CN106851142A - 支持各种操作模式的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

公开一种支持各种操作模式的图像传感器。所述图像传感器包括：有源像素传感器阵列，包括沿列方向顺序布置的第一像素单元至第四像素单元，其中，第一像素单元至第四像素单元中的每个像素单元包括多个像素。包括第一像素单元和第二像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元和第四像素单元的第二像素组被连接到第二列线。所述图像传感器包括：相关双采样电路，包括第一相关双采样器和第二相关双采样器，被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号。

Description

支持各种操作模式的图像传感器
要求于2015年12月3日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0171656号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
这里描述的发明构思涉及一种图像传感器，更加具体地说，涉及一种能提高模拟数字转换器(ADC)的性能的支持各种操作模式的图像传感器。
背景技术
移动装置(诸如，智能电话、平板个人电脑(PC)、数码相机、MP3播放器或电子书阅读器)的使用持续增加。为了拍摄图像，在大多数移动装置上安装至少一个图像传感器。例如，可将图像传感器实现为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
与CMOS图像传感器相比，CCD图像传感器具有低噪声和优异的图像质量。然而，CMOS图像传感器提供简单和多样的扫描和操作。此外，信号处理电路可与CMOS图像传感器集成在单个芯片中，因而使产品的小型化成为可能。并且，因为CMOS图像传感器与CMOS处理技术兼容，所以产品的单位成本被降低。由于低功耗，所以CMOS图像传感器容易应用到移动装置。
随着构成图像传感器的像素的分辨率增加以及随着图像传感器小型化，多个传输晶体管共享相同的浮动扩散(FD)区域的共享类型的像素阵列被广泛使用。在使用共享类型的像素阵列的图像传感器的情况下，一个模拟数字转换器通常处理从连接到一列的像素输出的感测电压。然而，由于共享浮动扩散区域的结构特征，所以在处理图像时不使用所有的模拟数字转换器，这降低了图像传感器的操作速度。因此，提高使用多个传输晶体管共享相同的浮动扩散区域的共享类型的像素阵列的图像传感器的操作速度非常重要。
发明内容
与发明构思的原理一致的示例实施例提供一种通过对包括在图像传感器中的像素和连接到所述像素的列线进行有效布置在保持图像传感器的操作速度的同时提高模拟数字转换器的操作速度的方法。
根据与发明构思的原理一致的示例实施例，一种图像传感器包括：有源像素传感器阵列，包括沿列方向顺序布置的第一像素单元至第四像素单元，其中，第一像素单元至第四像素单元中的每个像素单元包括多个像素，并且包括第一像素单元和第二像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元和第四像素单元的第二像素组被连接到第二列线；相关双采样电路，包括第一相关双采样器和第二相关双采样器，并被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号。第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号，而第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第二相关双采样信号。
