CN106060435B - 用于低噪声图像传感器的斜坡产生器 - Google Patents

用于低噪声图像传感器的斜坡产生器 Download PDF

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Abstract

本申请案涉及用于低噪声图像传感器的斜坡产生器。一种用于图像传感器中的读出电路包含感测放大器电路，所述感测放大器电路耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据。模/数转换器耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据。斜坡产生器电路经耦合以产生第一斜坡信号。所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据。第一电容性分压器耦合到所述斜坡产生器。所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。

Description

用于低噪声图像传感器的斜坡产生器
技术领域
本发明大体上涉及图像传感器。更具体地，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所不在。图像传感器在数码相机、蜂窝式电话、监控摄像机、以及医疗、汽车及其它应用中广泛使用。用于制造图像传感器及(特定来说)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术持续大幅进步。举例来说，对高分辨率及低功率消耗的需求促使CMOS图像传感器的进一步小型化及集成。
在CMOS图像传感器中，例如水平噪声(h噪声)、电路电源抑制比(PSRR)、功率消耗等等的性能因素已成为近年来努力改善的关键参数。因为人类视觉对图像中的水平条带/噪声特别敏感，所以已做出巨大努力来减少这种类型的噪声。具体地，关于最常见的图像传感器读出结构，逐列模/数转换器往往会产生大量水平噪声，这是因为斜坡产生器为逐行信号。因此，斜坡产生器斜坡输出中的任何噪声导致不同的逐行读出性能。类似地，归因于单端型斜坡产生器的性质，电源抑制比也为待考虑的重要因素。不足的电源抑制比将导致归因于模拟电源中的脉动的图像水平条带。
图像传感器芯片的另一问题是模拟功率消耗。最先进的图像传感器的典型模拟电源为约2.8V。此高模拟VDD电压是必要的，以便使像素输出全阱信号。然而，在以更激进的方式产生图像像素的情况下，较小尺寸像素还具有较低的全阱要求。因此，与先前图像像素相比，约1V、约500mV或甚至更低的像素输出范围是足够的。在具有较低像素输出范围的这些情况下，较低模拟VDD供应电压为极大地减小功率消耗的未来图像传感器设计的趋势。因此，读出电路还需要适应此较低模拟VDD供应电压趋势，同时仍维持相同的低噪声性能。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：感测放大器电路，其耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据；以及第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。
本发明的另一实施例涉及一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含组织成多个行和列以用于捕获图像数据的多个像素单元；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，其耦合到位线以从像素阵列感测模拟图像数据；模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号，其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据和所述第一斜坡信号产生所述数字图像数据；以及第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。
附图说明
参看以下各图描述本发明的非限制性和非详尽性实施例，其中除非另外指定，否则贯穿各视图相似参考数字指相似部分。
图1为说明根据本发明的教示的实例成像系统的框图，所述成像系统包含具有像素单元和带有用于实现低噪声的斜坡产生器的读出电路的像素阵列。
图2为说明根据本发明的教示的像素单元的一个实例的示意图，所述像素单元耦合到包含用于实现低噪声的斜坡产生器的读出电路。
图3为说明根据本发明的教示的包含在具有低噪声的读出电路中的斜坡产生器的一个实例的更详细细节的示意图。
图4为说明根据本发明的教示的包含在具有低噪声的读出电路中的斜坡产生器的另一实例的更详细细节的示意图。
图5说明根据本发明的教示的包含在具有低噪声的读出电路中的实例斜坡产生器中的信号的时序图。
