CN104954706A - 模数转换器和包括模数转换器的cmos图像传感器 - Google Patents

Abstract

一种CMOS图像传感器包括：有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及相关双采样(CDS)阵列，其适于基于第一斜坡信号和第二斜坡信号来产生有源采样信号和虚设采样信号并且适于对所述有源采样信号与所述虚设采样信号进行比较，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

Description

模数转换器和包括模数转换器的CMOS图像传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月28日提交的申请号为10-2014-0036759的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的各种实施例涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，且更具体地涉及模数转换器和包括所述模数转换器的CMOS图像传感器。

背景技术

图1是图示包括列并行方案的模数转换器的传统CMOS图像传感器的框图。

参见图1，传统CMOS图像传感器包括行驱动器110、有源像素阵列120、光学黑(OB，optical black)像素阵列122(即，虚设像素阵列)、参考电压发生器130、相关双采样(CDS,correlated double sampling)阵列140和数字码输出单元150。

行驱动器110产生用于控制有源像素阵列120和OB像素阵列122的像素的各种控制信号RX、TX和SEL。有源像素阵列120输出对应于每个列的有源像素信号APS_O，以及OB像素阵列122将OB像素信号OB_O作为列信号输出。

由于与提供至有源像素阵列的电源电压相同的电源电压被提供至OB像素阵列122，所以或许经由OB像素信号OB_O可能传送与在有源像素阵列120中产生的电源电压噪声(在下文中，被称为“功率噪声”)相同的噪声。OB像素阵列122的上部掺杂有阻断光穿过OB像素阵列122的材料，所以OB像素阵列122可以使用阻断电平信号有效地传送功率噪声。

参考电压发生器130基于OB像素信号OB_O和第一斜坡信号RAMP_R从OB像素信号OB_O产生相关双采样的OB采样信号，并且基于第一参考电压REF_OB和产生的OB采样信号产生第二参考电压REF_C。

CDS阵列140接收有源像素信号APS_O、第二斜坡信号RAMP_C和第二参考电压REF_C，并且基于有源像素信号APS_O和第二斜坡信号RAMP_C从有源像素信号APS_O产生相关双采样的有源采样信号。CDS阵列140比较产生的有源采样信号与第二参考电压REF_C以产生用于产生数字码的比较结果信号CDS_O。

第一斜坡信号RAMP_R和第二斜坡信号RAMP_C可以从通用斜坡信号发生器(未示出)产生。由于在斜坡信号发生器中可能出现噪声元素，所以第一斜坡信号RAMP_R和第二斜坡信号RAMP_C可以由单个斜坡信号发生器产生。用于产生参考电压的第一斜坡信号RAMP_R与第二斜坡信号RAMP_C不同，并且保持均匀的电压电平，而在执行斜坡操作之前或之后不改变电压电平。

数字码输出单元150从CDS阵列140接收比较结果信号CDS_O，并且基于比较结果信号CDS_O产生用于图像信号处理器(ISP)的数字信号处理的数字码值。

图2是在图1中所示的参考电压发生器130和CDS阵列140的详细示图。

参见图2，参考电压发生器130可以包括：OB CDS电路132，用于在差分比较器A1的输入节点IN_OB上产生OB采样信号；以及输出放大器A3，用于缓冲OB采样信号以产生第二参考电压REF_C。

OB CDS电路132可以包括比较单元133、耦接至比较单元133的信号传输电容器C3、并联耦接至信号传输电容器C3的第四开关S4以及放大器A2。

比较单元133可以包括：第一开关S1，用于控制OB像素信号OB_O的传输；第二开关S2，用于控制第一斜坡信号RAMP_R的传输；阻断电容器，耦接在第一开关S1和第二开关S2之间；储存电容器C2，耦接至第一开关S1用来提供OB采样信号；第三开关S3，耦接至差分比较器A1；以及差分比较器A1。比较单元133接收OB采样信号，并且比较OB采样信号与第一参考电压REF_OB。

