CN106060434B - 通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减。斜坡产生器包含供电电压采样电路，所述供电电压采样电路经耦合以在黑色信号读出期间采样黑色信号供电电压，且在像素单元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压。第一积分器电路接收经缓冲的参考电压，及所述供电电压采样电路的输出。第一及第二开关耦合在所述第一积分器电路与第一电容器之间以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器。第二积分器电路耦合到所述第一电容器以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由模/数转换器接收。响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差来调整所述输出斜坡信号的起始值。

Description

通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器。更特定来说，本发明的实例涉及从图像传感器像素单元读出图像数据的电路。

背景技术

图像传感器已变得无处不在。它们广泛应用于数码相机，蜂窝电话、安全摄像机，以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器(且尤其是互补金属氧化物半导体(COMS)图像传感器)的技术已持续以迅猛的速度进步。举例来说，对更高分辨率及更低能耗的需求已促进CMOS图像传感器的进一步微型化及集成化。

在常规CMOS有源像素传感器中，从光敏装置(例如，光电二极管)转移图像电荷且所述图像电荷被转换成浮动扩散节点上的像素单元内部的电压信号。在常规CMOS图像传感器中，放大器(例如，源极跟随器电路)用于像素单元中以放大所述浮动扩散节点上的信号，以将图像数据输出到位线，所述图像数据由列读出电路读取。受像素单元的设计及布局约束的限制，源极跟随器电路可受不合意的电源抑制比(例如，-20dB)的影响。不合意的电源抑制比可带来许多挑战，包含可进入输出信号路径的来自电源的噪声。此外，电源的涟波可造成所捕获的图像中的非所要的水平涟波。

发明内容

一方面，本申请案涉及一种用于在图像传感器的读出电路中使用的斜坡产生器。所述斜坡产生器包括：供电电压采样电路，其耦合到所述图像传感器的像素单元以在所述像素单元的黑色信号读出期间采样所述像素单元的黑色信号供电电压，且以在所述像素单元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压；第一积分器电路，其具有第一输入，所述第一输入经耦合以接收经缓冲的参考电压；及第二输入，所述第二输入耦合到所述供电电压采样电路的输出；第一开关，其耦合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电容器之间；第二开关，其耦合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所述第一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器；以及第二积分器电路，其耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器电路经耦合以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差而调整所述输出斜坡信号的起始值。

另一方面，本申请案涉及一种成像系统。所述成像系统包括：像素阵列，其包含多个像素单元，所述多个像素单元经组织成多个行及列以用于捕获图像数据；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素单元读出所述图像数据。所述读出电路包含：感测放大器电路，其耦合到位线，所述位线耦合到所述像素阵列的所述多个列中的一者以采样图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以转换由所述感测放大器电路感测的所述图像数据；以及斜坡产生器，其经耦合以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收。所述斜坡产生器包含：供电电压采样电路，其耦合到所述像素阵列以在所述像素阵列的黑色信号读出期间采样所述像素阵列的黑色信号供电电压，且以在所述像素阵列的图像信号读出期间采样所述像素阵列的图像信号供电电压；第一积分器电路，其具有第一输入，所述第一输入经耦合以接收经缓冲的参考电压；及第二输入，所述第二输入耦合到所述供电电压采样电路的输出；第一开关，其耦合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电容器之间；第二开关，其耦合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所述第一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器；以及第二积分器电路，其耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器电路经耦合以产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差而调整输出斜坡信号的起始值。

附图说明

参考以下诸图描述本发明的非限制性及非穷尽实施例，其中相似参考数字贯穿各种视图是指相似部分，除非另有规定。

图1为说明根据本发明的教示的包含具有像素单元及读出电路以提高位线中的电源抑制比的像素阵列的实例成像系统的框图。

图2为说明根据本发明的教示的耦合到包含耦合到模/数转换器的斜坡产生器(其通过补偿像素单元的AVDD电源的变化来提高像素单元的电源抑制比)的读出电路的像素单元的一个实例的示意图。