贯穿图式的若干视图，对应的参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图式中的元件是出于简化及清楚目的而说明且未必是按比例绘制。举例来说，图式中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大以帮助改善对本发明的各种实施例的理解。并且，通常未描绘在商业可行实施例中有用或有必要的常见而容易理解的元件，以促进更容易地查看本发明的这些各种实施例。
具体实施方式
在以下描述中，阐述许多特定细节以便提供对本发明的彻底了解。然而，所属领域的一般技术人员将显而易见，不需要采用所述特定细节实践本发明。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”的引用意味着结合所述实施例或实例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”在贯穿本说明书的各处的出现未必全都是指同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何合适组合和/或子组合来组合特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能性的其它合适组件中。另外，应了解，本文提供的图式是出于向所属领域的一般技术人员解释的目的且图式未必是按比例绘制。
根据本发明的教示的实例描述经耦合以提供用于模/数转换器的斜坡信号的斜坡产生器。在一个实例中，斜坡产生器在以电容性分压器接收以减少噪声的输出斜坡信号上具有相对大的输出电压摆幅。通过电容性分压器减小斜坡信号的输出电压摆幅。在一个实例中，斜坡产生器提供具有两个输出斜坡信号的差动斜坡输出。在实例中，两个输出斜坡信号为具有相对大的输出电压摆幅的互补信号。在实例中，存在耦合到斜坡产生器的每一差动斜坡输出以减少噪声的电容性分压器。通过相应电容性分压器减小每一斜坡信号的输出电压摆幅以减小输出电压摆幅。
为了说明，图1为说明根据本发明的教示的实例成像系统的框图，所述实例成像系统包含具有像素单元和用于提高位线中的电源抑制比的读出电路的像素阵列。具体地，图1描绘根据本发明的教示的图像感测系统100的一个实例，所述图像感测系统包含具有带有低噪声的斜坡产生器的读出电路104。如所描绘的实例中所显示，成像系统100包含耦合到控制电路108及读出电路104的像素阵列102，所述读出电路耦合到功能逻辑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CMOS成像像素。如所说明，每一像素单元布置成行(例如，行R1到行Ry)及列(例如，列C1到列Cx)以获取人物、场所、物体等等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人物、场所、物体等等的2D图像。
在一个实例中，在每一像素单元已积累其图像数据或图像电荷之后，由读出电路104通过列位线110读出图像数据且接着将所述图像数据转移到功能逻辑106。如将显示，在各个实例中，读出电路104还可包含放大电路、取样电路、模/数转换器电路、斜坡产生器电路或其它电路。功能逻辑106可简单地存储图像数据或甚至可通过施加后处理图像效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵图像数据。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内的全部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，使得每一行、每一列或每一组像素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像素单元的一个实例的示意图，所述像素单元耦合到包含斜坡产生器的读出电路，所述斜坡产生器耦合到带有低噪声的模/数转换器。具体地，图2显示根据本发明的教示的像素阵列202的像素单元212的一个实例的示意图，所述像素阵列耦合到具有带有低噪声的读出架构的读出电路204的一列。应注意，图2的像素单元212、像素阵列202和读出电路204可为图1的实例像素单元P1、P2、…Pn，像素阵列102和读出电路104，并且下文引用的经类似命名和编号的元件因此类似于如上文描述那样经耦合和起作用。
在图2中所描绘的实例中，像素单元212说明为是四晶体管(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，根据本发明的教示的其它实例不一定限于4T像素架构。受益于本发明的所属领域的一般技术人员将理解，本教示还可适用于3T设计、5T设计和根据本发明的教示的各种其它像素单元架构。
在图2中所描绘的实例中，像素单元212包含光敏元件(其也可称为用于积累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(其也说明为源极跟随器(SF)晶体管T3 224)以及行选择晶体管T4 226。在操作期间，转移晶体管T1 216接收转移信号TX，其将积累在光敏元件PD 214中的图像电荷选择性地转移到浮动扩散FD节点222。