阻断电容器C1传送与斜坡信号的电压电平无关的电压变化量。

CDS阵列140在每个列包括第一有源CDS电路142、第二有源CDS电路144和第N有源CDS电路146，第一有源CDS电路142、第二有源CDS电路144和第N有源CDS电路146基于第一有源像素信号APS_O_1、第二有源像素信号APS_O_2、第N有源像素信号APS_O_n进行操作。有源CDS电路142、144和146中的每个具有与参考电压发生器130的OBCDS电路132相同的结构。

提供至有源像素阵列120的电源电压被提供至OB像素阵列122和参考电压发生器130。有源采样操作的噪声元素可以经由参考电压去除，所述参考电压利用具有与有源CDS电路142、144和146相同的结构的OB CDS电路152来产生。

然而，由于上述的传统噪声降低方案通过利用从沿着列方向排列的OB像素(即，虚设像素)输出的OB像素信号OB_O产生参考电压且将产生的参考电压用作所有有源像素列的参考电压来降低像素的功率噪声，所以传统的噪声降低方案具有缺点，原因在于需要单独的参考电压发生器和许多用于获取代表值的OB像素。

此外，由于传统的噪声降低方案获取了代表值，所以降低了准确性，并且未完全去除像素的功率噪声。

在传统的噪声降低方案中，当参考电压发生器执行OB像素信号OB_O的处理时，第一参考电压REF_OB和另外的电路(例如，输出放大器A3)可以是不同的噪声源。发明内容

本发明的各种实施例针对模数转换器和包括所述模数转换器的CMOS图像传感器，用于通过利用行方向的有源像素和OB像素的一对一匹配操作去除从像素阵列产生的功率噪声来减少水平方向噪声。

另外，本发明的各种实施例针对模数转换器和包括所述模数转换器的CMOS图像传感器，用于通过利用比较器的输入节点的匹配操作去除从斜坡信号发生器产生的斜坡噪声来降低水平方向噪声。

根据本发明的一个实施例，一种模数转换器包括：虚设采样信号发生单元，其适于基于第一斜坡信号产生虚设采样信号，所述虚设采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；有源采样信号发生单元，其适于基于第二斜坡信号产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及比较单元，适于对所述虚设采样信号与所述有源采样信号进行比较。

虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。

所述虚设采样信号发生单元和所述有源采样信号发生单元可以利用相同电路来具有差分输入结构。

虚设采样信号发生单元可以包括：第一开关，其适于控制所述虚设像素信号的传输；第一阻断电容器，其耦接在所述第一斜坡信号的输入节点和所述第一开关的输出节点之间；以及第一信号储存电容器，其耦接至所述第一开关的输出节点，并且适于提供所述OB采样信号。

有源采样信号发生单元可以包括：第二开关，其适于控制所述有源像素信号的传输；第二阻断电容器，其耦接在所述第二斜坡信号的输入节点和所述第二开关的输出节点之间；以及第二信号储存电容器，其耦接至所述第二开关的输出节点，并且适于提供所述有源采样信号。

所述第一开关和所述第二开关可以具有相同元件，所述第一阻断电容器和所述第二电容器具有相同元件，以及所述第一信号储存电容器和所述第二信号储存电容器具有相同元件。

所述有源像素信号和所述虚设像素信号可以具有相同噪声特性，以及所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号可以具有相同噪声特性。

所述比较单元的输入可以表达为，Vinp–Vinm＝(RAMP–RAMP_REF)–(APS_O–OB_O),其中，Vinp–Vinm意指所述比较单元的输入，RAMP意指所述第一斜坡信号，RAMP_REF意指所述第二斜坡信号，APS_O意指所述有源像素信号，以及OB_O意指所述虚设像素信号。

所述虚设像素阵列具有与所述有源像素阵列相同的水平特性。

在每个列，包括在所述虚设像素阵列中的虚设像素与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一匹配。

根据本发明的另一个实施例，一种模数转换器包括：虚设采样信号发生单元，其适于产生OB采样信号，所述OB采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；有源采样信号发生单元，其适于产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及比较单元，其适于比较所述虚设采样信号与所述有源采样信号。

虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。

根据本发明的另一个实施例，一种CMOS图像传感器包括：有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及相关双采样(CDS)阵列，其适于基于第一斜坡信号和第二斜坡信号产生有源采样信号和OB采样信号并且适于比较所述有源采样信号与所述虚设采样信号，所述有源采样信号和所述OB采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。