根据与发明构思的原理一致的另一示例实施例，一种图像传感器包括：有源像素传感器阵列，包括沿列方向顺序布置的第一像素单元至第十像素单元，其中，第一像素单元至第十像素单元中的每个像素单元包括多个像素，包括第一像素单元、第二像素单元和第七像素单元至第十像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元至第六像素单元的第二像素组被连接到第二列线；行解码器，被配置为在时序控制器的控制下选择有源像素传感器阵列的一行；相关双采样电路，包括第一相关双采样器和第二相关双采样器，并被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号；多路复用器，被配置为在时序控制器的控制下将第一列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器并将第二列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器。第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号，而第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第二相关双采样信号。
根据与本发明构思的原理一致的另一示例实施例，一种图像传感器包括：有源像素传感器阵列，包括沿列方向顺序布置的第一像素单元至第四像素单元和沿邻近第一像素单元至第四像素单元的列方向的列顺序布置的第五像素单元至第八像素单元，其中，第一像素单元至第八像素单元中的每个像素单元包括多个像素，并且包括第一像素单元和第二像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元和第四像素单元的第二像素组被连接到第二列线，包括第五像素单元和第六像素单元的第三像素组被连接到第三列线，包括第七像素单元和第八像素单元的第四像素组被连接到第四列线；相关双采样电路，包括第一相关双采样器至第四相关双采样器，并被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号，并将从第三像素组的选择的像素感测的第三感测电压和从第四像素组的选择的像素感测的第四感测电压分别转换成第三相关双采样信号和第四相关双采样信号。第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号。第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第二相关双采样信号。第三感测电压被第三相关双采样器和第四相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第三相关双采样信号。第四感测电压被第三相关双采样器和第四相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第四相关双采样信号。
在一个示例实施例中，一种图像传感器包括：像素单元的阵列，沿列和行布置，其中，每个像素单元包括共享浮动扩散区域的多个像素，每个像素与特性光范围敏感度关联；多个相关双采样电路，被配置为对由所述多个像素产生的光电信号执行相关双采样，其中，相关双采样器被配置为对来自于像素单元的列内的不同像素单元的相同特性光范围敏感度的多个像素的信号并行执行相关双采样；多个模拟数字转换器，被配置为对来自于像素单元的列内的不同的像素单元的相关双采样的信号进行并行转换。
附图说明
通过下面参考以下附图进行的描述，以上和其他对象的特征将会变得清楚，其中，除非另外规定，否则贯穿各种附图，相同的参考标号表示相同的部分，其中：
图1是示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的框图；
图2是示出图1中示出的有源像素传感器阵列的框图；
图3是示出图2中示出的像素单元的电路图；
图4是示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的操作方法的示意图；
图5至图12是示出按照H-time的图4中示出的实施例的框图；
图13是示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的操作方法的框图；
图14至图17是示出按照H-time的图13中示出的实施例的框图；
图18是示出根据通过图13至图17描述的实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图；
图19是示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的操作方法的示意图；
图20是示出根据图19中描述的实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图；
