极性(例如，正极性)改变为第一极性(例如，负极性)。模数转换器100可通过对MSB和LSB进行求和来产生与像素输出电压PV相应的数字信号DS。由于MSB和LSB的计算是示例，因此MSB和LSB的计算不限于此。例如，模数转换器100可通过从粗略比较模式的开始时间点到第三时间点T3对时钟信号CLK进行计数来计算MSB，可通过从精细比较模式的开始时间点到第二时间点T2对时钟信号CLK进行计数来计算LSB，并且可通过从MSB减去LSB来产生数字信号DS。

图11是示出图1的模数转换器的操作的另一示例的时序图。

参照图11，模数转换器100可操作粗略比较模式和精细比较模式的双重模式。时钟信号CLK可被输入以在粗略比较模式和精细比较模式下计算MSB和LSB。斜坡初始电压RIV可对应于第一参考电压CV1。在粗略比较模式下斜坡电压RV可被维持为斜坡初始电压RIV，而在精细比较模式下斜坡电压RV可按照预定斜率减小。如图11所示，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)可以是所选择的参考电压CV的候选。随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)可减小预定电压dV。第一至第n参考电压CV1至CVn可被顺序选为所选择的参考电压CV。在一个示例实施例中，斜坡电压RV可在精细比较模式下按照预定斜率减小预定电压dV的整数倍。因此，模数转换器100可在精细比较模式下具有足够的比较裕度。在图11中示出了斜坡电压RV在精细比较模式下按照预定斜率减小预定电压dV。如果斜坡电压RV减小的量相对大，则由于精细比较模式被延迟，所以模数转换器100的信号转换速度可能相对低。也就是，在模数转换器100的比较裕度和信号转换速度之间存在折衷。

在粗略比较模式下，模数转换器100可通过顺序输出第一至第n参考电压CV1至CVn来选择所选择的参考电压CV。例如，当第一参考电压CV1被选为所选择的参考电压CV时，第一参考电压CV可与像素输出电压PV进行比较。因此，由于像素输出电压PV小于第一参考电压CV1，因此比较结果信号CRS可具有第一极性(例如，正极性)。随后，当第二参考电压CV2被选为所选择的参考电压CV时，第二参考电压CV2可与像素输出电压PV进行比较。因此，由于像素输出电压PV小于第二参考电压CV2，因此比较结果信号CRS也可具有第一极性(例如，正极性)。随后，当第三参考电压CV3被选为所选择的参考电压CV时，第三参考电压CV3可与像素输出电压PV进行比较。因此，由于像素输出电压PV大于第三参考电压CV3，因此比较结果信号CRS可具有第二极性(例如，负极性)。这里，可基于比较结果信号CRS的极性改变的第一时间点T1来确定最终参考电压FCV。在图11中，由于第三参考电压CV在第一时间点T1被选作为所选择的参考电压CV，因此第三参考电压CV3可被确定为最终参考电压FCV。模数转换器100可通过从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点T1对时钟信号CLK进行计数来计算MSB。

在精细比较模式下，随着斜坡电压RV按照预定斜率减小时，比较结果信号CRS可改变。例如，当第三参考电压CV3被确定为最终参考电压FCV时，在精细比较模式的开始时间点，最终参考电压FCV和像素输出电压PV之间的第一电压差可以是特定电压FV。此外，在精细比较模式的开始时间点，斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差可以是0。可基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。如上所述，可使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。这里，由于斜坡电压RV按照预定斜率逐渐减小，因此比较结果信号CRS可逐渐增加。模数转换器100可通过从第二时间点T2到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生LSB。如上所述，比较结果信号CRS的极性在第二时间点T2改变。模数转换器100可通过将MSB和LSB进行求和来产生与像素输出电压PV对应的数字信号DS。由于MSB和LSB的计算是示例，因此MSB和LSB的计算不限于此。例如，模数转换器100可通过从粗略比较模式的开始时间点到第三时间点T3对时钟信号CLK进行计数来计算MSB，可通过从精细比较模式的开始时间点到第二时间点T2对时钟信号CLK进行计数来计算LSB，并且可通过从MSB减去LSB来产生数字信号DS。

图12是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

参照图12，模数转换器200可包括参考电压选择单元220、多输入比较单元240、选择控制信号产生单元260和数字信号产生单元280。此外，模数转换器200可还包括相关双采样单元250和/或斜坡偏移消除单元255。由于参考电压选择单元220、多输入比较单元240、选择控制信号产生单元260和数字信号产生单元280在图1中被示出，因此，将省略对参考电压选择单元220、多输入比较单元240、选择控制信号产生单元260和数字信号产生单元280的描述。

相关双采样单元250可对像素输出电压PV执行相关双采样操作。也就是，具有相关双采样单元250的模数转换器200可通过对复位电压执行模数转换(ADC)操作来产生第一数字信号，可通过对转换电压执行ADC操作来产生第二数字信号，并且可通过从第一数字信号减去第二数字信号来输出数字信号。因为由于当构造有源像素阵列和/或执行ADC操作时引起的误差，从单位像素输出的复位电压和转换电压包括相同的偏移电压，因此可执行相关双采样操作来通过从复位电压减去转换电压消除(或减小)偏移电压。这里，复位电压指示由单位像素的特定噪声产生的像素输出电压PV，并且转换电压指示通过光电转换产生的像素输出电压PV。例如，单位像素可具有含有光电二极管、转移晶体管、复位晶体管、源极跟随晶体管、选择晶体管和偏置晶体管的5晶体管结构。在这种情况下，复位电压可对应于当转移晶体管截止而复位晶体管导通时经由源极跟随晶体管和选择晶体管输出的像素输出电压PV。转换电压可对应于在由光电二极管产生的电荷存储在单位像素的浮动扩散节点中之后，经由转移晶体管、源极跟随晶体管和选择晶体管输出的像素输出电压PV。

在一个示例实施例中，相关双采样单元250可包括第一电容器和第一开关。第一电容器可耦接在像素输出电压PV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子之间。第一开关可耦接在多输入比较单元240的输入端子和多输入比较单元240的输出端子之间。第一开关可在自动调零模式下接通，并且可在对于复位电压和转换电压的ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式下断开。在自动调零模式下，相关双采样单元250可通过接通第一开关来将像素输出电压PV的输入端子经由第一电容器连接到多输入比较单元240的输出端子。其结果是，由于多输入比较单元240的输入端子与多输入比较单元240的输出端子耦接，因此对于复位电压和转换电压的ADC操作可准备好。

在对于复位电压和转换电压的ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式下，相关双采样单元250可通过断开第一开关来将多输入比较单元240的输入端子与多输入比较单元240的输出端子断开连接。其结果是，多输入比较单元240可基于选择参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。如上所述，由于通过从与复位电压对应的第一数字信号减去与转换电压对应的第二数字信号来产生数字信号DS，因此具有相关双采样单元250的模数转换器200可消除(或减小)偏移电压。

