CN103986440B - 具有偏移电压移除的带隙参考电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有偏移电压移除的带隙参考电路。一种实例性带隙参考电路包含放大器、第一开关、第二开关及第三开关以及电容器。所述第一开关耦合于所述放大器的反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述放大器的负反馈回路。所述电容器具有耦合到所述反相输入的第一端及耦合到所述第二开关的第二端,其中在所述第二开关闭合时,所述电容器被充电到实质上等于所述放大器的偏移电压的电压。所述第三开关耦合到所述电容器的第二端,其中在所述第三开关闭合时,从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述放大器的所述偏移电压。

Description

具有偏移电压移除的带隙参考电路
技术领域
本发明大体来说带隙电压参考电路,且特定来说(但非排他性地)涉及在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的读出电路中所使用的那些带隙电压参考电路。
背景技术
图像传感器是普遍存在的。其广泛用于数码静态相机、数码摄像机、蜂窝式电话、安全摄像机、医疗装置、汽车及其它应用中。
许多图像传感器具有由若干种因素限制的图像质量。一个此种因素是图像传感器的读出电路中所包含的模/数转换器的准确度。准确的模/数转换器通常需要既准确又稳定的参考电压。可实施各种电路来提供参考电压。一个此种实例为带隙参考电路。
带隙参考电路广泛地用于模拟电路中以提供稳定、电压无关且温度无关的参考电压。带隙电压参考电路依据维持具有正温度系数的内部电压源及具有负温度系数的另一内部电压源的原理而操作。通过将所述两者一起求和,可消除温度相依性。另外,可使用两个内部源中的任一者作为温度传感器。
顾名思义,由带隙参考电路产生的电压用作参考,且特定来说在需要参考电压的高稳定性(例如,如在图像传感器中通常需要的那样)的情况下利用。在典型的带隙参考电路中,使用运算放大器以便改进参考电压的准确度。然而,运算放大器本身并不是理想的,且具有偏移电压。理想地,运算放大器的输入处的电压应彼此相等,此归因于放大器的输入之间的虚拟短路。然而,在特定情况中,偏移电压Vos几乎始终存在。此外,偏移电压Vos在芯片间变化而非一固定值。因此,输出电压Vout还由于偏移电压Vos的分布而在芯片间变化,使得难以补偿此变化。
用于补偿运算放大器中存在的偏移电压的一些常规技术包含“高频(HF)斩波器技术”及“自动调零技术”。然而,此斩波器稳定及自动调零是基于图像传感器的临界行时间期间的高频切换。高频切换可将高频电路耦合到带隙参考输出中或在共用“接地路径”中产生高频电压。因此,可降低带隙电压输出的准确度,此可导致带隙参考电路无法与具有高分辨率模/数转换器的图像传感器兼容。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种带隙参考电路,其包括:运算跨导放大器(OTA),其具有反相输入及非反相输入;第一开关,其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路;电容器,其具有耦合到所述反相输入的第一端,及第二端;第二开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第二开关闭合时,所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压;第三开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第三开关闭合时,从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压;第一双极晶体管,其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极;及第二双极晶体管,其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极,其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点,其中所述带隙参考电路将经耦合以接收使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号,且其中所述带隙参考电路经配置以响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新所述电压参考。