图21是示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的操作方法的框图；
图22是示出根据图20中描述的实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图；
图23是示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的操作方法的框图；
图24是示出根据图23中描述的实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图；
图25是示出图2中示出的相关双采样电路的配置的框图；
图26是示出在合并模式期间的相关双采样电路的配置的框图；
图27是示出根据图23和图24中描述的子采样模式和图26中描述的合并模式驱动的有源像素传感器阵列的示意图；
图28是示出应用本发明构思的移动装置的框图。
具体实施方式
以下，现在将对发明构思的示例实施例进行更加完整地描述，以便本领域技术人员能容易地理解本发明构思。
图1是示出与发明构思的原理一致的图像传感器100的示例实施例的框图。参照图1，图像传感器100可包括有源像素传感器(APS)阵列110、行解码器120、多路复用电路130、相关双采样电路140、模拟数字转换电路150、输出缓冲器160、列解码器170和时序控制器180。
有源像素传感器阵列110可包括以行和列布置的多个像素。有源像素传感器阵列110可包括像素单元，每个像素单元彼此共享相同的浮动扩散(FD)区域。即，像素单元中的像素可共享浮动扩散区域或浮动扩散区。在一个示例实施例中，一个像素单元由全部共享相同的浮动扩散区域的四个像素组成，但是发明构思不限于此。在其他示例实施例中，像素单元中可包括不同数量的像素，所有像素共享浮动扩散区域；例如，一个像素单元可包括八个像素，全部八个像素共享相同的浮动扩散区域。根据本发明构思的实施例，可将连接到一个多路复用器的像素单元划分成两个组，以便使这两个组连接到彼此不同的两条列线。将在与图2有关的讨论中对有源像素传感器阵列110的具体结构进行描述。
组成有源像素传感器阵列110的像素中的每个像素可将光信号转换成电信号。连接到由选择信号SEL选择的行的像素可被重置信号RS和传输信号TG驱动。在示例实施例中，传输信号TG可包括各自用于驱动组成像素单元(PXU)的多个像素的多个传输信号(例如，TG1至TG4)。作为结果，可通过多条列线CL1至CL2n将在连接到选择的行的每个像素感测的电信号发送到相关双采样电路140。
行解码器120可在时序控制器180的控制下选择有源像素传感器阵列110的任意行。为了选择行，行解码器120可产生选择信号SEL。行解码器120可将重置信号RS和传输信号TG发送到对应于选择的行的像素。作为响应，可将从选择的行的有源像素传感器产生的模拟参考信号和图像信号发送到相关双采样电路140。
多路复用电路130可选择多条列线CL1至CL2n。例如，多路复用电路130可包括多个多路复用器，并且两条列线可连接到一个多路复用器，多个像素单元可连接到每条列线。多路复用电路130可基于从时序控制器180接收的控制信号C_SW控制两条列线，以使这两条列线分别连接到彼此不同的相关双采样器。然而，根据本发明构思的另一实施例，可省略多路复用电路130。在这种情况下，输入Vout1和输入Vout2可分别被直接并同时地输入到相关双采样器CDS1和相关双采样器CDS2。作为结果，可针对连接到一个多路复用器的两个组的像素同时地执行采样操作，因而提高了图像传感器的操作速度。将在与图4有关的讨论中对其描述进行更加详细的描述。
相关双采样电路140可顺序地对从有源像素传感器阵列110提供到多条列线CL1至列线CL2n中的每条列线的参考信号(REF)和图像信号(IMG)的集合进行采样和保持。即，相关双采样电路140可对与每列对应的参考信号REF和图像信号IMG的电平进行采样和保持。相关双采样电路140可将根据时序控制器180的控制按照多个列单元被采样的每一列的参考信号(REF)和/或图像信号(IMG)的集合发送到模拟数字转换电路150。相关双采样电路140可包括多个相关双采样器。在示例实施例中，两个相关双采样器可连接到一个多路复用器。
模拟数字转换电路150可将从相关双采样电路140输出的与每列有关的相关双采样信号(例如，参考信号(REF)和/或图像信号(IMG))转换成数字信号并可输出数字信号。