斜坡偏移消除单元255可对斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV执行斜坡偏移消除操作。也就是，斜坡偏移消除单元255可通过将斜坡电压RV的输入端子与多输入比较单元240的输入端子耦接，来消除斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV之间的偏移电压。如上所述，多输入比较单元240可基于选择参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。在粗略比较模式下，斜坡电压RV应具有与斜坡初始电压RIV相同的电压电平。然而，可由外部噪声产生斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的偏移电压。因此，在粗略比较模式下，斜坡电压RV的电压电平可能会与斜坡初始电压RIV的电压电平不同。斜坡偏移消除单元255可在自动调零模式下消除(或减小)斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV之间的偏移电压。在一个示例实施例中，斜坡偏移消除单元255可包括第二电容器和第二开关。第二电容器可耦接在斜坡初始电压RIV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子之间。第二开关可耦接在斜坡电压RV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子之间。在自动调零模式下，第二开关可接通。在对于复位电压和转换电压的ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式下，第二开关可断开。其结果是，由于斜坡电压RV的输入端子、斜坡初始电压RIV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子经由第二电容器连接，因此斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的偏移电压可消除。

由于模数转换器200使用一个斜坡电压RV，因此模数转换器200可防止(或减小)偏移失配和斜坡电压斜率失配，而由于模数转换器200包括多输入比较器240而不包括采样电容器，因此模数转换器200可防止(或减小)时间噪声和不必要的功耗。由于在参考电压选择单元220、多输入比较器240、选择控制信号产生单元260和数字信号产生单元280之间执行反馈操作(即，形成回路)，因此模数转换器200可基于一个斜坡电压RV在包括粗略比较模式和精细比较模式的双重模式下操作。此外，模数转换器200可消除(或减小)由于当构造有源像素阵列和/或执行ADC操作时引起的误差而引起的偏移电压，并且可消除斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的偏移电压。其结果是，具有模数转换器200的图像传感器可产生高质量图像。此外，模数转换器200可具有简单结构。因此，尽管图像传感器中的帧率、比特分辨率和单位像素的数量增加，但是模数转换器200也可减小功耗和信号转换时间。在图像传感器中，模数转换器200的数量可与耦接到有源像素阵列的列线的数量相同。多个列行可分别与多个模数转换器200耦接。

图13是示出在图12的模数转换器中的相关双采样单元的示例的电路图。

参照图13，相关双采样单元250可包括第一电容器252和第一开关254。如上所述，相关双采样单元250可对像素输出电压PV执行相关双采样操作。

第一电容器252可耦接在像素输入电压PV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子之间。也就是，第一电容器252的第一端子可与像素输出电压PV的输入端子耦接，第一电容器252的第二端子可与多输入比较单元240的输入端子和第一开关254的第一端子耦接。第一开关254可耦接在多输入比较单元240的输入端子和多输入比较单元240的输出端子之间。也就是，第一开关254的第一端子可与第一电容器252的第二端子耦接，并且第一开关254的第二端子可与多输入比较单元240的输出端子耦接。在自动调零模式下，第一开关254可接通。在对于复位电压和转换电压的ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式下，第一开关254可断开。其结果是，由于多输入比较单元240的输入端子与多输入比较单元240的输出端子耦接，因此对于复位电压和转换电压的ADC操作可准备好。随后，多输入比较单元240可在对于复位电压和转换电压的ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式下，基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。因此，具有相关双采样单元250的模数转换器200可精确地将模拟信号(即，复位电压-转换电压)转换为数字信号DS。由于相关双采样单元250的结构是示例，因此相关双采样单元250的结构可根据需要的条件而不同地改变。

图14是示出在图12的模数转换器中的斜坡偏移消除单元的示例的电路图。

参照图14，斜坡偏移消除单元255可包括第二电容器257和第二开关259。如上所述，斜坡偏移消除单元255可对斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV执行斜坡偏移消除操作。

第二电容器257可耦接在斜坡初始电压RIV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子之间。也就是，第二电容器257的第一端子可与斜坡初始电压RIV的输入端子耦接，并且第二电容器257的第二端子可与多输入比较单元240的第一输入端子耦接。第二开关259可耦接在斜坡电压RV的输入端子和多输入比较单元240的输入端子之间。也就是，第二开关259的第一端子可与斜坡电压RV的输入端子耦接，并且第二开关259的第二端子可与第二电容器257的第二端子耦接。斜坡电压RV的输入端子可与多输入比较单元240的第二输入端子耦接。在自动调零模式下，第二开关259可接通。在对于复位电压和转换电压的ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式下，第二开关259可断开。其结果是，由于斜坡电压RV的输入端子、斜坡初始电压RIV的输入端子和多输入比较单元240的第一输入端子和第二输入端子在自动调零模式下经由第二电容器257连接，因此斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的偏移电压可消除。因此，具有斜坡偏移消除单元255的模数转换器200可精确地将模拟信号(即，像素输出电压PV)转换为数字信号DS。由于斜坡偏移消除单元255的结构是示例，因此斜坡偏移消除单元255的结构可根据需要的条件而不同地改变。

图15是示出在图12的模数转换器中的相关双采样单元和斜坡偏移消除单元的示例的电路图。

参照图15，模数转换器200可包括相关双采样单元250和斜坡偏移消除单元255两者。如上所述，相关双采样单元250可对像素输出电压PV执行相关双采样操作，并且斜坡偏移消除单元255可对斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV执行斜坡偏移消除操作。由于相关双采样单元250和斜坡偏移消除单元255在图13和图14中被描述，因此将省略对相关双采样单元250和斜坡偏移消除单元255的描述。

图16是示出图12的模数转换器的操作的流程图。

参照图16，模数转换器200可执行自动调零操作(步骤S320)。随后，模数转换器200可对复位电压执行ADC操作(步骤S340)，并且可对转换电压执行ADC操作(步骤S360)。模数转换器200可包括用于执行相关双采样操作的相关双采样单元250。也就是，通过执行自动调零操作，模数转换器200可消除(或减小)斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的偏移电压，以为ADC操作的粗略比较模式和精细比较模式做好准备。随后，模数转换器200可通过对复位电压执行ADC操作来产生第一数字信号，可通过对转换电压执行ADC操作来产生第二数字信号，并且可通过从第一数字信号减去第二数字信号来产生数字信号DS。