图3为说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统的读出电路中的斜坡产生器的一个实例的示意图。

图4说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统的读出电路中的实例斜坡产生器中的信号的时序图。

对应参考字符贯穿图式的若干视图指示对应组件。所属领域的技术人员应了解，图中的元件出于简单及清楚的目的而说明，且未必是按比例绘制。举例来说，图中一些元件的尺寸相对于其它元件可被夸大以帮助提高对本发明的各种实施例的理解。此外，为了促进对本发明的这些各种实施例的更少的理解障碍，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用的或必要的普通但众所周知的元件。

具体实施方式

在以下描述中，阐述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将清楚，无需使用特定细节来实践本发明。在其它情况下，尚未详细描述众所周知的材料或方法以避免混淆本发明。

贯穿本说明书的对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的参考意指结合实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各种地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实例”或“一实例”的出现未必皆是指同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何合适组合及/或子组合的方式组合特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其它合适组件中。此外，所属领域的技术人员应了解，在此所提供给的图出于解释目的且未必按比例绘制图式。

根据本发明的教示的实例描述斜坡产生器，其经耦合以向包含于图像传感器读出电路中的模/数转换器提供斜坡信号。在一个实例中，所述斜坡产生器包含供电电压采样电路，其经耦合以在像素单元的黑色信号读出期间采样所述像素单元的黑色信号供电电压，且在所述像素单元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压。所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差用以确定电源中涟波的量。第一积分器电路耦合到所述供电电压采样电路的输出。第一及第二开关耦合在所述第一积分器电路与第一电容器之间。所述第一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器。第二积分器电路耦合到所述第一电容器以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述图像传感器读出电路中的模/数转换器接收。响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差而调整所述输出斜坡信号的起始值。通过响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差而调整所述输出斜坡信号的起始值，供电电压中的涟波得到补偿，其因此提供根据本发明的教示的所述图像传感器中的提高的电源抑制比。

为了说明，图1为说明根据本发明的教示的包含具有像素单元及读出电路以提高位线中的电源抑制比的像素阵列的实例成像系统的框图。如所展示，图1描绘根据本发明的教示的包含具有提供提高的电源抑制比的斜坡产生器的读出电路104的图像感测系统100的一个实例。如在所描绘的实例中所展示，成像系统100包含像素阵列102，其耦合到控制电路108；及读出电路104，其耦合到功能逻辑106。

在一个实例中，像素阵列102为成像传感器或像素单元(例如，像素单元P1、P2、P3、……、Pn)的二维(2D)阵列。在一个实例中，每一像素单元为COMS成像像素。如所说明，将每一像素布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获取人员、位置、对象等等的图像数据，其能够随后用于呈现人员、位置、对象等等的2D图像。

在一个实例中，在每一像素单元已累积其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路104通过列位线110读出且随后传送到功能逻辑106。在各种实例中，读出电路104可包含额外放大电路、采样电路、额外模/数(ADC)转换电路或其它电路。功能逻辑106可仅存储图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或以其它方式)操纵图像数据。在一个实例中，读出电路104可沿读出列位线110一次读出一行图像数据(已说明)或可使用各种其它技术读出图像数据(未说明)，例如，串行读出或同时完全并行读出全部像素。

在一个实例中，控制电路108耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性。举例来说，控制电路108可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，所述快门信号为全局快门信号，其用于同时使像素阵列102内的所有像素能够在单一获取窗口期间同时捕获其相应图像数据。在另一实例中，所述快门信号为滚动快门信号，使得像素的每一行、列或群组在连续获取窗口期间被循序地启用。

图2为说明根据本发明的教示的耦合到包含耦合到模/数转换器的斜坡产生器(其通过补偿像素单元的AVDD电源的涟波或变化来提高像素单元的电源抑制比)的读出电路的像素单元的一个实例的示意图。特定来说，图2展示根据本发明的教示的耦合到具有读出架构(其补偿像素阵列202的像素单元212的AVDD电源的涟波或变化)的读出电路204的列的像素阵列202的像素单元212的一个实例的示意图。应注意，图2的像素单元212、像素阵列202及读出电路204可为图1的实例像素单元P1、P2、……、Pn，像素阵列102及读出电路104，且下文参考的类似命名及编号的元件因此类似于如上文所描述而耦合及起作用。