本发明的一个实施例提供一种用于产生数字图像数据的图像传感器,所述图像传感器包括:像素阵列,其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元;位线,其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者;控制电路,其用以产生用以使对所述像素阵列的每一行的读出同步的第一信号;及读出电路,其耦合到所述位线以从所述至少一个像素读出所述模拟图像数据,所述读出电路包含用于将电压参考提供到模/数转换器(ADC)的带隙参考电路,所述带隙参考电路包括:运算跨导放大器(OTA),其具有反相输入及非反相输入;第一开关,其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路;电容器,其具有耦合到所述反相输入的第一端,及第二端;第二开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第二开关闭合时,所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压;第三开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第三开关闭合时,从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压;第一双极晶体管,其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极;及第二双极晶体管,其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极,其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点,其中所述带隙参考电路经耦合以接收所述第一信号,且其中所述带隙参考电路随着对所述像素阵列的每一行的所述读出而刷新所述电压参考。
本发明的一个实施例提供一种方法,其包括:产生用以使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号;在所述成像传感器的带隙参考电路处接收所述第一信号,且响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新由所述带隙参考电路产生的电压参考,其中刷新所述电压参考包含:对所述带隙参考电路中所包含的运算跨导放大器(OTA)的偏移电压VOS进行取样的第一阶段;及从所述带隙参考电路的输入回路减去所述经取样电压以消除所述OTA的所述偏移电压VOS的第二阶段;及用模/数转换器转换从所述像素阵列的每一行读出的数据,其中所述模/数转换器使用所述电压参考来转换所述数据。
附图说明
可通过参考以下描述及用于图解说明实施例的随附图式来理解本发明。在图式中:
图1是图解说明根据本发明的实施例的具有包含带隙参考电路及多个ADC的读出电路的图像传感器的框图。
图2是图解说明根据本发明的实施例的实例性带隙参考电路的框图。
图3是图解说明图2的带隙参考电路的各种波形的时序图。
图4是图解说明根据本发明的实施例的与图像传感器的行读出同步的对带隙参考电路的刷新的流程图。
具体实施方式
在以下描述中,陈述众多特定细节,例如特定读出电路、电压斜坡信号、校准电路操作次序等。然而,应理解,可在没有这些特定细节的情况下实践实施例。在其它实例中,为了不使本发明的理解模糊,未展示众所周知的电路、结构及技术。
图1是图解说明根据本发明的实施例的具有多个模/数转换器(ADC)118的图像传感器100的框图。图像传感器100包含像素阵列110、控制电路120、读出电路130及任选数字处理逻辑150。为使图解说明简明起见,像素阵列110的所图解说明实施例仅展示各自具有四个像素单元114的两个列112。然而,应了解,实际图像传感器通常包含从数百到数千个列,且每一列通常包含从数百到数千个像素。此外,所图解说明的像素阵列110为规则形状的(例如,每一列112具有相同数目个像素),但在其它实施例中,所述阵列可具有不同于所展示布置的规则或不规则的布置且可包含比所展示的那些多或少的像素、行及列。此外,在不同实施例中,像素阵列110可为包含经设计以在光谱的可见部分中捕获图像的红色、绿色及蓝色像素的彩色图像传感器或可为黑白图像传感器及/或经设计以在光谱的不可见部分(例如红外或紫外)中捕获图像的图像传感器。在一个实施例中,图像传感器100为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