如所说明的实例中所显示，复位晶体管T2218耦合在供应电压AVDD 220与浮动扩散节点FD 222之间，以响应于复位信号RST复位像素单元212中的电平(例如，将浮动扩散节点FD 222和光敏元件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耦合在供应电压AVDD 220与行选择晶体管RS T4 226之间。放大器晶体管SF T3 224作为提供到浮动扩散节点FD 222的高阻抗连接的源极跟随器放大器而操作。行选择晶体管RS T4 226响应于行选择信号RS将像素单元212的图像数据输出选择性地耦合到读出列位线210。在所说明的实例中，位线210经耦合以从像素阵列202的一列选择性地读出图像数据。布置在同一列中的像素单元可共享同一位线。
图2中描绘的实例还说明读出电路204的一列，其包含感测放大器电路228，所述感测放大器电路耦合到位线210以从像素阵列202的像素单元212读出图像数据。在一个实例中，可取样使用感测放大器电路228感测的图像数据，且接着将所述图像数据输出到模/数转换器230，所述模/数转换器将从感测放大器电路228接收的所感测到的模拟图像数据转换成数字图像数据238。
在一个实例中，根据本发明的教示，模/数转换器230还经耦合以通过电容性分压器236从斜坡产生器电路232接收RAMP_SIGNAL 234。在一个实例中，RAMP_SIGNAL 234的输出电压摆幅相对大且因此具有低噪声。在一个实例中，根据本发明的教示，将电容性分压器236耦合到斜坡产生器电路232以减小RAMP_SIGNAL 234的电压摆幅且进一步减少噪声。模/数转换器230响应于RAMP_SIGNAL 234信号和从感测放大器电路228接收的模拟图像数据信号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，接着可通过如图1中所显示的功能逻辑106接收数字图像数据238。
在另一实例中，斜坡产生器电路232具有另一斜坡输出，且因此具有两个斜坡输出，包含第一RAMP_SIGNAL 234和任选第二RAMP_SIGNAL'240。在实例中，第一RAMP_SIGNAL234和第二RAMP_SIGNAL'240为提供具有带有低噪声的相对大的输出电压摆幅的差动输出的互补信号。在具有任选第二RAMP_SIGNAL'240的实例中，根据本发明的教示，将对应任选第二电容性分压器242耦合到斜坡产生器电路232以减小第二RAMP_SIGNAL'240的电压摆幅且进一步减少噪声。如图2中所显示，任选第二RAMP_SIGNAL'240和第二电容性分压器242以虚线说明。因而，模/数转换器230响应于第一RAMP_SIGNAL 234信号、第二RAMP_SIGNAL'240和从感测放大器电路228接收的模拟图像数据信号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，接着可通过如图1中所显示的功能逻辑106接收数字图像数据238。
图3为说明根据本发明的教示的包含在具有低噪声的读出电路304中的斜坡产生器电路332的一个实例的更详细细节的示意图。应注意，图3的斜坡产生器电路332和包含在读出电路304中的元件可为图2的斜坡产生器电路232和读出电路204的实例，并且下文引用的经类似命名和编号的元件因此类似于如上文所描述的元件那样经耦合和起作用。
如所描绘的实例中所显示，读出电路304包含耦合到位线310以从图像传感器的像素单元312感测模拟图像数据的感测放大器电路328。在一个实例中，感测放大器电路328经耦合以通过如所显示的输入耦合电容器Cin 346从像素单元312感测图像数据。图3中描绘的实例说明电流源344经耦合以从位线310吸收电流I1。像素单元312的放大器晶体管SF324经耦合以放大浮动扩散FD节点322上的图像数据以在位线310上产生通过感测放大器电路328感测的模拟图像数据。像素单元312中的复位开关318经耦合以响应于复位RST信号复位浮动扩散节点FD 322上的图像电荷。
在所描绘的实例中，感测放大器电路328包含单输入/单输出放大器SA1 348。在实例中，单输入端子通过电容器C5 350电容性地耦合到放大器SA1 348的输出端子。另外，单输入端子通过均压开关EQ 352进一步耦合到放大器SA1 348的输出端子。在实例中，感测放大器的输出通过开关SP0354来开关。
如所说明的实例中所显示，模/数转换器330耦合到感测放大器电路328以将从感测放大器电路328接收的模拟图像数据转换成数字图像数据。在实例中，模/数转换器330包含第一运算放大器364，所述第一运算放大器具有耦合到将在下文予以进一步详细描述的第一电容性分压器336的第一和第二电容器C1 356和C2 358的非反相输入端子。在实例中，第一运算放大器364进一步包含反相输入端子，所述反相输入端子通过电容器C6 366耦合到第一运算放大器364的输出端子。另外，第一运算放大器364的反相输入端子通过模/数转换器均压开关AZ1 368进一步耦合到第一运算放大器364的输出端子，如所显示。在实例中，第一运算放大器364的反相输入端子还通过电容器C7 370电容性地耦合到第一参考电压(例如，接地)。