图17是示出图12的模数转换器的操作的示例的时序图。

参照图17，模数转换器200可执行自动调零操作。随后，模数转换器200可对复位电压执行ADC操作，并且可对转换电压执行ADC操作。如图17所示，当模数转换器200对复位电压执行ADC操作时，模数转换器200可操作粗略比较模式CCMODE和精细比较模式FCMODE的双重模式。类似地，当模数转换器200对转换电压执行ADC操作时，模数转换器200可操作粗略比较模式CCMODE和精细比较模式FCMODE的双重模式。模数转换器200可通过对复位电压执行ADC操作来产生第一数字信号，可通过对转换电压执行ADC操作来产生第二数字信号，并且可通过从第一数字信号减去第二数字信号来产生数字信号DS。也就是，模数转换器200可执行相关双采样操作。首先，模数转换器200可在对复位电压和转换电压执行ADC操作之前执行自动调零操作。在一个示例实施例中，可通过基于从图像传感器的时间控制电路输出的开关信号SW(例如，开关信号SW的激活)接通相关双采样单元250的第一开关来执行自动调零操作。其结果是，由于多输入比较单元240的输入端子通过相关双采样单元250与多输入比较单元240的输出端子连接，因此对于复位电压和转换电压的ADC操作可准备好。随后，基于从图像传感器的时间控制电路输出的开关信号SW(例如，开关信号SW的失活)，自动调零操作可结束。

模数转换器200可基于从图像传感器的时间控制电路输出的初始控制电压RN来初始化参考电压选择单元220。这里，可确定第一参考电压。第一参考电压可对应于斜坡初始电压RIV。随后，可对复位电压执行ADC操作。模数转换器200可通过操作包括粗略比较模式和精细比较模式的双重模式来对复位电压执行ADC操作。在粗略比较模式下，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)可被顺序选为所选择的参考电压CV，所选择的参考电压CV可基于比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性的第一时间点，被确定为最终参考电压。在图17中，随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)减小预定电压dV。可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。例如，可使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。模数转换器200可通过从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点对时钟信号CLK进行计数来产生复位电压(即，像素输出电压PV)的MSB，其中，在第一时间点，比较结果信号CRS的极性从第一极性(例如，正极性)改变为第二极性(例如，负极性)。在精细比较模式下，随着斜坡电压RV按照预定斜率减小，比较结果信号CRS可改变。斜坡电压RV可在精细比较模式下按照预定斜率减小预定电压dV的整数倍。在图17中示出斜坡电压RV在精细比较模式下按照预定斜率减小预定电压dV的两倍。在精细比较模式下，可基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。例如，可通过使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。模数转换器200可通过从第二时间点到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生复位电压(即，像素输出电压PV)的LSB，其中，在第二时间点，比较结果信号CRS的极性从第二极性(例如，负极性)改变为第一极性(例如，正极性)。模数转换器200通过对复位电压的MSB和复位电压的LSB进行求和来产生与复位电压相应的第一数字信号。

模数转换器200可基于从图像传感器的时间控制电路输出的初始控制电压RN来初始化参考电压选择单元220。这里，可确定第一参考电压。第一参考电压可对应于斜坡初始电压RIV。随后，可对转换电压执行ADC操作。模数转换器200可通过操作粗略比较模式和精细比较模式来对转换电压执行ADC操作。在粗略比较模式下，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)可被顺序选为所选择的参考电压CV，并且所选择的参考电压CV可基于第一时间点被确定为最终参考电压，其中，在第一时间点，比较结果信号CRS的极性从第一极性改变为第二极性。在图17中，随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)减小预定电压dV。可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。例如，可通过使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。模数转换器200可通过从粗略比较模式的开始时间点到第一时间点对时钟信号CLK进行计数来产生转换电压(即，像素输出电压PV)的MSB，其中，在第一时间点，比较结果信号CRS的极性从第一极性(例如，正极性)改变为第二极性(例如，负极性)。在精细比较模式下，随着斜坡电压RV按照预定斜率减小，比较结果信号CRS可改变。斜坡电压RV在精细比较模式下按照预定斜率减小预定电压dV的整数倍。在图17中示出斜坡电压RV在精细比较模式下按照预定斜率减小预定电压dV的两倍。在精细比较模式下，可基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。例如，可通过使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。模数转换器200可通过从第二时间点到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生转换电压(即，像素输出电压PV)的LSB，其中，在第二时间点，比较结果信号CRS的极性从第二极性(例如，负极性)改变为第一极性(例如，正极性)。随后，模数转换器200可通过将转换电压的MSB和转换电压的LSB进行求和来产生与转换电压对应的第二数字信号。模数转换器200可通过从与复位电压相应的第一数字信号减去与转换电压对应的第二数字信号来输出数字信号DS。

图18是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

参照图18，模数转换器700可包括参考电压选择单元720、多输入比较单元740、选择控制信号产生单元760、数字信号产生单元780和最高有效位(MSB)产生单元790。

参考电压选择单元720可通过基于选择控制信号SCS选择多个参考电压之一来输出所选择的参考电压CV。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS可被输入，而在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束以前，用于维持所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS可被输入。在一个示例实施例中，参考电压可包括第一至第n参考电压。这里，n是大于1的整数。随着n的增加，参考电压可增加或减小预定电压。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，参考电压选择单元720可使用二叉搜索树算法将参考电压(即，第一至第n参考电压)之一选为所选择的参考电压CV。因此，由于二叉搜索树算法减小用于粗略比较模式的时间，因此与将参考电压(即，第一至第n参考电压)顺序选为所选择的参考电压CV相比，模数转换器700可以以高速操作。

多输入比较单元740可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。多输入比较单元740可包括多个输入端子，该多个输入端子用于接收所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV。当在粗略比较模式下多输入比较单元740产生比较结果信号CRS时，斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差可以是0。因此，粗略比较模式下的比较结果信号CRS可主要取决于所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差。当在精细比较模式下多输入比较单元740产生比较结果信号CRS时，像素输出电压PV可固定，并且所选择的参考电压CV可被维持为最终参考电压FCV。因此，精细比较模式下的比较结果信号CRS可主要取决于斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差。

选择控制信号产生单元760可基于比较结果信号CRS和比较模式信号SC来产生选择控制信号SCS。例如，粗略比较模式可对应于比较模式信号SC具有第一逻辑电平的时间段，精细比较模式可对应于比较模式信号SC具有第二逻辑电平的时间段。详细地，在基于第一时间点确定最终参考电压FCV以前，选择控制信号产生单元760可输出用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS，其中，在第一时间点，比较结果信号CRS的大小具有最小值。此外，在基于第一时间点确定最终参考电压FCV(即，在第一时间点的所选择的参考电压CV)之后在精细比较模式结束以前，选择控制信号产生单元760可输出用于维持最终参考电压FCV的选择控制信号SCS。

MSB产生单元790可在粗略比较模式下基于比较结果信号CRS来产生最高有效位CDC。这里，可采用逐次逼近方法。MSB产生单元790可具有最高有效位CDC和参考电压(即，第一至第n参考电压)之间的预定映射表。随后，当参考电压(即，第一至第n参考电压)之一被确定为最终参考电压FCV时，MSB产生单元790可输出与最终参考电压FCV对应的最高有效位CDC。例如，当在粗略比较模式下比较结果信号CRS的大小变为预定范围内的值时，MSB产生单元790可确定所选择的参考电压CV作为最终参考电压FCV。随后，MSB产生单元790可根据预定映射表来输出与最终参考电压FCV对应的最高有效位CDC。