在图2所描绘的实例中，说明像素单元212为四晶体管(4T)像素单元。应了解，像素单元212为用于实施像素阵列202内的每一像素单元的像素电路架构的一个可能实例。然而，应了解，未必将根据本发明的教示的其它实例限于4T像素架构。受益于本发明的所属领域的技术人员应理解，本教示还适用于根据本发明的教示的3T设计、5T设计及各种其它像素单元架构。

在图2所描绘的实例中，像素单元212包含光敏元件(其也可被称作累积图像电荷的光电二极管(PD)214)、转移晶体管T1 216、复位晶体管T2 218、浮动扩散(FD)节点222、放大器晶体管(其说明为源极跟随器(SF)晶体管T3 224)及行选择晶体管T4 226。在操作期间，转移晶体管T1 216接收转移信号TX，其选择性的将在光敏元件PD 214中累积的图像电荷转移到浮动扩散FD节点222。

如在所说明的实例中所展示，复位晶体管T2 218耦合在供电电压AVDD 220与浮动扩散节点FD 222之间以响应于复位信号RST而复位像素单元212中的电平(例如，将浮动扩散节点FD 222及光敏元件PD 214放电或充电到预设电压)。浮动扩散节点FD 222经耦合以控制放大器晶体管SF T3 224的栅极。放大器晶体管SF T3 224耦合在供电电压AVDD 220与行选择晶体管RS T4 226之间。放大器晶体管SF T3 224作为源极跟随器放大器而操作，从而提供到浮动扩散节点FD 222的高阻抗连接。行选择晶体管RS T4 226响应于行选择信号RS而选择性地将像素单元212的图像数据输出耦合到读出列位线210。在所说明的实例中，位线210经耦合以选择性地从像素阵列202的一列读出图像数据。

图2中所描绘的实例还说明读出电路204的列，其包含感测放大器电路228，感测放大器电路228耦合到位线210以从像素阵列202的像素单元212读出图像数据。在一个实施例中，用感测放大器电路228感测的图像数据可被采样，且随后输出到模/数转换器230，模/数转换器230转换从感测放大器电路228接收的经感测的模拟图像数据。

在一个实例中，模/数转换器230也经耦合以从斜坡产生器232接收参考斜坡信号Ramp_out 234。在模/数转换器230的转换过程期间，参考斜坡信号Ramp_out 234从起始值减小(或增大)。在一个实例中，模/数转换器230响应于参考斜坡信号Ramp_out 234信号及从感测放大器电路228接收的模拟图像数据信号而在转换过程完成之后输出数字图像数据238信号。在一个实例中，数字图像数据238随后可由功能逻辑106(如图1中所展示)接收。

如下文将更详细论述，根据本发明的教示，可由斜坡产生器232通过调整参考斜坡信号Ramp_out 234的起始值来补偿发生在AVDD供电电压220中的变化或涟波，以提高电源抑制比。在实例中，根据本发明的教示，AVDD供电电压220中的涟波越大，对参考斜坡信号Ramp_out 234的起始值的调整就越大。

在一个实例中，斜坡产生器232响应于参考带隙电压V_BG236及从像素阵列202的像素单元220接收的AVDD供电电压220而产生参考斜坡信号Ramp_out 234。如将论述，根据本发明的教示，由斜坡产生器232通过寻找在从像素阵列202读出黑色信号时与从像素阵列202读出图像信号时之间的AVDD供电电压220中的差来确定AVDD供电电压220中的变化或涟波。

为了说明，图3为说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统的读出电路中的斜坡产生器332的一个实例的示意图。应注意，图3的斜坡产生器332可为图2的斜坡产生器232的实例，且下文参考的类似命名及编号的元件因此类似于如上文所描述而耦合及起作用。

如在所描绘的实例中所展示，斜坡产生器332包含供电电压采样电路340，其耦合到图像传感器的像素单元312以在像素单元312的黑色信号读出期间采样像素单元312的AVDD供电电压320的黑色信号供电电压值。此外，供电电压采样电路340也适于在像素单元312的图像信号读出期间采样像素单元312的AVDD供电电压320的图像信号供电电压值。随后可确定差(在本发明中指ΔAVDD)：

ΔAVDD＝V_avdd_signal-V_avdd_black (等式1)