图3中描绘的实例还说明斜坡产生器电路332，所述斜坡产生器电路经耦合以产生经耦合以由模/数转换器330通过第一电容性分压器336接收的第一RAMP_SIGNAL 334。在实例中，第一电容性分压器336包含耦合到第二电容器C2358的第一电容器C1 356。在实例中，第一电容器C1 356耦合在斜坡产生器电路332与模/数转换器330的第一运算放大器364的非反相输入端子之间。第二电容器C2 358耦合在第一运算放大器364的非反相输入端子与第一参考电压端子(例如，接地)之间。因而，模/数转换器330经耦合以响应于来自感测放大器电路328的模拟图像数据和通过第一电容性分压器336接收的来自斜坡产生器电路332的第一RAMP_SIGNAL 334产生数字图像数据。
在图3中描绘的实例中，斜坡产生器电路332从第二运算放大器372的输出端子产生单个斜坡输出RAMP_SIGNAL 334，第二运算放大器372具有通过电容器Cint 374电容性地耦合到第二运算放大器372的输出端子的反向输入端子。另外，反相输入端子还通过第一斜坡产生器均压开关S1 376耦合到第二运算放大器372的输出端子，开关S1 376还经耦合以从电流源384接收电流I_INTEG。在实例中，第二运算放大器372进一步包含耦合到第二参考电压端子以接收电压VRN 378的非反相输入端子。在一个实例中，响应于SAMP_VRN信号382通过开关将电压VRN 378取样到电容器C8 380上。
在操作中，RAMP_SIGNAL 334具有相对大的输出电压且因此具有低噪声。根据本发明的教示，第一电容性分压器336经耦合以减小经耦合以由模/数转换器330接收的第一RAMP_SIGNAL 334的输出电压摆幅以进一步减少第一RAMP_SIGNAL 334中的噪声。举例来说，电容器C1 356与电容器C2 358之间的节点(其耦合到第一运算放大器364的非反相输入端子)处的电压可如下确定：
(等式1)
其中V为电容器C1356与电容器C2358之间的节点处的电压，C1为电容器C1 356的电容值，C2为电容器C2 358的电容值，且RAMP_SIGNAL为RAMP_SIGNAL 334的电压。
图4为说明根据本发明的教示的包含在具有低噪声的读出电路404中的斜坡产生器电路432的另一实例的更详细细节的示意图。应注意，图4的读出电路404与图3的读出电路304共享许多类似性。举例来说，与图3的读出电路304类似，图4的读出电路也包含耦合到位线410以从图像传感器的像素单元412感测模拟图像数据的感测放大器电路428。模/数转换器430耦合到感测放大器电路428以将来自像素单元412的模拟图像数据转换成数字图像数据。斜坡产生器电路432经耦合以产生第一斜坡信号RAMP_SIGNAL 434，使得模/数转换器430经耦合以响应于来自像素单元412的模拟图像数据和第一RAMP_SIGNAL 434产生数字图像数据。另外，包含第一电容器C1 456和第二电容器C2 458的第一电容性分压器436耦合到斜坡产生器电路432。此外，第一电容性分压器436经耦合以减小经耦合以由模/数转换器430接收的第一RAMP_SIGNAL 434的输出电压摆幅以减少第一RAMP_SIGNAL 434中的噪声。因此，应了解，下文引用的图4的读出电路404中的元件类似于上文描述的图3的读出电路304的经类似命名和编号的元件那样经耦合和起作用。
图4的读出电路404与图3的读出电路304之间的一个差异为：图4的斜坡产生器电路432具有包含两个斜坡输出，第一RAMP_SIGNAL 434和第二RAMP_SIGNAL'440的差动斜坡输出。在实例中，第一RAMP_SIGNAL 434和第二RAMP_SIGNAL'440为带有相对大的输出电压摆幅且因此具有低噪声的互补信号。在图4中描绘的实例中，根据本发明的教示，对应任选第二电容性分压器442也耦合到斜坡产生器电路432以减小第二RAMP_SIGNAL'440的电压摆幅且进一步减少噪声。
如图4中所显示，第二电容性分压器442包含耦合到第四电容器C4 462的第三电容器C3 460。第三电容器C3 460耦合在斜坡产生器电路432与模/数转换器430的第一运算放大器464的反相输入端子之间。第四电容器C4 462耦合在第一运算放大器464的反相输入端子与第一参考电压端子(例如，接地)之间。来自斜坡产生器电路432的第一RAMP_SIGNAL434以类似于来自斜坡产生器电路332的第一RAMP_SIGNAL 334耦合到图3的第一运算放大器364的非反相端子的方式耦合到图4的第一运算放大器464的非反相端子。因而，根据本发明的教示，图4的模/数转换器430经耦合以响应于通过感测放大器电路428接收的模拟图像数据、来自斜坡产生器电路432的第一RAMP_SIGNAL 434和第二RAMP_SIGNAL'440产生数字图像数据。