数字信号产生单元780可通过在精细比较模式下基于比较结果信号CRS对时钟信号CLK进行计数(即，时钟信号计数方法)来产生最低有效位FDC，并且可基于从MSB产生单元790输出的最高有效位CDC和由数字信号产生单元780计算的最低有效位FDC来产生与像素输出电压PV对应的数字信号DS。例如，数字信号产生单元780可通过将最高有效位CDC和最低有效位FDC进行求和来输出与像素输出电压PV对应的数字信号DS。

图19是示出在图18的模数转换器中基于二叉搜索树算法确定所选择的参考电压的示例的示图。

参照图19，可在粗略比较模式下通过二叉搜索树算法从参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)中确定所选择的参考电压CV。例如，在第一回路A中，与第一参考电压CV1和第n参考电压CVn之间的一半值对应的第m参考电压CVm可被选为所选择的参考电压CV。如果比较结果信号CRS具有第一极性，则在第二回路B(即，AB1)中，第m参考电压CVm和第n参考电压CVn之间的一半值可被选为所选择的参考电压CV。如果比较结果信号CRS具有第二极性，则在第二回路B(即，AB2)中，第一参考电压CV1和第m参考电压CVm之间的一半值可被选为所选择的参考电压CV。类似地，所选择的参考电压CV可在第三回路C、第四回路D等中连续改变。如上所述，由于模数转换器700在粗略比较模式下使用二叉搜索树算法改变所选择的参考电压CV，因此模数转换器700可以以高速确定最终参考电压FCV。因此，由于二叉搜索树算法减小用于粗略比较模式的时间，因此模数转换器700可以以高速执行ADC操作。

图20是示出在图18的模数转换器中计算最高有效位的示例的框图。

参照图20，模数转换器700的MSB产生单元790可在粗略比较模式下基于比较结果信号来产生最高有效位CDC。这里，可采用逐次逼近方法。MSB产生单元790可设置最高有效位CDC和参考电压(即，第一至第n参考电压)之间的映射表。随后，当参考电压(即，第一至第n参考电压)之一被确定为最终参考电压FCV时，MSB产生单元790可输出与最终参考电压FCV对应的最高有效位CDC。模数转换器700的数字信号产生单元780可在精细比较模式下通过对时钟信号CLK进行计数来产生最低有效位FDC。可基于从MSB产生单元790输出的最高有效位CDC和由数字信号产生单元780计算的最低有效位FDC来产生与像素输出电压PV对应的数字信号DS。

图21是示出图18的模数转换器的操作的示例的时序图。

参照图21，模数转换器700可操作粗略比较模式和精细比较模式的双重模式。可在粗略比较模式下不输入时钟信号CLK。另一方面，可在精细比较模式下输入时钟信号CLK以计算最高有效位FDC。斜坡初始电压RIV可对应于第一参考电压CV1。斜坡电压RV可在粗略比较模式下被维持为斜坡初始电压RIV，并可在精细比较模式下按照预定斜率增加或减小预定电压dV的整数倍。预定电压dV可以是参考电压(即，第一至第n参考电压)之间的电压差。如图21所示，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)是所选择的参考电压CV的候选。随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压CV1至CVn)增加预定电压dV。斜坡电压RV可在精细比较模式下按照预定斜率增加预定电压dV。可使用二叉搜索树算法，将第一至第n参考电压CV1至CVn选为所选择的参考电压CV。

在粗略比较模式下，模数转换器700可使用二叉搜索树算法在第一至第n参考电压CV1至CVn中选择所选择的参考电压CV。随后，当在粗略比较模式下比较结果信号CRS的大小变为预定范围内的值时，模数转换器700可将所选择的参考电压CV确定为最终参考电压FCV。例如，当与第一参考电压CV1和第n参考电压CVn之间的一半值对应的第m参考电压CVm可被选为所选择的参考电压CV时，第m参考电压CVm可与像素输出电压PV进行比较。如果比较结果信号的大小不在预定范围内，则所选择的参考电压CV可被改变。这里，由于像素输出电压大于第m参考电压CVm，因此在下一回路中，第m参考电压CVm和第n参考电压CVn之间的一半值可被选为所选择的参考电压CV。以这种方式，模数转换器700可通过改变所选择的参考电压CV来确定最终参考电压FCV，直到比较结果信号CRS的大小变为在预定范围内。

在精细比较模式下，随着斜坡电压RV按照预定斜率增加，比较结果信号CRS可改变。可基于最终参考电压FCV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来连续产生比较结果信号CRS。如上所述，可使用[表达式1]来产生比较结果信号CRS。这里，由于斜坡电压RV按照预定斜率逐渐增加，因此比较结果信号CRS可逐渐减小。模数转换器700可通过从第二时间点到精细比较模式的结束时间点对时钟信号CLK进行计数来产生LSB。在第二时间点T2，比较结果信号CRS的极性可从第二极性(例如，正极性)改变为第一极性(例如，负极性)。随后。模数转换器700可通过将由MSB产生单元790产生的MSB和由数字信号产生单元780计算的LSB进行求和来产生与像素输出电压PV相应的数字信号DS。由于MSB和LSB的计算是示例，因此MSB和LSB的计算不限于此。

图22是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

参照图22，模数转换器900可包括参考电压选择单元920、多输入比较单元940、选择控制信号产生单元960、数字信号产生单元980和最高有效位(MSB)产生单元990。此外，模数转换器900还可包括相关双采样单元950和/或斜坡偏移消除单元955。由于参考电压选择单元920、多输入比较单元940、选择控制信号产生单元960、数字信号产生单元980和最高有效位(MSB)产生单元990在图18中被描述，因此将省略对参考电压选择单元920、多输入比较单元940、选择控制信号产生单元960、数字信号产生单元980和最高有效位(MSB)产生单元990的描述。

相关双采样单元950可对像素输出电压PV执行相关双采样操作。也就是，具有相关双采样单元950的模数转换器900可通过对复位电压执行ADC操作来产生第一数字信号，可通过对转换电压执行ADC操作来产生第二数字信号，并且可通过从第一数字信号减去第二数字信号来输出数字信号DS。斜坡偏置消除单元955可对斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV执行斜坡偏置消除操作。也就是，斜坡偏置消除单元955可通过将斜坡电压RV的输入端子与多输入比较单元940的输入端子耦接，来消除斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV之间的偏置电压。

图23是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

参照图23，模数转换器300可包括参考电压选择单元320、多输入比较单元340、选择控制信号产生单元360、数字信号产生单元380和最高有效位(MSB)产生单元390。