其中V_avdd_signal为在像素单元312的图像信号读出期间的像素单元312的AVDD供电电压320的图像信号供电电压值，且其中V_avdd_black为在像素单元312的黑色信号读出期间的像素单元312的AVDD供电电压320的黑色信号供电电压值。在实例中，所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的ΔAVDD差可用以确定像素单元312的AVDD电源中的涟波或变化。

在一个实例中，供电电压采样电路340包含感测放大器SA1 342，其经耦合以从像素单元312接收供电电压AVDD 320。在实例中，感测放大器SA1 342为单输入/单输出放大器OP2，其具有单反相输入端子且不具有非反相端子(即，无“+”端子)。因此，在实例中，感测放大器SA1 342具有负增益a1，其用以匹配真实信号路径。

图3中所描绘的实例还展示供电电压采样电路340包含均衡开关EQ 346，均衡开关EQ 346耦合在感测放大器SA1 342的输入与感测放大器SA1 342的输出之间。在操作中，均衡开关EQ 346可闭合或接通以在黑色信号供电电压的采样之前(即，在采样V_avdd_black之前)均衡感测放大器SA1 342的输出与感测放大器SA1 342的输入。

在所描绘的实例中，图3还展示供电电压采样电路340包含供电电压采样开关SP0348，其耦合在感测放大器SA1 342的输出与感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350之间。

如在图3中所描绘的实例中所展示，第一积分器电路354具有第一输入，其经耦合以接收经缓冲的参考电压Vbg_buf 368。在一个实例中，经缓冲的参考电压Vbg_buf 368响应于参考带隙电压V_BG336而具备电压跟随器耦合的运算放大器OP1 370。例如，如在实例中所展示，参考带隙电压V_BG336被采样到电容器C1 372上，电容器C1 372响应于Samp_vrn 374信号而耦合到运算放大器OP1 370的非反相(“+”)端子。运算放大器OP1 370的输出耦合到运算放大器OP1 370的反相(“-”)端子，其因此将运算放大器OP1 370配置为电压跟随器。因而，在运算放大器OP1 370的输出处提供经缓冲的参考电压Vbg_buf 368到第一积分器电路354的第一输入。

在图3中所展示的实例中，第一积分器电路354还包含第二输入，其耦合到供电电压采样电路340的输出。特定来说，所描绘的实例展示第一积分器电路354包含第一积分器耦合的运算放大器OP3 356，其包含第一输入，所述第一输入通过第三电容器C4 352电容耦合到供电电压采样电路340。在实例中，第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第一输入为反向(“-”)输入。第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第一输入通过第四电容器C5358进一步电容耦合到第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的输出。如在实例中所展示，第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第二输入经耦合以接收经缓冲的参考电压Vbg_buf 368。在实例中，第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第二输入为非反相(“+”)输入。在所描绘的实例中，第一积分器输出电容器C6 362耦合到第一积分器电路354的输出，如所展示。

图3中所展示的实例说明第一积分器电路354还包含第一积分器均衡开关AZ1360，其耦合在第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第一输入(即，第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的反相端子)与输出之间。如下文将进一步详细论述，第一积分器均衡开关AZ1 360经调适为接通，同时采样黑色信号供电电压(即，V_avdd_black)。此外，在采样黑色信号供电电压之后，第一积分器均衡开关AZ1 360经调适为断开。

图3中所说明的实例还展示第一开关T_cvdn_b 364，其耦合在第一积分器电路354的第二输入与第一电容器C7 378之间。第二开关T_cvdn 366耦合在第一积分器电路354的输出与第一电容器C7 378之间。如下文将论述，第一开关T_cvdn_b 364及第二开关T_cvdn366经调适(为接通及断开)以将表示ΔAVDD(即，所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差)的信号传送到第一电容器C7 378。

在操作中，当第二开关T_cvdn 366断开时，第一开关T_cvdn_b 364经调适为接通。类似地，当第二开关T_cvdn 366接通时，第一开关T_cvdn_b 364经调适为断开。当第一开关T_cvdn_b 364接通时，表示所述黑色信号供电电压(即，V_avdd_black)的信号被传送到第一电容器C7 378。当第二开关T_cvdn 366接通时，表示ΔAVDD(即，V_avdd_signal-V_avdd_black)的信号被传送到第一电容器C7 378。