所述CDS阵列可以在每个列包括CDS电路，以及CDS电路可以包括：虚设采样信号发生单元，其适于基于所述第一斜坡信号产生从所述虚设像素信号采样的所述虚设采样信号；有源采样信号发生单元，其适于基于所述第二斜坡信号从所述有源像素信号产生所述有源采样信号；以及比较单元，其适于比较所述虚设采样信号与所述有源采样信号。

虚设采样信号发生单元和有源采样信号发生单元可以利用相同电路来包括差分输入结构。

所述比较单元的输入被表达为，Vinp–Vinm＝(RAMP–RAMP_REF)–(APS_O–OB_O),其中，Vinp–Vinm意指所述比较单元的输入，RAMP意指所述第一斜坡信号，RAMP_REF意指所述第二斜坡信号，APS_O意指所述有源像素信号，以及OB_O意指所述虚设像素信号。

有源像素信号和虚设像素信号可以具有相同噪声特性，以及第一斜坡信号和第二斜坡信号可以具有相同噪声特性。

虚设像素阵列可以沿着行方向设置成形成至少一行，并且具有与有源像素阵列相同的水平特性。

在每个列，包括在虚设像素阵列中的虚设像素可以与包括在有源像素阵列中的有源像素一对一匹配。

根据本发明的另一个实施例，一种CMOS图像传感器包括：有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及相关双采样(CDS)阵列，其适于产生有源采样信号和虚设采样信号并且适于比较所述有源采样信号与所述虚设采样信号，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。

虚设像素阵列可以沿着行方向设置成具有与有源像素阵列相同的水平特性。

根据本发明的另一个实施例，一种CMOS图像传感器包括：有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号，其中，所述虚设像素阵列在每个列包括与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一相对应的虚设像素；行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及相关双采样(CDS)阵列，其适于产生有源采样信号和虚设采样信号，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

虚设像素阵列可以包括光学黑(OB)像素阵列。

附图说明

图1是图示包括列并行机制的模数转换器的传统CMOS图像传感器的框图；

图2是在图1中所示的参考电压发生器和CDS阵列的详细示图；

图3是图示根据本发明的一个实施例的CMOS图像传感器的框图；

图4是在图3中所示的CDS阵列的详细示图；

图5是在图4中所示的CDS阵列的时序图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以不同形式实施，且不应当被解释为局限于本文所列实施例。更确切地，提供了这些实施例，使得本公开将充分和完整，且将向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。在本公开中，附图标记在本发明的各种附图和实施例中直接对应于相同部分。

附图不一定按比例，并且在一些情况下，为了清楚地图示实施例的特征，可能已经对比例进行了夸大处理。在本说明书中，已经使用了特定术语。所述术语用来描述本发明，并且不用于限定或限制本发明的范围。

在本说明书中还应当注意，“和/或”表示包括在“和/或”之前和之后布置的一个或更多个部件。此外，“连接/耦接”不仅表示一个部件与另一个部件直接耦接，还表示经由中间部件与另一个部件间接耦接。另外，只要在句中未特别提及，单数形式可以包括复数形式。此外，在说明书中使用的“包括/包含”或“包括有/包含有”表示存在或添加一个或更多个部件、步骤、操作和元件。

总的来说，从像素阵列产生的功率噪声和从斜坡信号发生器产生的斜坡噪声可以引起使CMOS图像传感器的性能恶化的CMOS图像传感器的水平噪声。由于噪声的影响可能随着CMOS图像传感器的像素的数目的增加而增加，所以需要改善像素的质量。

因而，在本发明的各种实施例中，可以通过使行方向的有源像素和OB像素匹配来有效去除功率噪声。可以通过比较器的输入节点的匹配方法来有效去除斜坡信号发生器产生的斜坡噪声。通过此方法，可以使用小数目的OB像素来高度改善水平噪声。

在下文中，将参照图3至图5描述根据本发明的一个实施例的包括模数转换器的CMOS图像传感器。

图3是图示根据本发明的一个实施例的CMOS图像传感器的框图。

参见图3，CMOS图像传感器可以包括行驱动器310、有源像素阵列320、光学黑(OB)像素阵列330、相关双采样(CDS)阵列340、数字码输出单元350和斜坡信号发生器360。