参考电压选择单元320可通过基于选择控制信号SCS选择多个参考电压之一来输出所选择的参考电压CV。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，用于更新所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS可被输入，并且在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV之后在精细比较模式结束以前，用于维持所选择的参考电压CV的选择控制信号SCS可被输入。在一个示例实施例中，参考电压可包括第一至第n参考电压。这里，n是大于1的整数。随着n的增加，参考电压(即，第一至第n参考电压)可增加或减小预定电压。在粗略比较模式下确定最终参考电压FCV以前，参考电压选择单元320可顺续将参考电压(即，第一至第n参考电压)选为所选择的参考电压CV。

多输入比较单元340可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号CRS。多输入比较单元340可包括多个输入端子，所述多个输入端子用于接收所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV。当在粗略比较模式下多输入比较单元340产生比较结果信号CRS时，斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差可以是0。因此，粗略比较模式下的比较结果信号CRS可主要取决于所选择的参考电压CV和像素输出电压PV之间的第一电压差。另一方面，当在精细比较模式下多输入比较单元340产生比较结果信号CRS时，像素输出电压PV可固定，并且所选择的参考电压CV可被维持为最终参考电压FCV。因此，精细比较模式下的比较结果信号CRS可主要取决于斜坡电压RV和斜坡初始电压RIV之间的第二电压差。

选择控制信号产生单元360可基于比较结果信号CRS和比较模式信号SC来产生选择控制信号SCS。这里，选择控制信号产生单元360可包括存储器块(例如，寄存器)，该存储器块存储与比较结果信号CRS的极性改变信息相应的寄存器数据RTD。因此，当寄存器数据RTD从选择控制信号产生单元360输入到MSB产生单元390时，可根据预定映射表来确定与寄存器数据RTD相应的最高有效位CDC。粗略比较模式可对应于比较模式信号SC具有第一逻辑电平的时间段，精细比较模式可对应于比较模式信号SC具有的第二逻辑电平的时间段。

MSB产生单元390可在粗略比较模式下基于从选择控制信号产生单元360输入的寄存器数据RTD来产生最高有效位CDC。也就是，模数转换器300可不使用时钟信号计数方法来产生最高有效位CDC。MSB产生单元390可设置最高有效位CDC和寄存器数据RTD之间的预定映射表。随后，当比较结果信号CRS的极性改变时，MSB产生单元390可输出与寄存器数据RTD对应的最高有效位CDC。随后，在精细比较模式下，数字信号产生单元380可使用时钟信号计数方法基于比较结果信号CRS来产生最低有效位FDC，并且可通过将最高有效位CDC和最低有效位FDC进行求和来输出与像素输出电压PV相应的数字信号DS。

图24是示出根据一些示例实施例的模数转换器的框图。

参照图24，模数转换器400可包括参考电压选择单元420、多输入比较单元440、选择控制信号产生单元460、数字信号产生单元480和最高有效位(MSB)产生单元490。此外，模数转换器400可还包括相关双采样单元450和/或斜坡偏移消除单元455。由于参考电压选择单元420、多输入比较单元440、选择控制信号产生单元460、数字信号产生单元480和MSB产生单元490在图23中被描述，因此将省略对参考电压选择单元420、多输入比较单元440、选择控制信号产生单元460、数字信号产生单元480和MSB产生单元490的描述。

相关双采样单元450可对像素输出电压PV执行相关双采样操作。也就是，具有相关双采样单元450的模数转换器400可通过对复位电压执行ADC操作来产生第一数字信号，可通过对转换电压执行ADC操作来产生第二数字信号，并且可通过从第一数字信号减去第二数字信号来输出数字信号DS。斜坡偏移消除单元455可对斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV执行斜坡偏移消除操作。也就是，斜坡偏移消除单元455可通过将斜坡电压RV的输入端子与多输入比较单元440的输入端子耦接来消除斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV之间的偏移电压。

图25是示出根据一些示例实施例的将模拟信号转换为数字信号的方法的流程图。

参照图25，在将模拟信号转换为数字信号的方法中，可基于所选择的参考电压、像素输出电压、斜坡初始电压和斜坡电压来产生比较结果信号(步骤S1200)。可基于比较结果信号来将参考电压(即，第一至第n参考电压)之一选为所选择的参考电压(步骤S1400)。可基于比较结果信号来产生与像素输出电压相应的数字信号(步骤S1600)。如上所述，图25的方法可基于一个斜坡电压来执行粗略比较模式和精细比较模式的双重模式。因此，图25的方法可防止(或减小)偏移失配和斜坡电压斜率失配，并且可防止由于采样电容器引起的时间噪声和不必要的功耗。其结果是，采用图25的方法的图像传感器可产生高质量图像。

图26是示出根据一些示例实施例的具有模数转换器的图像传感器的框图。

参照图26，图像传感器500可包括有源像素阵列510、模数转换电路520、电压产生电路530、垂直扫描电路540、水平扫描电路550、时间控制电路560、放大电路570和数字信号处理电路580。在图像传感器500中，模数转换电路520中的模数转换器522的数量可以与耦接于有源像素阵列510的列线的数量相同，并且所述列线可分别与模数转换器522耦接。也就是，可通过列模数转换方式来实现图像传感器500。

有源像素阵列510可包括以矩阵形式排列的多个单位像素。单位像素的每个可包括光电二极管和信号产生电路。单位像素的每个可根据信号产生电路中的晶体管的数量具有3晶体管结构、4晶体管结构、5晶体管结构等。行线和列线可以以交叉方式排列在有源像素阵列上。例如，当有源像素阵列510包括m×n个单位像素时，n个行线和m个列线可以以交叉方式排列在有源像素阵列510上。在一个示例实施例中，图像传感器500可采用bayer模式技术。在这种情况下，有源像素阵列510中的单位像素可被排列以接收一组红光、绿光和蓝光或者一组品红光、黄光和蓝绿光。在一个示例实施例中，图像传感器500可采用自动黑电平补偿(ALDC)技术。在这种情况下，至少一个光学黑像素阵列可排列在有源像素阵列510附近。

模数转换电路520可将从有源像素阵列510中的单位像素输出的像素输出电压PV转换为数字信号DS。模数转换电路520可包括至少一个模数转换器522，所述至少一个模数转换器522基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生数字信号DS。在模数转换电路520中，所述至少一个模数转换器522可被排列以分别与列线耦接。如上所述，由于所述至少一个模数转换器522使用一个斜坡电压RV，因此所述至少一个模数转换器522可防止偏移失配和斜坡电压斜率失配，并且由于所述至少一个模数转换器522被实现而无需采样电容器，因此所述至少一个模数转换器522可防止时间噪声和不必要的功耗。