输出缓冲器160可将从模拟数字转换电路150提供的来自每个列单元的图像数据锁存并输出。输出缓冲器160可在时序控制器180的控制下暂时存储从模拟数字转换电路150输出的图像数据，并可输出由列解码器170顺序地锁存的图像数据。
列解码器170可在时序控制器180的控制下选择输出缓冲器160的列。输出缓冲器160可基于列解码器170的选择顺序地输出由列单元存储的图像数据。
以上，简要描述了根据与发明构思的原理一致的示例实施例的图像传感器100的配置。特别地，两条列线和两个相关双采样器可连接到组成多路复用电路130的每个多路复用器，并且两个组的像素可分别连接到两条列线。此外，时序控制器180可控制多路复用器，以使得两个不同的组的像素分别连接到两个不同的相关双采样器。作为结果，分别连接到两个相关双采样器的两个模拟数字转换器可同时并行执行转换操作，因而提高图像传感器100的操作速度。
图2是更加详细地示出与发明构思的原理一致的有源像素传感器阵列110的示例实施例的框图。参照图2，有源像素传感器阵列110可包括以多个行和多个列布置的多个像素。每个像素单元(PXU)可包括四个像素，并可被定义为彼此共享相同的浮动扩散区域(FD)的像素组。像素单元(PXU)可连接到两条列线(例如，CL1和CL2)和一条行线(即，RL1至RLm中的一条)。例如，重置信号RS、传输信号TG和选择信号SEL可通过连接到像素单元(PXU)的行线RL1来输入。将在与图3有关的讨论中对像素单元(PXU)的示例实施例的具体结构进行描述。
像素单元(PXU)可包括：包括红光滤波器的像素R、均包括绿光滤波器的像素Gr和像素Gb以及包括蓝光滤波器的像素B。像素Gr可以是沿行方向与像素R相邻的像素，像素Gb可以是沿行方向与像素B相邻的像素。红光滤波器可允许红色波长带宽的光通过，绿光滤波器可使绿色波长带宽的光通过，而蓝光滤波器可使蓝色波长带宽的光通过。每个像素可包括多个晶体管和光电转换装置。每个像素可使用光电转换装置检测光，可将光转换成电信号，并可通过列线CL1至列线CL2n输出电信号。
当重置信号RS和传输信号TG被输入到响应于选择信号SEL而选择的行时，与重置信号RS和传输信号TG对应的感测电压Vout1至感测电压Vout2n可被输出到选择的行的列线CL1至列线CL2n中的每条列线。
根据本发明构思的实施例，在彼此相邻的两列之间布置的像素单元(PXU)可连接到两条不同的列线。例如，参照图2，布置在最左侧上的像素单元PXU1至像素单元PXUm之中的像素单元PXU1、像素单元PXU2、像素单元PXU7等可连接到第一列线CL1。像素单元PXU3至像素单元PXU6等可连接到第二列线CL2。即，分别连接到第一行线RL1和第二行线RL2的像素单元PXU1和像素单元PXU2可连接到第一列线CL1，像素单元PXU3至像素单元PXUm可按照连接到四条行线的四个像素单元来交替地连接到第二列线CL2和第一列线CL1。虽然在图2中像素单元PXUm被示出为连接到第一列线CL1，但是像素单元PXUm也可基于行的数量(例如，m)连接到第二列线CL2。
多路复用电路130可包括多个多路复用器MUX1至MUXn。如图2中示出的，两条列线可连接到每个多路复用器。多路复用器可基于来自时序控制器180(参照图1)的控制信号C_MUX，允许从每条列线输出的感测电压(例如，Vout1和Vout2)分别连接到不同的相关双采样器(例如，CDS1和CDS2)。作为结果，可同时处理从不同的列线(例如，CL1和CL2)输出的感测电压(例如，Vout1和Vout2)。
相关双采样电路140可包括多个相关双采样器CDS1至CSD2n。如图2中示出的，两个相关双采样器可通过一个多路复用器连接到列线。各个相关双采样器可将从多路复用器提供的感测电压Vout1至感测电压Vout2n进行采样作为参考信号REF和图像信号IMG中的每个信号。
模拟数字转换电路150可包括多个模拟数字转换器ADC1至ADC2n。多个模拟数字转换器ADC1至ADC2n可分别对应于多个相关双采样器，并且模拟数字转换器ADC1至模拟数字转换器ADC2n可将各自从相应的相关双采样器接收的模拟信号AS1至模拟信号AS2n分别转换成数字信号DS1至数字信号DS2n。