如在图3中所描绘的实例中所展示，第一电容器C7 378耦合到第二电容器C8 380。第一电容器C7 378及第二电容器C8 380包含于电容分压器376中。在实例中，电容分压器376的第一电容器C7 378与第二电容器C8 380的电容比匹配像素单元312的供电电压AVDD320与像素单元312的位线输出比的比。例如，在一个实例中，第一电容器C7 378与第二电容器C8 380的电容比为1:6，如图3中所说明。

如在实例中所展示，第二积分器电路384耦合到第一电容器C7 378及第二电容器C8 380。第二积分器电路384经耦合以产生输出斜坡信号Ramp_out 334，输出斜坡信号Ramp_out 334经耦合以由模/数转换器(其可(例如)为图2中所说明的模/数转换器230)接收。应了解，图3的输出斜坡信号Ramp_out 334可因此为图2的参考斜坡信号Ramp_out 234的实例。如将论述，响应于ΔAVDD而调整输出斜坡信号334的起始值，其根据本发明的教示补偿AVDD供电电压320中的涟波或变化，且因此提高电源抑制比。

在图3所描绘的实例中，第二积分器电路384包含第二积分器耦合的运算放大器OP4 388，其包含第一输入，所述第一输入耦合到第一电容器C7 378以接收斜坡产生器输入参考信号382。第二积分器耦合的运算放大器OP4 388的第二输入通过第五电容器C9 392电容耦合到第二积分器耦合的运算放大器OP4 388的输出。在一个实例中，第二积分器耦合的运算放大器OP4 388的所述第二输入进一步经耦合以接收恒定输入信号IN 386。例如，在一个实例中，恒定输入信号IN 386经耦合以从恒定电流源被接收。在实例中，第二积分器耦合的运算放大器OP4 388的所述输出经耦合以提供输出斜坡信号Ramp_out 334，其在一个实例中经耦合以由模/数转换器(例如，图2的模/数转换器230)接收。

在图3所描绘的实例中，第二积分器均衡开关Ramp_en 390耦合在第二积分器耦合的运算放大器OP4 388的所述第二输入与所述输出之间。在实例中，第二积分器均衡开关Ramp_en 390经调适为接通以均衡第二积分器均衡开关Ramp_en 390的第二输入与输出。在实例中，响应于第二积分器均衡开关Ramp_en 390可启用或禁用输出斜坡信号Ramp_out334的操作。

图4说明根据本发明的教示的提高位线中的电源抑制比的包含于图像感测系统的读出电路中的实例斜坡产生器中的信号的时序图490。应注意，图4的时序图490中所说明的信号可为在操作期间的关于图3的斜坡产生器332所描述的元件中发现的对应信号的实例。相应地，应了解，下文参考的类似命名及编号的元件因此类似于如上文所描述而耦合及起作用。此外，应了解，下文使用指示断言/解除断言、打开/关闭等等的术语高/低或接通/断开来描述数字逻辑信号。当然应注意，所属领域的技术人员应了解，在其它实例中，根据本发明的教示，可颠倒逻辑电路的极性且因此使本文所描述的信号反相以实现类似或等效功能。

如时序图498中所展示，在时间T0，EQ 446信号为高，其因此初始化在感测放大器SA1 342的输出处的电压以等于感测放大器SA1 342的输入。此经均衡的SA1电压为V_A494在时间T0的初始电压，其为跨越感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350的电压。

AZ1 360信号在时间T0也为高，其因此初始化在第一积分器耦合的运算放大器OP3356的输出处的电压以等于第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第一输入(即，反相输入)。在实例中，第一积分器耦合的运算放大器OP3 356在操作期间均衡所述第一输入与所述第二输入(即，反相输入与非反相输入)之间的电压差。由于第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第二输入耦合到经缓冲的参考电压Vbg_buf 368，因此所述第一输入因此也被设定为经缓冲的参考电压Vbg_buf 368。此经缓冲的参考电压Vbg_buf 368因此为如所展示的V_B496的恒定电压，其为在第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的第一输入处的电压。