在一个示例实施例中，所述至少一个模数转换器522可包括参考电压选择单元、多输入比较单元、选择控制信号产生单元和数字信号产生单元。参考电压选择单元可基于选择控制信号选择多个参考电压之一来输出所选择的参考电压。多输入比较单元可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号。选择控制信号产生单元可基于比较结果信号和比较模式信号来产生选择控制信号。数字信号产生单元可通过基于比较结果信号对时钟信号进行计数来产生与像素输出电压PV相应的数字信号DS。在另一示例实施例中，所述至少一个模数转换器522可包括参考电压选择单元、多输入比较单元、选择控制信号产生单元、最高有效位(MSB)产生单元和数字信号产生单元。参考电压选择单元可基于选择控制信号来选择多个参考电压之一以输出所选择的参考电压。多输入比较单元可基于所选择的参考电压CV、像素输出电压PV、斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV来产生比较结果信号。选择控制信号产生单元可基于比较结果信号和比较模式信号来产生选择控制信号。MSB产生单元可在粗略比较模式下使用逐次逼近方法基于比较结果信号来产生最高有效位。数字信号产生单元可在精细比较模式下使用时钟信号计数方法基于比较结果信号来产生最低有效位，并且可基于最高有效位和最低有效位来产生与像素输出电压PV相应的数字信号DS。

此外，所述至少一个数字转换器522可包括相关双采样单元和/或斜坡偏移消除单元。相关双采样单元可对像素输出电压PV执行相关双采样操作。斜坡偏移消除单元可对斜坡初始电压RIV和斜坡电压RV执行斜坡偏移消除操作。模数转换电路520可基于从时间控制电路560输入的控制信号CTL2来执行模数转换(ADC)操作。可在每个水平扫描时间段期间执行ADC操作。

电压产生电路530可产生多个电压(例如，参考电压、斜坡初始电压、斜坡电压等)以提供给在模数转换电路520中的所述至少一个模数转换器522。垂直扫描电路540可从时间控制电路560接收控制信号CTL1，并且可控制行地址和用于有源像素阵列510的行扫描操作。也就是，垂直扫描电路540可提供用于激活多个行线之一的信号以选择多个行线之一。在一个示例实施例中，垂直扫描电路540可包括垂直解码器和垂直驱动器。垂直解码器可选择多个行线之一。垂直驱动器可提供用于激活所选择的行线的信号。水平扫描电路550可从时间控制电路560接收控制信号CTL4，并且可控制列地址和用于有源像素阵列510的列扫描操作。也就是，水平扫描电路550可经由水平传输线HTL和放大电路570来将从模数转换电路520输入的数字信号DS输出到数字信号处理电路580。例如，水平扫描电路550可通过将水平扫描控制信号HSC输出到模数转换电路520来顺序选择所述至少一个模数转换器522。在一个示例实施例中，水平扫描电路552可包括水平解码器和水平驱动器。水平解码器可选择模数转换电路520中的所述至少一个模数转换器522。水平驱动器可驱动将所选择的模数转换器522输出到水平传输线HTL。

时间控制电路560可基于主时钟信号来控制垂直扫描电路540、模数转换电路520、电压产生电路530和水平扫描电路550等。也就是，时间控制电路560可提供用于操作垂直扫描电路540、模数转换电路520、电压产生电路530和水平扫描电路550等的控制信号CTL1、CTL2、CTL3和CTL4(例如，时钟信号、时间控制信号等)。在一个示例实施例中，时间控制电路560可包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、通信接口电路等。放大电路570可放大数字信号DS以将放大的数字信号DS输出到数字信号处理电路580。尽管在图26中示出一个放大电路570，但是图像传感器500可包括多个放大电路570。数字信号处理电路580可从放大电路570接收放大的数字信号DS，并且可基于放大的数字信号DS来产生图像信号IMG。随后，从数字信号处理电路580输出的图像信号IMG可被显示在显示器装置(诸如，液晶显示器(LCD)装置)上。

图27是示出在图26的图像传感器的有源像素阵列中的单位像素的电路图。

参照图27，单位像素600可包括光电二极管620和信号产生电路640。单位像素600可根据信号产生电路640中的晶体管的数量具有3晶体管结构、4晶体管结构、5晶体管结构等。如图27所示，单位像素600具有5晶体管结构。因此，单位像素600可包括光电二极管PD、转移晶体管TR1、复位晶体管TR2、源极跟随晶体管TR3、选择晶体管TR4和偏置晶体管TR5。

光电二极管620可从外部接收光，并且可执行光电转换以产生与所述光对应的电荷。随后，信号产生电路640可基于由光电二极管620产生的电荷来输出像素输出电压PV。作为模拟信号的像素输出电压PV可由所述至少一个模数转换器522转换为数字信号DS。如上所述，当图像传感器500采用bayer模式技术时，单位像素600可产生与红光、绿光或蓝光对应的像素输出电压PV(即，模拟信号)。因此，滤镜(例如，红滤镜、绿滤镜或蓝滤镜)可放置在单位像素600上。

光电二极管PD可放置在转移晶体管TR1和接地电压GND之间。信号产生电路640可包括转移晶体管TR1、复位晶体管TR2、源极跟随晶体管TR3、选择晶体管TR4和偏置晶体管TR5。此外，可由电容器C来形成浮动扩散节点FD。在转移晶体管TR1中，转移晶体管TR1的栅极端子可接收转移信号TX，转移晶体管TR1的第一端子可与光电二极管PD耦接，并且转移晶体管TR1的第二端子可与浮动扩散节点FD耦接。因此，转移晶体管TR1可将由光电二极管PD积累的电荷转移到浮动扩散节点FD。在复位晶体管TR2中，复位晶体管TR2的栅极端子可接收复位信号RX，复位晶体管TR2的第一端子可与浮动扩散节点FD耦接，复位晶体管TR2的第二端子可与电源电压VDD耦接。在源极跟随晶体管TR3中，源极跟随晶体管TR3的栅极端子可与浮动扩散节点FD耦接，源极跟随晶体管TR3的第一端子可与选择晶体管TR4的第二端子耦接，并且源极跟随晶体管TR3的第二端子可与电源电压VDD耦接。在选择晶体管TR4中，选择晶体管TR4的栅极端子可接收行选择信号SX，选择晶体管TR4的第一端子可与输出端子OUT耦接，并且选择晶体管TR4的第二端子可与源极跟随晶体管TR3的第一端子耦接。在偏置晶体管TR5中，偏置晶体管TR5的栅极端子可接收偏置电压BIAS，偏置晶体管TR5的第一端子可与输出端子OUT耦接，并且偏置晶体管TR5的第二端子可与地电压GND耦接。光电二极管620可执行光电转换，并且可放置在转移晶体管TR1和地电压GND之间。如上所述，光电二极管620可包括基于光的斜坡角度层压在斜坡方向上的多个掺杂区域。