如图4中描绘的实例中所显示，斜坡产生器电路432包含差动输出运算放大器472，差动输出运算放大器472具有经耦合以产生第一RAMP_SIGNAL 434的第一反相输出端子和用于产生第二RAMP_SIGNAL'440的第二非反相输出端子。在实例中，第一RAMP_SIGNAL 434和第二RAMP_SIGNAL'440形成具有互补信号的差动输出。如实例中所显示，差动输出运算放大器472还包含非反相输入端子和反相输入端子。
在实例中，差动输出运算放大器472的非反相输入端子通过电容器Cint 474电容性地耦合到差动输出运算放大器472的反相输出端子。另外，非反相输入端子通过第一差动输出运算放大器均压开关S1 476耦合到差动输出运算放大器472的反相输出端子。在实例中，非反相输入端子通过开关S3 492进一步耦合到I_INTEG电流源484。在实例中，非反相输入端子通过电容器Cp 499进一步电容性地耦合以通过开关S2 496接收CVDN1 489信号。在实例中，非反相输入端子通过电容器Ccvdn 495进一步电容性地耦合以接收CVDN 491信号。
在实例中，差动输出运算放大器472的反相输入端子通过电容器Cint 486电容性地耦合到差动输出运算放大器472的非反相输出端子。另外，反相输入端子通过第二差动输出运算放大器均压开关S1 488耦合到差动输出运算放大器472的非反相输出端子。在实例中，反相输入端子通过开关S3 494进一步耦合到I_INTEG电流源490。在实例中，反相输入端子通过电容器Cp 497进一步电容性地耦合以通过开关S2 498接收CVDN1 489信号。在实例中，反相输入端子通过电容器Ccvdn 493进一步电容性地耦合以接收CVDN 491信号。在一个实例中，Cp、Cint和Ccvdn电容值之间的关系为：
Cp＝Cint＝10×CCvdn (等式2)
应了解，分别带有第一和第二电容性分压器436和442的图4的实例斜坡产生器电路432提供可经实施以进一步提高动态范围的全差动斜坡输出。举例来说，与单端斜坡产生器实例相比，图4中描绘的全差动斜坡产生器实例可使动态范围加倍。另外，根据本发明的教示，当电源输出电压随着技术进步持续下降时，分别具有第一和第二电容性分压器436和442的全差动斜坡产生器432与单端斜坡产生器实例相比提供足够的增益和带宽，同时提供提高的电源抑制比和共模抑制比性能以在噪声性能与单端斜坡产生器相当的情况下通过AB类输出级提供足够的驱动能力。
图5说明根据本发明的教示的实例时序图587，其解释包含在具有低噪声的图4的读出电路404中的实例斜坡产生器电路432中的信号的关系。因此，应了解，下文引用的图5中描述的信号和元件以与上文引用的图4的读出电路404的经类似命名和编号的元件相同的方式经耦合和起作用。
具体地，如图5中所显示，在时间T0处，信号S1 576从低值转变到高值，这开启第一和第二差动输出运算放大器均压开关S1 476和S1 488，且复位和/或初始化第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540。
在时间T1处，信号S1 576从高值转变回到低值，信号S2 596处在高值，信号S3 592处在低值，信号CVDN 591处在低值，且信号CVDN1 589从低值转变到高值。因此，差动输出运算放大器472的非反相和反相输入端子通过具有值Cp的电容而电容性地耦合到高值CVDN1。因而，互补第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540信号开始预充电，如图5中所显示。在所说明的实例中，应了解，信号S2 596保持在高值以在像素单元412的复位RST信号418变低之前结束给互补第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540信号预充电。
在时间T2处，互补第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540信号的预充电完成，且信号S2 596可因此从高值转变到低值，而信号CVDN 591保持在低值，且信号CVDN1589保持在高值。在此时，互补第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540保持在其相应预充电电平，如所显示。
在时间T3处，信号CVDN 591从低值转变到高值。因此，差动输出运算放大器472的非反相和反相输入端子通过具有值Ccvdn的电容而电容性地耦合到高值CVDN。因而，互补第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540信号现经调节到其起始斜坡电压电平，如图5中所显示。
在时间T4处，信号S3592从低电平转变到高电平，这将I_INTEG电流源484耦合到非反相端子，且将I_INTEG电流源490分别耦合到差动输出运算放大器472的非反相端子和反相端子。因此，互补第一RAMP_SIGNAL 534和第二RAMP_SIGNAL'540在时间T4处开始斜生，如图5中所显示。