在时间T1，EQ 446信号变为低，其因此使感测放大器SA1 342能够开始采样AVDD供电电压320，同时开关SP0信号448为高。在实例中，像素312在此时正读出黑色信号，且从AVDD供电电压320采样的信号因此为黑色信号供电电压，其也可被称作V_avdd_black。

在时间T2，开关SP0信号448变为低，其因此完成将所述黑色信号供电电压(V_avdd_black)采样到感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350。

在时间T3，Samp_vrn 474信号从高变为低，其因此完成将Vrn电压采样到第二电容器C8 380，以及将参考带隙电压V_BG336采样到电容器C1 372。在所描绘的实例中，应注意，被采样到第二电容器C8 380的Vrn电压为如所展示的Ramp_out 434信号的电压。

在时间T4，AZ1 460信号从高变为低，其因此使第一积分器耦合的运算放大器OP3356能够积分。在实例中，其中AZ1 460信号现在断开，第一开关T_cvdn_b 464信号接通，且第二开关T_cvdn 466断开，黑色信号供电电压(即，V_avdd_black)被传送到第一电容器C7378。

在时间T5，SP0 448再次从低变为高，其因此使感测放大器SA1 342能够再次开始采样AVDD供电电压320。在实例中，像素312在此时正读出图像信号，且从AVDD供电电压320采样的信号因此为图像信号供电电压，其也可被称作V_avdd_signal。当图像信号供电电压V_avdd_signal被采样到输出电容器C3 350时，电压V_A494升高(如所展示)。

在时间T6，开关SP0信号448变为低，其因此完成将图像信号供电电压(V_avdd_signal)采样到感测放大器SA1 342的输出电容器C3 350上。在此时，跨越输出电容器C3350的电压V_A494已变为：

V_A＝经均衡的SA1-a1×ΔAVDD (等式2)

其中a1为感测放大器SA1 342的增益的绝对值，其用以匹配真实信号路径，且ΔAVDD为图像信号供电电压(V_avdd_signal)与黑色信号供电电压(V_avdd_black)之间的差。此外，在此时，当AZ1 460信号断开时，第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的输出可描述如下：

Vop3_out＝Vbg_buf-ΔAVDD×(C4/C5) (等式3)

其中Vop3_out为在第一积分器耦合的运算放大器OP3 356的输出处的电压，Vbg_buf为经缓冲的参考电压Vbg_buf 368，ΔAVDD为图像信号供电电压(V_avdd_signal)与黑色信号供电电压(V_avdd_black)之间的差，C4为第三电容器C4 352的电容，且C5为第四电容器C5 358的电容。

在时间T7，第一开关T_cvdn_b 464信号从高变为低，且第二开关T_cvdn 466信号从低变为高。在实例中，AZ1 460信号断开，图像信号供电电压与黑色信号供电电压之间的差(即，ΔAVDD＝V_avdd_signal-V_avdd_black)被传送到第一电容器C7 378。如在图4中所展示，现在时间T7将ΔAVDD传送到第一电容器C7 378，将Ramp_out 434信号的电压从Vrn调整到

Ramp_out＝Vrn+δ×ΔAVDD (等式4)

其中Vrn为在响应于ΔAVDD而被调整之前的Ramp_out 424信号的电压。根据以下等式来确定乘数δ

(等式5)

其中C7为第一电容器C7 378的电容，且C8为电容分压器376的第二电容器C8 380的电容，其用以匹配供电电压AVDD与位线输出比的比。因此应了解，ΔAVDD越大，AVDD供电电压涟波就越大，且对Ramp_out 424信号的起始值的调整就越大，以根据本发明的教示补偿电源中的变化且提高电源抑制比。此外，如果不存在ΔAVDD，那么不存在AVDD供电电压涟波，且不存在对Ramp_out 424信号的起始值的调整。

在时间T8，接通斜坡启用Ramp_en 490信号，其使Ramp_out 424信号能够开始产生斜坡(如所展示)。在一个实例中，Ramp_en 490信号经启用以向模/数转换器(例如，图2的模/数转换器230)提供参考信号以将来自像素阵列202的模拟图像数据转换成数字图像数据238。