在使用期间,在像素单元114已获取其图像数据或电荷之后,可经由列读出线或位线116将模拟图像数据(例如,模拟信号)或电荷从像素单元读出到读出电路130。经由位线116一次一个像素地将来自每一列112的像素单元114的模拟图像数据读出到读出电路130且接着将其传送到ADC 118。
ADC 118可为任何类型的ADC且在所图解说明的实施例中为需要参考电压VREF的ADC。举例来说,ADC 118可为快闪ADC、连续逼近ADC、积分ADC、管线ADC或需要参考电压的任何其它ADC。如图1中所展示,由带隙参考电路160产生参考电压VREF。在一个实施例中,带隙参考电路160可包含布罗考(Brokaw)带隙参考电路。然而,如上所提及,带隙参考电路中所包含的运算放大器通常在放大器的输入处具有相关联的偏移电压。尝试减轻此问题的常规方法包含增加MOS装置的大小及/或通过电路修整。然而,这两种技术都是高成本的。因此,本文中所揭示的带隙参考电路的实施例包含电容器,其用于对运算放大器的偏移电压进行取样且接着将经取样偏移电压施加到参考电路的输入回路以消除(即,移除)所述偏移电压。因此,本发明的实施例可移除通常与CMOS放大器中的CMOS电流镜或差分对相关联的偏移或失配电压。此外,可减小电荷注入误差的效应。下文将更详细地论述这些及其它实施例。
图2是图解说明根据本发明的实施例的实例性带隙参考电路200的框图。将带隙参考电路200的所图解说明实例展示为包含运算跨导放大器(OTA)202、开关SW1-SW4、电阻器R1-R8、双极晶体管Q1及Q2、源极随耦器晶体管SF、偏移电容器COS、保持电容器CHOLD、逻辑204以及电路节点206及208。带隙参考电路200是图1的带隙参考电路160的一个可能实施方案。
在一个实施例中,OTA 202为其差分输入电压产生输出电流的放大器。因此,OTA202可作为压控电流源(VCCS)而操作。将OTA 202展示为包含反相输入(-)及非反相输入(+)。如所展示,OTA 202通常具有实质的偏移电压VOS,举例来说,此归因于由装置大小失配所导致的电路不对称性。此偏移可导致将误差引入到OTA 202的输出中。因此,本发明的实施例包含偏移电容器COS以选择性地对偏移电压VOS进行取样,接着从带隙参考电路200的输入回路210减去偏移电压VOS以消除OTA 202的偏移电压VOS。如本文中所使用,输入回路210指代在开关SW3闭合时在节点208处开始跨越OTA 202的输入端子、跨越偏移电容器COS到节点206逆时针取得的电压。
如图1中所展示,偏移电容器COS具有耦合到OTA 202的反相输入的第一端。偏移电容器COS的第二端耦合到开关SW2及开关SW3两者。开关SW2及SW3分别由信号控制以分别将偏移电容器COS的第二端选择性地耦合到节点206或节点208。举例来说,在开关SW2断开且开关SW3闭合的情况下,偏移电容器COS耦合到节点206。相反地,在开关SW2闭合且SW3断开的情况下,偏移电容器COS耦合到节点208。OTA202的非反相输入也耦合到节点208。因此,在信号将偏移电容器COS的第二端耦合到节点208时,偏移电容器COS被充电到实质上等于偏移电压VOS的电压。此外,在信号将偏移电容器COS的第二端耦合到节点206时,从参考电路200的输入回路210减去跨越偏移电容器COS的经取样电压(即,VOS)以消除OTA 202的偏移电压VOS
开关SW1耦合于OTA 202的反相输入与输出之间。开关SW1由信号控制以在开关SW1闭合时提供环绕OTA 202的负单位增益反馈回路。在开关SW1断开时,OTA 202处于开路模式中。
开关SW4具有耦合到OTA 202的输出的一端。开关SW4的另一端耦合到保持电容器CHOLD。如所图解说明,开关SW4由用于控制开关SW3的相同信号控制。因此,在开关SW3闭合以将偏移电容器COS耦合到节点206时,开关SW4也闭合以允许OTA202的输出对保持电容器CHOLD进行充电。接着将跨越保持电容器CHOLD形成的电压提供到源极随耦器晶体管SF的控制端子。在一个实施例中,源极随耦器晶体管SF为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),其中控制端子为所述MOSFET的栅极。源极随耦器晶体管SF用作电压缓冲器,其中控制端子为输入且源极为提供带隙参考电路200的参考电压输出VREF的输出。包含电阻器R5-R8的电阻分压器也耦合到参考电压输出VREF以提供参考电压VREF的经缩放版本。
参考电压输出VREF还经耦合以将共模电压提供到双极晶体管Q1及Q2的基极。双极晶体管Q1的射极耦合到两个串联连接的电阻器R1及R2,而双极晶体管Q2的射极耦合到电阻器R1与R2之间的节点。在一个实施例中,电阻器比R1/R2为16/5。双极晶体管Q1的集电极耦合到节点206,而双极晶体管Q2的集电极耦合到节点208。