图3是示出与发明构思的原理一致的像素单元PXU1的示例实施例的电路图。参照图3，像素单元PXU1可包括四个光电转换装置(PCD)、四个传输晶体管T1至T4、重置晶体管RT、驱动晶体管DT和选择晶体管ST。例如，传输晶体管T1、重置晶体管RT、驱动晶体管DT和选择晶体管ST可组成图2的像素Gr，传输晶体管T2、重置晶体管RT、驱动晶体管DT和选择晶体管ST可组成图2的像素B，传输晶体管T3、重置晶体管RT、驱动晶体管DT和选择晶体管ST可组成图2的像素R，传输晶体管T4、重置晶体管RT、驱动晶体管DT和选择晶体管ST可组成图2的像素Gb。
每个光电转换装置PCD可以是用于基于入射光的量或强度产生和积累电荷的光感测装置。可使用光电二极管、光电晶体管、光栅和钳位光电二极管(PPD)等来实现光电转换装置PCD。
传输晶体管T1至传输晶体管T4可将通过光电转换装置PCD积累的电荷发送到浮动扩散区域FD上。如图3中示出的，传输晶体管T1至传输晶体管T4可共享浮动扩散区域FD。即，传输晶体管T1至传输晶体管T4中的每个传输晶体管的输出可连接到一个节点。传输晶体管T1至传输晶体管T4中的每个传输晶体管可响应于从行解码器120(参照图1)提供的传输信号TG1至传输信号TG4而导通或截止。
浮动扩散区域FD可起到检测与入射光的量对应的电荷的作用。在传输信号TG1至传输信号TG4中的每个传输信号被激活的时间期间，可在浮动扩散区域FD中积累从光电转换装置PCD提供的电荷。例如，可顺序激活传输信号TG1至传输信号TG4中的每个传输信号，因此传输晶体管T1至传输晶体管T4可顺序导通，并且电荷被顺序地积累并针对每个PCD被读出。浮动扩散区域FD可连接到作为源极跟随放大器工作以读出浮动扩散区域FD中积累的电荷的驱动晶体管DT的栅极端子。浮动扩散区域FD可通过重置晶体管RT接收电源电压Vdd。
重置晶体管RT可响应于重置信号RS1将浮动扩散区域FD重置。重置晶体管RT的源极端子可连接到浮动扩散区域FD，而其漏极端子可连接到电源电压Vdd端子。当重置晶体管RT响应于重置信号RS1而导通时，与重置晶体管RT的漏极端子连接的电源电压Vdd可被发送到浮动扩散区域FD，在浮动扩散区域FD积累的电荷可移动至电源电压Vdd端子，并且浮动扩散区域FD的电压可顺序提供重置和光信号。
驱动晶体管DT可根据浮动扩散区域FD的电位而导通/截止。例如，如果重置晶体管RT通过重置信号RS 1而导通，则驱动晶体管DT截止，浮动扩散区域FD被重置为Vdd。即，对应于重置信号RS1的第一模拟信号通过列线CL1被输出。另一方面，如果重置晶体管RT通过重置信号RS1而截止并且第一传输晶体管T1通过第一传输信号TG1而导通，则可在浮动扩散区域FD中积累从光电转换装置PCD提供的电荷。作为结果，驱动晶体管DT导通，并且对应于该电荷的第二模拟信号通过列线CL1被输出。在这个示例实施例中，如先前所述，像素单元PXU1被示出为连接到第一列线CL1；其他像素单元(例如，像素单元PXU3至像素单元PXU6等)可连接到第二列线CL2。
选择晶体管ST可选择将被行单元读取的像素。选择晶体管ST可响应于由行单元提供的选择信号SEL1被驱动。当选择晶体管ST导通时，可通过驱动晶体管DT将浮动扩散区域FD的电位进行放大并发送到选择晶体管ST的漏极端子。
根据描述的示例实施例，一个像素单元被描述为包括四个光电转换装置(即，四个像素)。然而，发明构思的实施例可不限于此。例如，一个像素单元可包括八个像素。在这样的实施例中，因为除了八个传输晶体管共享一个浮动扩散区域之外，结构是相同的，所以这里将不再重复其详细描述。
图4是用于示出根据与发明构思的原理一致的示例实施例的图像传感器的操作方法的示意图。在图4中，下面将对操作的完整模式进行描述。完整模式可表示针对由组成有源像素传感器阵列110(参照图2)的所有像素感测的电压执行采样和保持操作以及模拟数字转换操作。例如，下面对连接到图2的多路复用器MUX1的像素单元PXU1至像素单元PXUm进行描述。
在一个示例实施例中，连接到第一行线的第一像素单元PXU1和连接到第二行线的第二像素单元PXU2可连接到第一列线CL1。随后的像素单元PXU3至像素单元PXUm可按照四个像素单元来交替地连接到不同的列线(例如，交替CL1和CL2)。即，例如，连接到第三行线的第三像素单元PXU3、连接到第四行线的第四像素单元PXU4、连接到第五行线的第五像素单元PXU5和连接到第六行线的第六像素单元PXU6可连接到第二列线CL2；连接到第七行线的第七像素单元PXU7、连接到第八行线的第八像素单元PXU8、连接到第九行线的第九像素单元PXU9和连接到第十行线的第十像素单元PXU10可连接到第一列线CL1，以此类推。