行驱动器310可以产生用于控制有源像素阵列320和OB像素阵列330(即，虚设像素阵列)的像素的控制信号RX、TX和SEL。

有源像素阵列320可以输出对应于每个列的有源像素信号APS_O。OB像素阵列330输出对应于每个列的OB像素信号OB_O或虚设像素信号。行驱动器310控制OB像素阵列330以当有源像素阵列320执行每个列操作时，从OB像素阵列330的与有源像素阵列320的列相对应的OB像素输出OB像素信号OB_O。因而，如果有源像素阵列320输出对应于第一列的第一有源像素信号APS_O_1，则OB像素阵列330输出对应于第一列的第一OB像素信号OB_O_1。

OB像素阵列330包括具有与有源像素阵列320相同的水平特性的行方向的OB像素。行方向的OB像素被设置成形成至少一行，并且与有源像素阵列320的有源像素一对一匹配。如在图3中所示，OB像素阵列330可以设置在有源像素阵列320的下部，或者在本发明的另一个实施例中，OB像素阵列330可以设置在有源像素阵列320的上部。由于提供至有源像素阵列320的电源电压被提供至OB像素阵列330，所以可以利用OB像素信号OB_O将电源电压噪声传送至OB像素阵列330，所述电源电压噪声在下文中被称为“功率噪声”，其与从有源像素阵列320产生的功率噪声相同。OB像素阵列330的上部掺杂有阻断光的材料。OB像素阵列330可以利用黑电平信号来有效地传送功率噪声。

CDS阵列340可以基于有源像素信号APS_O、OB像素信号OB_O、第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF产生有源采样信号和OB采样信号，所述有源采样信号和所述OB采样信号通过利用相关双采样分别从有源像素信号APS_O和OB像素信号OB_O来采样。CDS阵列340通过比较有源采样信号与OB采样信号来产生用于数字码发生的比较结果信号CDS_O。CDS阵列340在每个列包括两个输入电路，并且这两个输入电路包括相同的电路以具有相同特性。即，使包括在CDS阵列340中的两个输入电路匹配，使得比较器的两个输入节点具有相同特性。在有源像素阵列320的每个列操作期间，CDS阵列340接收从OB像素阵列330的设置在与有源像素阵列320的有源像素相同的列处的OB像素输出的OB像素信号OB_O。以下是参照图4的详细描述。

斜坡信号发生器360可以产生第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF。另外，第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF可以由单个斜坡信号发生器通过考虑在斜坡信号发生器电路中可能出现的噪声分量来产生。第二斜坡信号RAMP_REF保持均匀的电压电平，而在斜坡信号发生器360操作之前或之后不改变电平电压。即，第二斜坡信号RAMP_REF具有与第一斜坡信号RAMP相同的噪声特性，并且是非倾斜的信号。

数字码输出单元350基于从CDS阵列340输出的比较结果信号CDS_O产生用于图像信号处理器的数字信号处理的数字码值。

图4是在图3中所示的CDS阵列340的详细示图。

参见图4，CDS阵列340可以包括对应于相应列的多个CDS电路341和342。

可以利用与输入电路相同的电路将CDS电路341和342实现为具有差分输入结构。

从有源像素阵列320输出的有源像素信号APS_O_1和APS_O_n、从OB像素阵列330输出的OB像素信号OB_O_1和OB_O_n、第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF用作CDS电路341和342的差分输入信号。

CDS电路341和342包括OB采样信号发生单元343、有源采样信号发生单元344和比较单元345。由于CDS电路341和342具有相同结构，所以下面将仅描述CDS电路341。

OB采样信号发生单元343基于斜坡信号发生器360的第一斜坡信号RAMP和OB像素阵列的OB像素信号OB_O_1产生OB采样信号，所述OB采样信号通过利用相关双采样从OB像素信号OB_O_1来采样。OB采样信号发生单元343包括第一开关S11、第一阻断电容器C11和第一信号储存电容器C21。第一开关S11控制OB像素信号OB_O的传输。第一阻断电容器C11耦接在第一斜坡信号RAMP的输入节点和第一开关S11的输出节点之间。第一信号储存电容器C21耦接至第一开关S11的输出节点，并且提供OB采样信号。