在时间T9，断开斜坡启用Ramp_en 490信号，且借助于根据本发明的教示的提高的电源比来完成模/数转换。在实例中，第一开关T_cvdn_b 464信号从低变回高，且第二开关T_cvdn 466从高变回低(如所展示)，以准备根据本发明的教示的下一个模/数转换的斜坡产生器。

不希望本发明的所说明的实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)为穷尽性或限于所揭示的精确形式。尽管本文描述本发明的特定实施例及本发明的实例是出于说明性目的，但在不脱离本发明的更广精神及范围的情况下的各种等效修改为可能的。

依据以上详细描述可对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书和权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围全部由所附权利要求书确定，应根据权利要求解释的既定原则来解释所附权利要求书。本说明书及图应相应地被视为说明性的而非限制性的。

Claims (21)

1.一种用于在图像传感器的读出电路中使用的斜坡产生器，其包括：

供电电压采样电路，其耦合到所述图像传感器的像素单元以在所述像素单元的黑色信号读出期间采样所述像素单元的黑色信号供电电压，且以在所述像素单元的图像信号读出期间采样所述像素单元的图像信号供电电压；

第一积分器电路，其具有第一输入，所述第一输入经耦合以接收经缓冲的参考电压；及第二输入，所述第二输入耦合到所述供电电压采样电路的输出；

第一开关，其耦合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电容器之间；

第二开关，其耦合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所述第一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器；以及

第二积分器电路，其耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器电路经耦合以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差而调整所述输出斜坡信号的起始值。

2.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中当所述第二开关为断开时，所述第一开关经调适为接通，且其中当所述第二开关为接通时，所述第一开关经调适为断开，其中当所述第一开关为接通时，将表示所述黑色信号供电电压的信号传送到所述第一电容器，且其中当所述第二开关为接通时，将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差的所述信号传送到所述第一电容器。

3.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述第一电容器耦合到第二电容器，其中所述第一及第二电容器包含于电容分压器中，其中所述电容分压器的所述第一电容器与所述第二电容器的电容比匹配所述像素单元的所述供电电压与所述像素单元的位线输出比的比。

4.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述供电电压采样电路包含感测放大器，其经耦合以接收所述像素单元的所述供电电压，其中所述感测放大器具有负增益。

5.根据权利要求4所述的斜坡产生器，其中所述供电电压采样电路进一步包含均衡开关，其耦合在所述感测放大器的输入与所述感测放大器的输出之间以在所述黑色信号供电电压的所述采样之前来均衡所述感测放大器的所述输出与所述感测放大器的所述输入。

6.根据权利要求4所述的斜坡产生器，其中所述供电电压采样电路进一步包含供电电压采样开关，其耦合在所述感测放大器的输出与所述感测放大器的输出电容器之间。

7.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其进一步包括电压跟随器耦合的运算放大器，其经耦合以响应于带隙电压而向所述第一积分器电路的所述第一输入提供所述经缓冲的参考电压。

8.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述第一积分器电路包含：

第一积分器耦合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入通过第三电容器电容耦合到所述供电电压采样电路，其中所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入通过第四电容器进一步电容耦合到所述第一积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第一积分器耦合的运算放大器的第二输入经耦合以接收所述经缓冲的参考电压；以及

第一积分器均衡开关，其耦合在所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入与所述输出之间，其中在采样所述黑色信号供电电压时，所述第一积分器均衡开关经调适为接通，且其中在采样所述黑色信号供电电压之后，所述第一积分器均衡开关经调适为断开。

9.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其进一步包括第一积分器输出电容器，所述第一积分器输出电容器耦合到所述第一积分器电路的所述输出。

10.根据权利要求1所述的斜坡产生器，其中所述第二积分器电路包含：

第二积分器耦合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的第二输入通过第五电容器电容耦合到所述第二积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入经进一步耦合以接收恒定输入信号，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述输出经耦合以产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收；以及

第二积分器均衡开关，其耦合在所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入与所述输出之间，其中所述第二积分器均衡开关经调适为接通以均衡所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入与所述输出。