在操作中，从1水平时间(H-time)到8H-time，可在同一时间执行连接到第一列线CL1的第一像素单元PXU1和第二像素单元PXU2的感测操作以及连接到第二列线CL2的第三像素单元PXU3和第四像素单元PXU4的感测操作。即，例如，在第一像素单元PXU1的像素Gr的感测操作和在第三像素单元PXU3的像素Gr的感测操作可在第一水平时间期间同时发生；第一像素单元PXU1的像素B的感测和第三像素单元PXU3的像素B的感测可在第二水平时间期间同时发生；第二像素单元PXU2的像素Gr的感测和第四像素单元PXU4的像素Gr的感测可在第三水平时间期间同时发生；第二像素单元PXU2的像素B的感测和第四像素单元PXU4的像素B的感测可在第四水平时间期间同时发生；第一像素单元PXU1的像素R的感测和第三像素单元PXU3的像素R的感测可在第五水平时间期间同时发生；以此类推。
更具体地，当施加选择信号SEL1以选择第一像素单元PXU1时，可同时施加用于选择第三像素单元PXU3的选择信号S_SEL3。当施加重置信号RS1以驱动第一像素单元PXU1的重置晶体管RT(参照图2)时，可施加重置信号S_RS3以同时驱动第三像素单元PXU3的重置晶体管。当施加用于第一像素单元PXU1的传输晶体管T1至传输晶体管T4的传输信号TG时，可同时施加用于驱动第三像素单元PXU3的传输晶体管T1至传输晶体管T4的传输信号TG。图4中示出的附加在施加到第三像素单元PXU3的信号的名称的前面的“S”可用于给出与施加到第一像素单元PXU1的相应信号“在同一时间(或，同时地)执行”的含义。
当根据同时读取操作完成第一像素单元PXU1至第四像素单元PXU4的感测操作时，可以以与关于第一像素单元PXU1至第四像素单元PXU4刚刚描述的方式对应的方式从9H-time到16H-time执行第五像素单元PXU5至第八像素单元PXU8的感测操作。在每个H-time或周期的期间，将在与图5至图12有关的讨论中示出输入到像素的具体控制信号，并将对其进行更加详细地描述。
参照图5，可在1H-time(这里也被称为第一水平时间周期)期间将选择信号SEL1、重置信号RS1和第一传输信号TG1施加到第一像素单元PXU1。第一传输信号TG1可以是用于驱动组成第一像素单元PXU1的像素Gr(例如，图3的第一传输晶体管T1)的信号。此时，可将选择信号S_SEL3、重置信号S_RS3和第一传输信号S_TG1施加到第三像素单元PXU3。第一传输信号S_TG1可以是用于驱动组成第三像素单元PXU3的像素Gr(例如，图3的第一传输晶体管T1)的信号。由第一像素单元PXU1的像素Gr感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第三像素单元PXU3的像素Gr感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。因为感测电压Vout1和感测电压Vout2被分别连接到列线CL1和列线CL2的像素单元PXU1和像素单元PXU2同时输出，所以感测电压Vout1和感测电压Vout2可分别被相关双采样器CDS1和相关双采样器CDS2(参照图2)同时处理。
参照图6，可在2H-time(这里也被称为第二水平时间周期)期间将选择信号SEL1、重置信号RS1和第二传输信号TG2施加到第一像素单元PXU1。第二传输信号TG2可以是用于驱动组成第一像素单元PXU1的像素B(例如，图3的第二传输晶体管T2)的信号。此时，可将选择信号S_SEL3、重置信号S_RS3和第二传输信号S_TG2施加到第三像素单元PXU3。第二传输信号S_TG2可以是用于驱动组成第三像素单元PXU3的像素B(例如，图3的第二传输晶体管T2)的信号。
由第一像素单元PXU1的像素B感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第三像素单元PXU3的像素B感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