光电二极管PD可将光转换为电荷。当转移信号TX输入到转移晶体管TR1的栅极端子时，转移晶体管TR1可导通。因此，当转移信号TX输入到转移晶体管TR1的栅极端子时，由光电二极管PD积累的电荷可转移到浮动扩散节点FD。这里，复位晶体管TR2维持在截止状态，从而浮动扩散节点FD的电势可由电荷改变。随着浮动扩散节点FD的电势改变，源极跟随晶体管TR3的栅极端子的电势可改变。随后，源极跟随晶体管TR3的第一端子的偏置(即，选择晶体管TR4的第二端子的偏置)可改变。当行选择信号SX输入到选择晶体管TR4的栅极端子时，与积累的电荷相应的像素输出电压PV可通过输出端子OUT输出。在检测到与由光电二极管PD产生的电荷对应的像素输出电压PV之后，复位信号RX可输入到复位晶体管TR2的栅极端子。随后，复位晶体管TR2基于复位信号RX而导通，从而感测处理可被初始化。也就是，浮动扩散节点FD中的电荷可释放到电源(即，电源电压VDD)。其结果是，浮动扩散节点FD的电势可与电源电压VDD基本相同。

如上所述，所述至少一个模数转换器522可还包括用于对像素输出电压PV执行相关双采样操作的相关双采样单元。单位像素600可输出用于相关双采样操作的像素输出电压PV(即，复位电压和转换电压)。详细地，所述至少一个模数转换器522可使转移晶体管RT1和复位晶体管TR2导通，并且可使选择晶体管TR4截止。因此，由于光电二极管PD被充分损耗，因此光感测操作可准备好。随后，所述至少一个模数转换器522可通过使转移晶体管TR1截止来执行光电转换。此时，如果所述至少一个模数转换器522使复位晶体管TR2和选择晶体管TR4截止，则由于电源电压VDD被应用到浮动扩散节点FD，因此复位电压可作为像素输出电压PV被输出。随后，如果所述至少一个模数转换器522使转移晶体管TR1导通，则由于由光电二极管PD产生的电荷被施加到浮动扩散节点FD，因此转换电压可作为像素输出电压PV被输出。因此，所述至少一个模数转换器522可通过对复位电压和转换电压执行ADC操作来执行相关双采样操作。

图28是示出具有图27的图像传感器的电子装置的示例的框图。

参照图28，电子装置1000可包括处理器1010、存储器装置1020、存储装置1030、输入/输出(I/O)装置1040、电源1050和图像传感器500。如图28未示出的，电子装置100可还包括用于与视频卡、声卡、存储器卡、通用串行总线(USB)装置、其他电子装置等进行通信的多个端口。

处理器1010可执行各种计算功能。处理器1010可以是微处理器、中央处理单元(CPU)等。处理器1010可经由总线(诸如地址总线、控制总线、数据总线等)来与存储器装置1020耦接。此外，处理器1010可与外部总线(诸如，外设组件互连(PCI)总线)耦接。存储器装置1020可存储用于电子装置1000的操作的数据。例如，存储器装置1020可以是动态随机存取存储器(DRAM)装置、静态随机存取存储器(SRAM)装置、可擦除可编程只读存储器(EPROM)装置、电可擦除编程只读存储器(EEPROM)装置、闪存装置等。存储装置1030可以是固态驱动装置、硬盘驱动装置、CD-ROM装置等。I/O装置1040可以是输入装置(诸如，键盘、键区、鼠标等)和输出装置(诸如，打印机、显示装置等)。电源1050可为电子装置1000的操作提供电能。

图像传感器500可经由总线或其他通信链路与处理器1010进行通信。如上所述，图像传感器500可包括模数转换电路520中的所述至少一个模数转换器522。由于所述至少一个模数转换器522使用一个斜坡电压，因此所述至少一个模数转换器522可防止多个斜坡电压之间的偏移失配和斜坡失配，并且由于所述至少一个模数转换器522不包括采样电容器，因此所述至少一个模数转换器522可防止时间噪声和不必要的功耗。因此，图像传感器500可产生高质量图像。在一个示例实施例中，所述至少一个模数转换器522可包括参考电压选择单元、多输入比较单元、选择控制信号产生单元和数字信号产生单元。在另一示例实施例中，所述至少一个模数转换器522可包括参考电压选择单元、多输入比较单元、选择控制信号产生单元、MSB产生单元和数字信号产生单元。此外，所述至少一个模数转换器522可还包括相关双采样单元和/或斜坡偏移消除单元。图像传感器500可与处理器1010集成在一个芯片中。这里，电子装置1000可以是计算机、数码相机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、扫描仪、导航系统、视频电话、自动聚焦系统等。

图29是示出用于图28的电子装置的接口的示例的框图。

参照图29，电子装置1000可由数据处理装置(例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、智能电话等)来实现，该数据处理装置使用或支持移动产业处理器接口(MIPI)接口。电子装置1000可包括应用处理器1110、图像传感器1140、显示器装置1150等。应用处理器1110的CSI主机1112可使用相机串行接口(CSI)来与图像传感器1140的CSI装置1141来执行串行通信。在一个示例实施例中，CSI主机1112可包括光去串行化器(DES)，CSI装置1141可包括光串行化器(SER)。应用处理器1110的DSI主机1111可使用显示器串行接口(DSI)来与显示器装置1150的DSI装置1151来执行串行通信。在一个示例实施例中，DSI主机1111可包括光串行化器(SER)，DSI装置1151可包括光去串行化器(DES)。电子装置1000还可包括射频(RF)芯片1160。RF芯片1160可执行与应用处理器1110的通信。电子装置1000的物理层(PHY)1113和RF芯片1160的物理层(PHY)1161可基于MIPIDigRF来执行数据通信。应用处理器1110还可包括控制PHY1161的数据通信的DigRFMASTER1114。电子装置1000可包括全球定位系统(GPS)1120、存储器1170、MIC1180、DRAM装置1185和扬声器1190。此外，电子装置1000可使用超宽带(UWB)1120、无线局域网(WLAN)1220、全球微波互联接入(WIMAX)1130等来执行通信。然而，电子装置1000的结构和接口不限于此。

本发明构思可被应用到图像传感器以及具有图像传感器的电子装置。例如，本发明构思可被应用到电子装置，诸如桌上型计算机、膝上型计算机、数码相机、视频摄像机、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、扫描仪、视频电话、数字电视、导航装置等。

前述内容说明了示例实施例并且前述内容不被解释为限制其本身。尽管已经描述了一些示例实施例，但是本领域的技术人员将容易地理解，可以在示例实施例中进行许多修改，而不在本质上脱离本发明构思的新颖教导和优点。因此，所有这种修改意于包括在权利要求限定的本发明构思的范围内。因此，将理解，前述内容说明各种示例实施例，并且不被解释为受公开的特定示例实施例的限制，对所公开的示例实施例以及其他示例实施例的修改意于包括在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种模数转换器ADC，包括：

多输入比较单元，被配置以将来自图像传感器的像素电压、包括在ADC操作的粗略模式期间修改的阶梯电压的比较电压以及包括在ADC操作的精细模式期间修改的斜坡电压的斜坡电压进行比较，以提供比较结果信号；