有源采样信号发生单元344基于有源像素阵列320的有源像素信号APS_O_1和斜坡信号发生器360的第二斜坡信号RAMP_REF产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素信号APS_O_1来采样。有源采样信号发生单元344包括第二开关S12、第二阻断电容器C12和第二储存电容器C22。第二开关S12控制有源像素信号APS_O的传输。第二阻断电容器C12耦接在第二斜坡信号RAMP_REF的输入节点和第二开关S12的输出节点之间。第二信号储存电容器C22耦接至第二开关S12的输出节点，并且提供有源采样信号。

比较单元345通过比较从有源采样信号发生单元344产生的有源采样信号与从OB采样信号发生单元343产生的OB采样信号来产生用于数字码发生的比较结果信号CD_O_1。比较单元345包括第三开关S21、第四开关S22和差分比较器A。比较单元345比较从OB采样信号发生单元343产生的OB采样信号和从有源采样信号发生单元344产生的有源采样信号，并且产生用于数字码发生的比较结果信号CDS_O_1。

第一开关S11和第二开关S12具有带有相同特性的相同元件。第一阻断电容器C11和第二阻断电容器C12具有带有相同特性的相同元件。第一信号储存电容器C21和第二信号储存电容器C22具有带有相同特性的相同元件。第三开关S21和第四开关S22具有带有相同特性的相同元件。

如上所述，CDS电路341通过将相同的电路用作输入电路来具有相同特性，诸如相同的时序特性(如图5中所示)。CDS电路341的比较器的输入被描述为方程式1中所表达的“Vinp–Vinm”。

[方程式1]

“Vinp–Vinm”＝(RAMP–RAMP_REF)–(APS_O–OB_O)

如在方程式1中表达的，通过具有相同噪声特性的有源像素信号APS_O和OB像素信号OB_O的差分操作来去除像素功率噪声。通过具有相同噪声特性的第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF的差分操作来去除斜坡噪声。

图5是在图4中所示的CDS阵列340的时序图。参考图5，可以经由差分操作来去除具有相同噪声特性的有源像素信号APS_O和OB像素信号OB_O。可以经由差分操作来去除具有相同噪声特性的第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF。

在本发明的一个实施例中，有源像素信号APS_O、OB像素信号OB_O、第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF以相同定时来采样，并且被差分输入。因而，如在方程式1中所表达的，像素功率噪声和斜坡噪声最终通过OB像素信号OB_O和第二斜坡信号RAMP_REF去除。

参考图5，第一开关S11和第二开关S12的第一高电平时段表示CDS的复位采样时段，以及第一开关S11和第二开关S12的第二高电平时段表示信号采样时段。有源像素信号APS_O和OB像素信号OB_O具有相同噪声特性。第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF具有相同噪声特性。因而，如在方程式1中所表达的，像素功率噪声可以通过有源像素信号APS_O和OB像素信号OB_O的差分操作去除。斜坡噪声可以通过第一斜坡信号RAMP和第二斜坡信号RAMP_REF的差分操作去除。

如上所述，在本发明的实施例中，可以通过利用相同电路使具有相同噪声特性的信号正确地匹配来有效去除像素功率噪声和斜坡噪声。

在本发明的另一个实施例中，可以通过将行方向的OB像素与有源像素一对一匹配来去除像素功率噪声，其中，未考虑斜坡噪声。

虽然已经相对于特定实施例描述了本发明，但是对于本领域的技术人员将显然的是，在不脱离如在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变和修改。

通过本发明的实施例可以看出，本发明提供了下面技术方案:

1.一种模数转换器，包括：

虚设采样信号发生单元，其适于基于第一斜坡信号产生虚设采样信号，所述虚设采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；