双极晶体管Q1及Q2在不同的电流密度(即,流动穿过射极的电流的密度)下操作。在图2的实施例中,晶体管Q1在比晶体管Q2的电流密度小的电流密度下操作。电流密度的此差异可由以下各项产生:(1)使用在不等电流下操作的等同晶体管,(2)使用在相等电流下操作的具有不等射极面积的晶体管,或(3)通过前两个布置的某一组合。以实例的方式,在图2的所图解说明实施例中,晶体管Q1及Q2的射极面积A1及A2分别为不同的且穿过两个晶体管的电流为相等的。在一个实施例中,射极面积比A1/A2等于24。在另一实施例中,射极面积比A1/A2等于8。双极晶体管Q1及Q2可在Q2位于3×3双极装置阵列或5×5双极装置阵列的中间因此射极面积比为8∶1或24∶1的情况下良好匹配。
通过包含相等电阻的电阻器R3及R4的负反馈布置来强制双极晶体管Q1及Q2的晶体管电流相等。电阻器R3及R4形成与相应集电极电流成比例且在开关SW3闭合时耦合到OTA202的输入端子的电压。源极随耦器晶体管SF响应于OTA 202的输出而驱动双极晶体管直到跨越负载电阻器R3及R4的电压降相等为止,借此强制晶体管集电极电流相等。通过使用良好匹配的晶体管Q1及Q2,射极电流也将相等。因此,将参考电压VREF调节到硅的带隙电压(即,大约1.24V),借此提供准确且稳定的参考以供其它电路(例如,图1的ADC 118)使用。
图3是图解说明图2的带隙参考电路200的各种波形的时序图。现在将参考图2及3来描述带隙参考电路200的操作。在时间t1处,开始操作阶段以信号为高且信号为低而开始,借此闭合开关SW1及SW2且断开开关SW3及SW4。在时间t1处,也在源极随耦器晶体管SF的控制端子处接收开始脉冲START。在一个实施例中,开始脉冲START是从图1的图像传感器100的控制电路120接收的,从而指示像素阵列110的读出阶段的开始。作为响应,源极随耦器晶体管SF将向双极晶体管Q1及Q2的基极供应共模电压VREF,从而致使这些晶体管导通。此时,由于偏移电压VOS而在节点206与节点208之间存在差分电压。因此,在偏移电容器COS耦合到节点208的情况下,此电容器充电到实质上等于偏移电压VOS的电压。接下来,在信号的下降沿处,在时间t2处,开关SW1断开,借此中断环绕OTA 202的单位增益负反馈回路。此外,在时间t2处,来自开关SW1的电荷注入可作为额外非补偿偏移电压误差显现于偏移电容器COS上。可通过减小开关SW1的面积且增加电容器COS的面积来减小此偏移电压误差。此时,OTA 202的反相输入已变为CMOS“浮动节点”且当SW2在时间t3处断开时无电荷可逃出偏移电容器COS
接下来,在时间t4处,信号变高,借此闭合开关SW3及SW4。此致使OTA 202的反馈回路进入差分电压感测状态中,其中从输入回路210减去跨越电容器COS的经取样电压(即,VOS)。在输入回路210中从节点208逆时针测量电压,所述电压将跨越OTA 202的输入端子升高一个VOS且接着在偏移电容器COS上下降一个VOS而到达节点206。因此,已消除OTA 202的偏移电压VOS
虽然图3展示单个开始阶段,但本发明的实施例可需要数个开始循环来使参考电压VREF达到其大约1.24V的最终状态。一旦达到最终状态,带隙参考电路200便可通过在第一阶段与第二阶段之间交替而周期性地刷新参考电压VREF。第一阶段(即,阶段1)是在开关SW1及SW2闭合的情况下将偏移电压VOS取样到电容器COS上,且第二阶段(阶段2)是差分电压感测级,其中将VREF调节到其最终值(例如,1.24V)。在一个实施例中,电压参考VREF的刷新与CMOS图像传感器(例如图1的图像传感器100)的行读出同步。
如从图3可见,在时间t7到时间t8处,电压参考VREF可在开关SW3及SW4于时间t7处闭合之后需要稳定时间。因此,与图像传感器100的行读出的同步可使得在参考电压VREF已稳定之后(例如,在时间t8处)仅读出一行。因此,时间t8与t9之间的周期可与像素114的第一行的读出(及数字转换)对应,而时间t10与t11之间的周期与像素114的第二行的读出对应,等等。应注意,本发明的实施例可具有优于常规“斩波器稳定”及“自动调零”技术的优点,因为在将VREF供应到ADC时的时间间隔(例如,间隔t8到t9及间隔t10到t11)中不发生高频切换。