对本发明的所说明实例的以上描述(包含摘要中描述的内容)并不希望为详尽的或被限制为所揭示的精确形式。虽然出于说明目的而在本文中描述了本发明的特定实施例及实例，但在不脱离本发明的较广精神及范围的情况下，各种等效修改是可能的。
可依据以上详细描述对本发明的实例做出这些修改。在所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限制为说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，所述范围完全由所附权利要求书确定，所述权利要求书将根据权利要求阐释的已确立的学说来解释。本说明书及图式因此被认为是说明性而不是限制性的。

Claims (17)

1.一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：
感测放大器电路，其耦合到位线以从所述图像传感器的像素单元感测模拟图像数据；
模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；
斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，使得所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号形成所述斜坡产生器电路的差动斜坡输出，其中所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号是互补信号，且其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据、所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号产生所述数字图像数据；以及
第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器电路，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。
2.根据权利要求1所述的读出电路，其中所述第一电容性分压器包括耦合到第二电容器的第一电容器，其中所述第一电容器耦合在所述斜坡产生器电路与所述模/数转换器的第一输入端子之间，且其中所述第二电容器耦合在所述模/数转换器的所述第一输入端子与第一参考电压端子之间。
3.根据权利要求2所述的读出电路，其中所述模/数转换器包含第一运算放大器，所述第一运算放大器具有耦合到所述第一电容性分压器的所述第一和第二电容器的第一输入端子，其中所述第一运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述第一运算放大器的输出端子的第二输入端子，且其中所述第一运算放大器的所述第二输入端子通过模/数转换器均压开关进一步耦合到所述第一运算放大器的所述输出端子。
4.根据权利要求3所述的读出电路，其中所述斜坡产生器电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器具有电容性地耦合到所述第二运算放大器的输出端子的第一输入端子，其中所述第二运算放大器的所述第一输入端子通过第一斜坡产生器均压开关进一步耦合到所述第二运算放大器的所述输出端子，且其中所述第二运算放大器进一步包含耦合到第二参考电压端子的第二输入端子。
5.根据权利要求1所述的读出电路，其进一步包含耦合到所述斜坡产生器电路的第二电容性分压器，其中所述第二电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第二斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第二斜坡信号中的噪声。
6.根据权利要求5所述的读出电路，其中所述第二电容性分压器包括耦合到第四电容器的第三电容器，其中所述第三电容器耦合在所述斜坡产生器电路与所述模/数转换器的第二端子之间，且其中所述第四电容器耦合在所述模/数转换器的所述第二端子与第一参考电压端子之间。
7.根据权利要求6所述的读出电路，其中所述斜坡产生器电路包括差动输出运算放大器，所述差动输出运算放大器具有经耦合以产生所述第一斜坡信号的第一输出端子，且其中所述差动输出运算放大器进一步包含经耦合以产生所述第二斜坡信号的第二输出端子。
8.根据权利要求7所述的读出电路，其中所述差动输出运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述差动输出运算放大器的所述第一输出端子的第一输入端子，其中所述差动输出运算放大器的所述第一输入端子通过第一差动输出运算放大器均压开关进一步耦合到所述差动输出运算放大器的所述第一输出端子，其中所述差动输出运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述差动输出运算放大器的所述第二输出端子的第二输入端子，其中所述差动输出运算放大器的所述第二输入端子通过第二差动输出运算放大器均压开关进一步耦合到所述差动输出运算放大器的所述第二输出端子。