有源采样信号发生单元，其适于基于第二斜坡信号产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及

比较单元，其适于对所述虚设采样信号和所述有源采样信号进行比较。

2.如技术方案1所述的模数转换器，其中，所述虚设像素阵列包括光学黑(OB)像素阵列。

3.如技术方案1所述的模数转换器，其中，所述虚设采样信号发生单元和所述有源采样信号发生单元利用相同电路来具有差分输入结构。

4.如技术方案1所述的模数转换器，其中，所述虚设采样信号发生单元包括：

第一开关，其适于控制所述虚设像素信号的传输；

第一阻断电容器，其耦接在所述第一斜坡信号的输入节点和所述第一开关的输出节点之间；以及

第一信号储存电容器，其耦接至所述第一开关的输出节点，并且适于提供所述虚设像素信号。

5.如技术方案4所述的模数转换器，其中，所述有源采样信号发生单元包括：

第二开关，其适于控制所述有源像素信号的传输；

第二阻断电容器，其耦接在所述第二斜坡信号的输入节点和所述第二开关的输出节点之间；以及

第二信号储存电容器，其耦接至所述第二开关的输出节点，并且适于提供所述有源采样信号。

6.如技术方案5所述的模数转换器，其中，所述第一开关和所述第二开关具有相同元件，所述第一阻断电容器和所述第二电容器具有相同元件，以及所述第一信号储存电容器和所述第二信号储存电容器具有相同元件。

7.如技术方案1所述的模数转换器，其中，所述有源像素信号和所述虚设像素信号具有相同噪声特性，以及所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号具有相同噪声特性。

8.如技术方案1所述的模数转换器，其中，所述比较单元的输入被表达为，

Vinp–Vinm＝(RAMP–RAMP_REF)–(APS_O–OB_O),

其中，Vinp–Vinm意指所述比较单元的输入，RAMP意指所述第一斜坡信号，RAMP_REF意指所述第二斜坡信号，APS_O意指所述有源像素信号，以及OB_O意指所述虚设像素信号。

9.如技术方案1所述的模数转换器，其中，所述虚设像素阵列具有与所述有源像素阵列相同的水平特性。

10.如技术方案1所述的模数转换器，其中，在每个列，包括在所述虚设像素阵列中的虚设像素与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一匹配。

11.一种模数转换器，包括：

虚设采样信号发生单元，其适于产生虚设采样信号，所述虚设采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；

有源采样信号发生单元，其适于产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及

比较单元，其适于对所述虚设采样信号与所述有源采样信号进行比较。

12.如技术方案11所述的模数转换器，其中，所述虚设像素阵列包括光学黑(OB)像素阵列。

13.一种CMOS图像传感器，包括：

有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；

虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；

行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及

相关双采样(CDS)阵列，其适于基于第一斜坡信号和第二斜坡信号产生有源采样信号和虚设采样信号并且适于对所述有源采样信号与所述虚设采样信号进行比较，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

14.如技术方案13所述的CMOS图像传感器，其中，所述虚设像素阵列包括光学黑(OB)像素阵列。

15.如技术方案13所述的CMOS图像传感器，其中，所述CDS阵列在每个列包括CDS电路，以及

其中，所述CDS电路包括：

虚设采样信号发生单元，其适于基于所述第一斜坡信号产生从所述虚设像素信号采样的所述虚设采样信号；

有源采样信号发生单元，其适于基于所述第二斜坡信号从所述有源像素信号产生所述有源采样信号；以及

比较单元，其适于对所述虚设采样信号与所述有源采样信号进行比较。

16.如技术方案15所述的CMOS图像传感器，其中，所述虚设采样信号发生单元和所述有源采样信号发生单元利用相同电路来包括差分输入结构。

17.如技术方案15所述的CMOS图像传感器，其中，所述比较单元的输入被表达为，

Vinp–Vinm＝(RAMP–RAMP_REF)–(APS_O–OB_O),

其中，Vinp–Vinm意指所述比较单元的输入，RAMP意指所述第一斜坡信号，

RAMP_REF意指所述第二斜坡信号，APS_O意指所述有源像素信号，以及OB_O意指所述虚设像素信号。

18.如技术方案13所述的CMOS图像传感器，其中，所述有源像素信号和所述虚设像素信号具有相同噪声特性，以及所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号具有相同噪声特性。

19.如技术方案13所述的CMOS图像传感器，其中，所述虚设像素阵列沿着行方向设置成形成至少一行，并且具有与所述有源像素阵列相同的水平特性。

20.如技术方案13所述的CMOS图像传感器，其中，在每个列，包括在所述虚设像素阵列中的虚设像素与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一匹配。