现在返回参考图2,带隙参考电路200可包含用于产生信号的逻辑204。如所展示,逻辑204可响应于行同步输入信号而产生信号在一个实施例中,所述行同步输入信号为由图像传感器100的控制电路120产生的row_sync信号,使得在读出图像传感器的每一行之前刷新电压参考VREF。举例来说,图4是图解说明根据本发明的实施例的与图像传感器的行读出同步的对带隙参考电路的刷新的流程图。将参考图1-4来描述过程400。在过程框405中,控制电路120选择像素阵列110的第一行用于读出。如此一来,控制电路可产生多种控制信号,包含使行的读出同步的row_sync信号(过程框410)。在过程框415中,带隙参考电路160接收row_sync信号。以实例的方式,到图200的逻辑204的行同步输入信号可为row_sync信号。作为响应,过程框420包含带隙参考电路刷新由带隙参考电路产生的电压参考。电压参考的刷新包含先前参考图3所论述的两个阶段。即,第一阶段包含将OTA 202的偏移电压VOS取样到取样电容器COS上。第二阶段包含OTA的电压差分操作模式,其中从输入回路210减去在取样电容器COS上保持的取样电压以取消OTA 202的偏移电压VOS
接下来,在过程框425中,将模拟图像数据读出到读出电路130且ADC 118使用电压参考VREF来转换所述数据。在决策框430中,确定是否已读出所有行。如果是,那么过程400结束行的读出。如果否,那么过程框435选择下一行用于读出且过程400重复。因此,对像素阵列110的每一行读出就刷新由带隙参考电路产生的电压参考。
本文中所揭示的图像传感器可包含于数码照像机、数码摄像机、相机电话、可视电话、视频电话、摄录像机、网络相机、计算机系统中的相机、安全摄像机、医疗成像装置、光学鼠标、玩具、游戏、扫描仪、汽车图像传感器或其它类型的电子图像及/或视频获取装置中。取决于实施方案,电子图像及/或视频获取装置还可包含其它组件,例如,用以发射光的光源、以光学方式耦合以将光聚焦于像素阵列上的一个或一个以上透镜、以光学方式耦合以允许光通过一个或一个以上透镜的快门、用以处理图像数据的处理器及用以存储图像数据的存储器,此处仅举几个实例。
在描述及权利要求书中,可使用术语“经耦合”及“经连接”连同其衍生词。应理解,这些术语并非打算作为彼此的同义词。而是,在特定实施例中,“经连接”可用于指示两个或两个以上元件彼此直接物理或电接触。“经耦合”可意指两个或两个以上元件直接物理或电接触。然而,“经耦合”还可意指两个或两个以上元件并不彼此直接接触,但仍彼此协作或交互作用。举例来说,校准电路可经由介入开关与列ADC电路耦合。
在上文描述中,出于解释的目的,已陈述众多特定细节以便提供对实施例的透彻理解。然而,所属领域的技术人员将明了,可在没有这些特定细节中的一些细节的情况下实践一个或一个以上其它实施例。提供所描述的特定实施例并非为了限制本发明而是为了对其进行图解说明。本发明的范围将不由上文所提供的特定实例确定而仅由所附权利要求书确定。在其它实例中,已以框图形式或未详细展示众所周知的电路、结构、装置及操作以避免使对描述的理解模糊。
所属领域的技术人员还将了解,可对本文中所揭示的实施例(例如,对实施例的组件的配置、功能及操作方式以及使用)做出修改。与在图式中图解说明且在说明书中描述的那些关系的等效的所有关系涵盖在实施例内。此外,在认为适当之处,已在各图当中重复参考编号或参考编号的末端部分以指示对应或类似元件,所述对应或类似元件任选地可具有类似特性。
已描述各种操作及方法。虽然已在流程图中以基本形式描述所述方法中的一些方法,但可任选地将操作添加到所述方法及/或从所述方法移除。另外,尽管流程图展示根据实例性实施例的操作的特定次序,但应理解,所述特定次序为示范性的。替代实施例可任选地以不同次序执行操作、组合某些操作、使某些操作重叠等。可对所述方法做出许多修改及改动且本发明涵盖此所述修改及改动。
一个或一个以上实施例包含制造物件(例如,计算机程序产品),所述制造物件包含机器可存取及/或机器可读媒体。所述媒体可包含提供(举例来说,存储)呈可由机器存取及/或读取的形式的信息的机制。所述机器可存取及/或机器可读媒体可提供或其上存储有一个或一个以上指令及/或数据结构或者一指令及/或数据结构序列,如果由机器执行,那么所述一个或一个以上指令及/或数据结构或者所述指令及/或数据结构序列致使或导致机器执行及/或致使机器执行本文中所揭示的图中所展示的操作或方法或技术中的一者或一者以上或一部分。
在一个实施例中,机器可读媒体可包含有形非暂时机器可读存储媒体。举例来说,有形非暂时机器可读存储媒体可包含软盘、光学存储媒体、光盘、CD-ROM、磁盘、磁光盘、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除且可编程ROM(EPROM)、电可擦除且可编程ROM(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、快闪存储器、相变存储器或其组合。有形媒体可包含一个或一个以上固态或有形物理材料,例如,半导体材料、相变材料、磁性材料等。