9.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其包含组织成多个行和列以用于捕获图像数据的多个像素单元；
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，其耦合到位线以从像素阵列感测模拟图像数据；
模/数转换器，其耦合到所述感测放大器电路以将所述模拟图像数据转换成数字图像数据；
斜坡产生器电路，其经耦合以产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，使得所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号形成所述斜坡产生器电路的差动斜坡输出，其中所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号是互补信号，且其中所述模/数转换器经耦合以响应于所述模拟图像数据、所述第一斜坡信号和所述第二斜坡信号产生所述数字图像数据；以及
第一电容性分压器，其耦合到所述斜坡产生器电路，其中所述第一电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第一斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第一斜坡信号中的噪声。
10.根据权利要求9所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑模块，所述功能逻辑模块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。
11.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述第一电容性分压器包括耦合到第二电容器的第一电容器，其中所述第一电容器耦合在所述斜坡产生器电路与所述模/数转换器的第一输入端子之间，且其中所述第二电容器耦合在所述模/数转换器的所述第一输入端子与第一参考电压端子之间。
12.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述模/数转换器包含第一运算放大器，所述第一运算放大器具有耦合到所述第一电容性分压器的所述第一和第二电容器的第一输入端子，其中所述第一运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述第一运算放大器的输出端子的第二输入端子，且其中所述第一运算放大器的所述第二输入端子通过模/数转换器均压开关进一步耦合到所述第一运算放大器的所述输出端子。
13.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述斜坡产生器电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器具有电容性地耦合到所述第二运算放大器的输出端子的第一输入端子，其中所述第二运算放大器的所述第一输入端子通过第一斜坡产生器均压开关进一步耦合到所述第二运算放大器的所述输出端子，且其中所述第二运算放大器进一步包含耦合到第二参考电压端子的第二输入端子。
14.根据权利要求9所述的成像系统，其进一步包含耦合到所述斜坡产生器电路的第二电容性分压器，其中所述第二电容性分压器经耦合以减小经耦合以由所述模/数转换器接收的所述第二斜坡信号的输出电压摆幅以减少所述第二斜坡信号中的噪声。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第二电容性分压器包括耦合到第四电容器的第三电容器，其中所述第三电容器耦合在所述斜坡产生器电路与所述模/数转换器的第二端子之间，且其中所述第四电容器耦合在所述模/数转换器的所述第二端子与第一参考电压端子之间。
16.根据权利要求15所述的成像系统，其中所述斜坡产生器电路包括具有经耦合以产生所述第一斜坡信号的第一输出端子的差动输出运算放大器，且其中所述差动输出运算放大器进一步包含经耦合以产生所述第二斜坡信号的第二输出端子。
17.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述差动输出运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述差动输出运算放大器的所述第一输出端子的第一输入端子，其中所述差动输出运算放大器的所述第一输入端子通过第一差动输出运算放大器均压开关进一步耦合到所述差动输出运算放大器的所述第一输出端子，其中所述差动输出运算放大器进一步包含电容性地耦合到所述差动输出运算放大器的所述第二输出端子的第二输入端子，其中所述差动输出运算放大器的所述第二输入端子通过第二差动输出运算放大器均压开关进一步耦合到所述差动输出运算放大器的所述第二输出端子。
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