21.一种CMOS图像传感器，包括：

有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；

虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；

行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及

相关双采样(CDS)阵列，其适于产生有源采样信号和虚设采样信号并且对所述有源采样信号与所述虚设采样信号进行比较，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

22.如技术方案21所述的CMOS图像传感器，其中，所述虚设像素阵列包括光学黑(OB)像素阵列。

23.如技术方案21所述的CMOS图像传感器，其中，所述虚设像素阵列沿着行方向设置成具有与所述有源像素阵列相同的水平特性。

24.一种CMOS图像传感器，包括：

有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；

虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号，其中，所述虚设像素阵列在每个列包括与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一相对应的虚设像素；

行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及

相关双采样(CDS)阵列，其适于产生有源采样信号和虚设采样信号，所述有源采样信号和所述虚设采样信号利用相关双采样从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

25.如技术方案24所述的CMOS图像传感器，其中，所述虚设像素阵列包括光学黑(OB)像素阵列。

Claims (10)

1.一种模数转换器，包括：

虚设采样信号发生单元，其适于基于第一斜坡信号产生虚设采样信号，所述虚设采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；

有源采样信号发生单元，其适于基于第二斜坡信号产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及

比较单元，其适于对所述虚设采样信号和所述有源采样信号进行比较。

2.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述虚设像素阵列包括光学黑(OB)像素阵列。

3.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述虚设采样信号发生单元和所述有源采样信号发生单元利用相同电路来具有差分输入结构。

4.如权利要求1所述的模数转换器，其中，所述虚设采样信号发生单元包括：

第一开关，其适于控制所述虚设像素信号的传输；

第一阻断电容器，其耦接在所述第一斜坡信号的输入节点和所述第一开关的输出节点之间；以及

第一信号储存电容器，其耦接至所述第一开关的输出节点，并且适于提供所述虚设像素信号。

5.如权利要求4所述的模数转换器，其中，所述有源采样信号发生单元包括：

第二开关，其适于控制所述有源像素信号的传输；

第二阻断电容器，其耦接在所述第二斜坡信号的输入节点和所述第二开关的输出节点之间；以及

第二信号储存电容器，其耦接至所述第二开关的输出节点，并且适于提供所述有源采样信号。

6.如权利要求5所述的模数转换器，其中，所述第一开关和所述第二开关具有相同元件，所述第一阻断电容器和所述第二电容器具有相同元件，以及所述第一信号储存电容器和所述第二信号储存电容器具有相同元件。

7.一种模数转换器，包括：

虚设采样信号发生单元，其适于产生虚设采样信号，所述虚设采样信号通过利用相关双采样从虚设像素阵列输出的虚设像素信号来采样；

有源采样信号发生单元，其适于产生有源采样信号，所述有源采样信号通过利用相关双采样从有源像素阵列输出的有源像素信号来采样；以及

比较单元，其适于对所述虚设采样信号与所述有源采样信号进行比较。

8.一种CMOS图像传感器，包括：

有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；

虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；

行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及

相关双采样(CDS)阵列，其适于基于第一斜坡信号和第二斜坡信号产生有源采样信号和虚设采样信号并且适于对所述有源采样信号与所述虚设采样信号进行比较，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

9.一种CMOS图像传感器，包括：

有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；

虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号；

行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及

相关双采样(CDS)阵列，其适于产生有源采样信号和虚设采样信号并且对所述有源采样信号与所述虚设采样信号进行比较，所述有源采样信号和所述虚设采样信号通过利用相关双采样分别从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。

10.一种CMOS图像传感器，包括：

有源像素阵列，其适于产生有源像素信号；

虚设像素阵列，其适于产生虚设像素信号，其中，所述虚设像素阵列在每个列包括与包括在所述有源像素阵列中的有源像素一对一相对应的虚设像素；

行驱动器，其适于控制所述有源像素阵列和所述虚设像素阵列以在相同列同时进行操作；以及

相关双采样(CDS)阵列，其适于产生有源采样信号和虚设采样信号，所述有源采样信号和所述虚设采样信号利用相关双采样从所述有源像素信号和所述虚设像素信号来采样。