适合机器的实例包含但不限于:数码相机、数码摄像机、蜂窝式电话、计算机系统、具有像素阵列的其它电子装置及能够捕获图像的其它电子装置。此些电子装置通常包含与一个或一个以上其它组件(例如一个或一个以上存储装置(非暂时机器可读存储媒体))耦合的一个或一个以上处理器。因此,给定电子装置的存储装置可存储用于在所述电子装置的一个或一个以上处理器上执行的代码及/或数据。或者,一实施例的一个或一个以上部分可使用软件、固件及/或硬件的不同组合来实施。
还应了解,在此说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”或“一个或一个以上实施例”的提及(举例来说)意指特定特征可包含于本发明的实践中(例如,在至少一个实施例中)。类似地,应了解,出于简化本发明及帮助理解各种发明性方面的目的,在描述中有时将各种特征一起聚集于单个实施例、图或其描述中。然而,本发明的此方法不应被解释为反映本发明要求比每一权利要求中所明确陈述的特征更多的特征的意图。而是,如所附权利要求书反映:发明性方面可在于少于单个所揭示实施例的所有特征。因此,具体实施方式所附的权利要求书特此明确并入到此具体实施方式中,其中每一权利要求独立地作为单独实施例。

Claims (18)

1.一种带隙参考电路,其包括:
运算跨导放大器OTA,其具有反相输入及非反相输入;
第一开关,其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路;
电容器,其具有耦合到所述反相输入的第一端,及第二端;
第二开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第二开关闭合时,所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压;
第三开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第三开关闭合时,从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压;
第一双极晶体管,其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极;
第二双极晶体管,其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极,其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点,其中所述带隙参考电路将经耦合以接收使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号,且其中所述带隙参考电路经配置以响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新电压参考;
第四开关,其具有耦合到所述OTA的所述输出的一端;及
源极随耦器晶体管,其具有耦合到所述第四开关的第二端的控制端子,其中所述源极随耦器晶体管经配置以在所述第四开关闭合时将所述电压参考输出提供到所述第一双极晶体管及所述第二双极晶体管的基极。
2.根据权利要求1所述的带隙参考电路,其中所述刷新所述电压参考包含:
所述闭合所述第二开关以将所述电容器充电到实质上等于所述OTA的所述偏移电压的所述电压;及
所述闭合所述第三开关以从所述参考电路的所述输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压。
3.根据权利要求1所述的带隙参考电路,其中所述第一双极晶体管的所述基极及所述第二双极晶体管的所述基极耦合到所述带隙参考电路的电压参考输出。
4.根据权利要求1所述的带隙参考电路,其中所述源极随耦器晶体管进一步经耦合以接收开始脉冲,其中所述源极随耦器晶体管经配置以在所述第四开关断开且接收到所述开始脉冲时将所述电压参考输出提供到所述第一双极晶体管及所述第二双极晶体管的所述基极。
5.根据权利要求1所述的带隙参考电路,其进一步包括经耦合以产生以下信号的逻辑:
第一控制信号,其用以控制所述第一开关的切换;
第二控制信号,其用以控制所述第二开关的切换;及
第三控制信号,其用以控制所述第三及第四开关的切换。
6.根据权利要求5所述的带隙参考电路,其中所述逻辑在第一阶段中且在后续第二阶段中产生所述控制信号,其中所述第一阶段包含所述第一及第二开关闭合且所述第三及第四开关断开,使得所述电容器的所述第二端耦合到所述第二节点以将所述偏移电压取样到所述电容器上。
7.根据权利要求6所述的带隙参考电路,其中所述第二阶段包含所述第一及第二开关断开且所述第三及第四开关闭合,使得所述OTA感测所述第一与第二节点之间的差分电压,且使得从所述参考电路的所述输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压。