11.一种成像系统，其包括：

像素阵列，其包含多个像素单元，所述多个像素单元经组织成多个行及列以用于捕获图像数据；

控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及

读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素单元读出所述图像数据，所述读出电路包含：

感测放大器电路，其耦合到位线，所述位线耦合到所述像素阵列的所述多个列中的一者以采样图像数据；

模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以转换由所述感测放大器电路感测的所述图像数据；以及

斜坡产生器，其经耦合以产生输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收，所述斜坡产生器包含：

供电电压采样电路，其耦合到所述像素阵列以在所述像素阵列的黑色信号读出期间采样所述像素阵列的黑色信号供电电压，且以在所述像素阵列的图像信号读出期间采样所述像素阵列的图像信号供电电压；

第一积分器电路，其具有第一输入，所述第一输入经耦合以接收经缓冲的参考电压；及第二输入，所述第二输入耦合到所述供电电压采样电路的输出；

第一开关，其耦合在所述第一积分器电路的所述第一输入与第一电容器之间；

第二开关，其耦合在所述第一积分器电路的输出与所述第一电容器之间，其中所述第一及第二开关经切换以将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的差的信号传送到所述第一电容器；以及

第二积分器电路，其耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器电路经耦合以产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收，其中响应于所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差而调整输出斜坡信号的起始值。

12.根据权利要求11所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑耦合到所述读出电路以存储从所述多个像素单元读出的所述图像数据。

13.根据权利要求11所述的成像系统，其中当所述第二开关为断开时，所述第一开关经调适为接通，且其中当所述第二开关为接通时，所述第一开关经调适为断开，其中当所述第一开关为接通时，将表示所述黑色信号供电电压的信号传送到所述第一电容器，且其中当所述第二开关为接通时，将表示所述图像信号供电电压与所述黑色信号供电电压之间的所述差的所述信号传送到所述第一电容器。

14.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述第一电容器耦合到第二电容器，其中所述第一及第二电容器包含于电容分压器中，其中所述电容分压器的所述第一电容器与所述第二电容器的电容比匹配所述像素阵列的所述供电电压与所述像素阵列的位线输出比的比。

15.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述供电电压采样电路包含感测放大器，其经耦合以接收所述像素阵列的所述供电电压，其中所述感测放大器具有负增益。

16.根据权利要求15所述的成像系统，其中所述供电电压采样电路进一步包含均衡开关，其耦合在所述感测放大器的输入与所述感测放大器的输出之间以在所述黑色信号供电电压的所述采样之前来均衡所述感测放大器的所述输出与所述感测放大器的所述输入。

17.根据权利要求15所述的成像系统，其中所述供电电压采样电路进一步包含供电电压采样开关，其耦合在所述感测放大器的输出与所述感测放大器的输出电容器之间。

18.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述斜坡产生器进一步包含电压跟随器耦合的运算放大器，其经耦合以响应于带隙电压而向所述第一积分器电路的所述第一输入提供所述经缓冲的参考电压。

19.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述第一积分器电路包含：

第一积分器耦合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入通过第三电容器电容耦合到所述供电电压采样电路，其中所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入通过第四电容器进一步电容耦合到所述第一积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第一积分器耦合的运算放大器的第二输入经耦合以接收所述经缓冲的参考电压；以及

第一积分器均衡开关，其耦合在所述第一积分器耦合的运算放大器的所述第一输入与所述输出之间，其中在采样所述黑色信号供电电压时，所述第一积分器均衡开关经调适为接通，且其中在采样所述黑色信号供电电压之后，所述第一积分器均衡开关经调适为断开。

20.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述斜坡产生器进一步包含第一积分器输出电容器，所述第一积分器输出电容器耦合到所述第一积分器电路的所述输出。

21.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述第二积分器电路包含：

第二积分器耦合的运算放大器，其包含第一输入，所述第一输入耦合到所述第一电容器，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的第二输入通过第五电容器电容耦合到所述第二积分器耦合的运算放大器的输出，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入经进一步耦合以接收恒定输入信号，其中所述第二积分器耦合的运算放大器的所述输出经耦合以产生所述输出斜坡信号，所述输出斜坡信号经耦合以由所述模/数转换器接收；以及

第二积分器均衡开关，其耦合在所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入与所述输出之间，其中所述第二积分器均衡开关经调适为接通以均衡所述第二积分器耦合的运算放大器的所述第二输入与所述输出。