选择控制信号产生单元，接收比较结果信号和指示ADC操作在粗略模式或者精细模式下的模式控制信号，以提供允许在粗略模式下修改比较电压以及在精细模式下保持比较电压不变的选择控制信号；

参考电压选择单元，基于选择控制信号通过重复地选择多个参考电压之一来接收控制比较电压的修改的选择控制信号。

2.如权利要求1所述的ADC，其中，多输入比较单元还被配置以将像素电压、比较电压、斜坡电压以及包括在粗略模式期间提供的初始比较电压的斜坡初始电压进行比较。

3.如权利要求1所述的ADC，还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：

计数器电路，接收比较结果信号，被配置以在粗略模式期间和在精细模式期间确定表示像素值的比特数；

最高有效位MSB存储器电路，被配置以存储表示在粗略模式期间确定的像素值的第一部分的多个MSB；

最低有效位LSB存储器电路，被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；

组合器电路，被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号。

4.如权利要求3所述的ADC，还包括：

相关双采样单元，与多输入比较单元耦接并且被配置以通过从与复位电压对应的第一数字信号中减去与转换电压对应的第二数字信号来产生数字信号。

5.如权利要求1所述的ADC，还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：

计数器电路，接收比较结果信号以确定表示像素值的比特数；

最高有效位MSB存储器电路，被配置以存储表示在粗略模式期间确定的像素值的第一部分的多个MSB；

最低有效位LSB存储器电路，被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；

组合器，被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号。

6.如权利要求1所述的ADC，还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：

计数器电路，仅操作在精细模式下并且接收比较结果信号以确定表示像素值的比特数；

最高有效位MSB存储器电路，被配置以存储表示像素值的第一部分的多个MSB；

最低有效位LSB存储器电路，被配置以存储表示由计数器电路确定的像素值的第二部分的多个LSB；

组合器，被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号；

并且ADC还包括：MSB产生单元，被配置以接收比较结果信号以使用逐次逼近来产生MSB，其中，MSB被提供给数字信号产生单元以存储在最高有效位MSB存储器电路中。

7.如权利要求6所述的ADC，其中，MSB产生单元被配置以在粗略模式下确定MSB。

8.如权利要求6所述的ADC，还包括：

相关双采样单元，与多输入比较单元耦接并且被配置以通过从与复位电压对应的第一数字信号中减去与转换电压对应的第二数字信号来产生数字信号。

9.如权利要求1所述的ADC，还包括数字信号产生单元，数字信号产生单元包括：

计数器电路，接收比较结果信号以在精细模式期间确定表示像素值的比特数；

最高有效位MSB存储器电路，被配置以存储表示在粗略模式期间确定的像素值的第一部分的多个MSB；

最低有效位LSB存储器电路，被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；

组合器，被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号。

10.如权利要求1所述的ADC，其中，选择控制信号产生单元被配置以存储指示在粗略模式期间产生的比较电压用作最终比较电压的值，ADC还包括数字信号产生单元和MSB产生单元，

其中，数字信号产生单元包括：

计数器电路，接收比较结果信号以在精细模式期间确定表示像素值的比特数；

最高有效位MSB存储器电路，被配置以存储表示像素值的第一部分的多个MSB；

最低有效位LSB存储器电路，被配置以存储表示在精细模式期间确定的像素值的第二部分的多个LSB；

组合器，被配置以组合MSB和LSB以提供表示像素值的数字信号，

其中，MSB产生单元被配置以将所述值应用到查找表以将该值与MSB映射，其中，MSB被提供给数字信号产生单元以存储在最高有效位MSB存储器电路中。

11.如权利要求10所述的ADC，其中，MSB产生单元被配置以在粗略模式下确定MSB。

12.如权利要求10所述的ADC，还包括：

相关双采样单元，与多输入比较单元耦接并且被配置以通过从与复位电压对应的第一数字信号中减去与转换电压对应的第二数字信号来产生数字信号。

13.如权利要求1所述的ADC，其中，参考电压选择单元还包括：

移位寄存器电路，被配置以加载与初始比较电压相应的初始移位寄存器值，并且被配置以响应于选择控制信号将初始移位寄存器值移位，以提供与各阶梯的比较电压相应的开关控制信号的序列；

比较电压开关，每个比较电压开关被配置以响应于开关控制信号进行操作，以选择性地提供各个阶梯比较电压作为比较电压。

14.一种操作ADC电路的方法，包括：

将来自图像传感器的像素电压、包括在ADC操作的粗略模式期间修改的阶梯电压的比较电压以及包括在ADC操作的精细模式期间修改的斜坡电压的斜坡电压进行比较，以提供指示与斜坡电压组合的比较电压大于像素电压还是小于像素电压的比较结果信号；

当接收到比较结果信号和指示ADC操作在粗略模式或者精细模式下的模式控制信号时，产生允许在粗略模式下修改比较电压以及在精细模式下保持比较电压不变的选择控制信号；

基于选择控制信号通过重复地选择多个参考电压之一来修改比较电压。

15.如权利要求14所述的方法，其中，产生步骤还包括：

如果比较结果信号没有改变极性，则更新选择控制信号以修改比较电压；

如果比较结果信号改变极性，则更新选择控制信号以将比较电压保持为最终比较电压；

基于最终比较电压来将最高有效位MSB确定为像素值的第一部分。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：

在精细模式下斜坡电压根据预定斜率修改；

将最低有效位LSB确定为像素值的第二部分；

将MSB和LSB进行组合以提供数字信号。

17.如权利要求15所述的方法，还包括：

通过从与复位电压对应的第一数字信号中减去与转换电压对应的第二数字信号来产生数字信号。

18.一种图像传感器系统，包括：

应用处理器电路，被配置以处理与图像相应的数据；

图像传感器装置，经由接口与应用处理器电路耦接，被配置以提供与图像相应的数据，图像传感器装置包括：有源像素阵列，包括多个像素，每个像素响应于垂直扫描电路提供表示图像的各个像素值；模数转换器ADC电路组，与有源像素阵列耦接，每个模数转换器包括：

多输入比较单元，被配置以将各像素电压、包括在ADC操作的粗略模式期间修改的阶梯电压的比较电压以及包括在ADC操作的精细模式期间修改的斜坡电压的斜坡电压进行比较，以提供指示与斜坡电压组合的比较电压大于各像素电压还是小于各像素电压的比较结果信号；

选择控制信号产生单元，接收比较结果信号和指示ADC操作在粗略模式或者精细模式下的模式控制信号，以提供允许在粗略模式下修改比较电压以及在精细模式下保持比较电压不变的选择控制信号；

参考电压选择单元，基于选择控制信号通过重复地选择多个参考电压之一来接收选择控制信号以控制比较电压的修改；

数字信号产生单元，被配置以提供表示各像素值的各数字信号。

19.如权利要求18所述的图像传感器系统，其中，接口包括相机串行接口。