8.根据权利要求1所述的带隙参考电路,其中环绕所述OTA的所述负反馈回路为单位增益负反馈回路。
9.一种用于产生数字图像数据的图像传感器,所述图像传感器包括:
像素阵列,其包含布置成若干行及列以用于捕获模拟图像数据的多个像素单元;
位线,其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素单元中的至少一者;
控制电路,其用以产生用以使对所述像素阵列的每一行的读出同步的第一信号;及
读出电路,其耦合到所述位线以从所述像素单元中的所述至少一者中读出所述模拟图像数据,所述读出电路包含用于将电压参考提供到模/数转换器ADC的带隙参考电路,所述带隙参考电路包括:
运算跨导放大器OTA,其具有反相输入及非反相输入;
第一开关,其耦合于所述OTA的所述反相输入与输出之间以在所述第一开关闭合时提供环绕所述OTA的负反馈回路;
电容器,其具有耦合到所述反相输入的第一端,及第二端;
第二开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第二开关闭合时,所述电容器被充电到实质上等于所述OTA的偏移电压的电压;
第三开关,其耦合到所述电容器的所述第二端,其中在所述第三开关闭合时,从所述参考电路的输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压;
第一双极晶体管,其具有耦合到第一电阻器与所述第三开关之间的第一节点的集电极;及
第二双极晶体管,其具有耦合到第二电阻器与所述第二开关之间的第二节点的集电极,其中所述OTA的所述非反相输入耦合到所述第二节点,其中所述带隙参考电路经耦合以接收所述第一信号,且其中所述带隙参考电路随着对所述像素阵列的每一行的所述读出而刷新所述电压参考。
10.根据权利要求9所述的图像传感器,其中所述带隙参考电路刷新所述电压参考包含:
所述闭合所述第二开关以将所述电容器充电到实质上等于所述OTA的所述偏移电压的所述电压;及
所述闭合所述第三开关以从所述参考电路的所述输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压。
11.根据权利要求9所述的图像传感器,其中所述第一双极晶体管的基极及所述第二双极晶体管的基极耦合到所述带隙参考电路的电压参考输出。
12.根据权利要求9所述的图像传感器,其中所述带隙参考电路进一步包括:
第四开关,其具有耦合到所述OTA的所述输出的一端;
源极随耦器晶体管,其具有耦合到所述第四开关的第二端的控制端子,其中所述源极随耦器晶体管经配置以在所述第四开关闭合时将所述电压参考提供到所述第一双极晶体管及所述第二双极晶体管的基极。
13.根据权利要求12所述的图像传感器,其中所述源极随耦器晶体管进一步经耦合以接收开始脉冲,其中所述源极随耦器晶体管经配置以在所述第四开关断开且接收到所述开始脉冲时将所述电压参考提供到所述第一双极晶体管及所述第二双极晶体管的所述基极。
14.根据权利要求12所述的图像传感器,其中所述带隙参考电路进一步包括经耦合以产生以下信号的逻辑:
第一控制信号,其用以控制所述第一开关的切换;
第二控制信号,其用以控制所述第二开关的切换;及
第三控制信号,其用以控制所述第三及第四开关的切换。
15.根据权利要求14所述的图像传感器,其中所述逻辑在第一阶段中且在后续第二阶段中产生所述控制信号,其中所述第一阶段包含所述第一及第二开关闭合且所述第三及第四开关断开,使得所述电容器的所述第二端耦合到所述第二节点以将所述偏移电压取样到所述电容器上。
16.根据权利要求15所述的图像传感器,其中所述第二阶段包含所述第一及第二开关断开且所述第三及第四开关闭合,使得所述OTA感测所述第一与第二节点之间的差分电压,且使得从所述参考电路的所述输入回路减去跨越所述电容器的所述电压以消除所述OTA的所述偏移电压。
17.根据权利要求9所述的图像传感器,其中环绕所述OTA的所述负反馈回路为单位增益负反馈回路。
18.一种用于产生数字图像数据的方法,其包括:
产生用以使对成像传感器中所包含的像素阵列的每一行的读出同步的第一信号;
在所述成像传感器的带隙参考电路处接收所述第一信号,且响应于所述第一信号而在对所述像素阵列的每一行的所述读出期间刷新由所述带隙参考电路产生的电压参考,其中刷新所述电压参考包含:
对所述带隙参考电路中所包含的运算跨导放大器OTA的偏移电压VOS进行取样的第一阶段;及
从所述带隙参考电路的输入回路减去经取样的所述偏移电压VOS以消除所述OTA的所述偏移电压VOS的第二阶段;及
用模/数转换器转换从所述像素阵列的每一行读出的数据,其中所述模/数转换器使用所述电压参考来转换所述数据。
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