参照图7，可在3H-time(这里也被称为第三水平时间周期)期间将选择信号SEL2、重置信号RS2和第一传输信号TG1施加到第二像素单元PXU2。第一传输信号TG1可以是用于驱动组成第二像素单元PXU2的像素Gr(例如，图3的第一传输晶体管T1)的信号。此时，可将选择信号S_SEL4、重置信号S_RS4和第一传输信号S_TG1施加到第四像素单元PXU4。第一传输信号S_TG1可以是用于驱动组成第四像素单元PXU4的像素Gr(例如，图3的第一传输晶体管T1)的信号。
由第二像素单元PXU2的像素Gr感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第四像素单元PXU4的像素Gr感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
参照图8，可在4H-time(这里也被称为第四水平时间周期)期间将选择信号SEL2、重置信号RS2和第二传输信号TG2施加到第二像素单元PXU2。第二传输信号TG2可以是用于驱动组成第二像素单元PXU2的像素B(例如，图3的第二传输晶体管T2)的信号。此时，可将选择信号S_SEL4、重置信号S_RS4和第二传输信号S_TG2施加到第四像素单元PXU4。第二传输信号S_TG2可以是用于驱动组成第四像素单元PXU4的像素B(例如，图3的第二传输晶体管T2)的信号。
由第二像素单元PXU2的像素B感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第四像素单元PXU4的像素B感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
参照图9，可在5H-time期间(这里也被称为第五水平时间周期)将选择信号SEL1、重置信号RS1和第三传输信号TG3施加到第一像素单元PXU1。第三传输信号TG3可以是用于驱动组成第一像素单元PXU1的像素R(例如，图3的第三传输晶体管T3)的信号。此时，可将选择信号S_SEL4、重置信号S_RS4和第三传输信号S_TG3施加到第三像素单元PXU3。第三传输信号S_TG3可以是用于驱动组成第三像素单元PXU3的像素R(例如，图3的第三传输晶体管T3)的信号。
由第一像素单元PXU1的像素R感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第三像素单元PXU3的像素R感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
参照图10，可在6H-time期间(这里也被称为第六水平时间周期)将选择信号SEL1、重置信号RS1和第四传输信号TG4施加到第一像素单元PXU1。第四传输信号TG4可以是用于驱动组成第一像素单元PXU1的像素Gb(例如，图3的第四传输晶体管T4)的信号。此时，可将选择信号S_SEL4、重置信号S_RS4和第四传输信号S_TG4施加到第三像素单元PXU3。第四传输信号S_TG4可以是用于驱动组成第三像素单元PXU3的像素Gb(例如，图3的第四传输晶体管T4)的信号。
由第一像素单元PXU1的像素Gb感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第三像素单元PXU3的像素Gb感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
参照图11，可在7H-time(这里也被称为第七水平时间周期)期间将选择信号SEL2、重置信号RS2和第三传输信号TG3施加到第二像素单元PXU2。第三传输信号TG3可以是用于驱动组成第二像素单元PXU2的像素R(例如，图3的第三传输晶体管T3)的信号。此时，可将选择信号S_SEL4、重置信号S_RS4和第三传输信号S_TG3施加到第四像素单元PXU4。第三传输信号S_TG3可以是用于驱动组成第四像素单元PXU4的像素R(例如，图3的第三传输晶体管T3)的信号。
由第二像素单元PXU2的像素R感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第四像素单元PXU4的像素R感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
最后，参照图12，可在8H-time(这里也被称为第八水平时间周期)期间将选择信号SEL2、重置信号RS2和第四传输信号TG4施加到第二像素单元PXU2。第四传输信号TG4可以是用于驱动组成第二像素单元PXU2的像素Gb(例如，图3的第四传输晶体管T4)的信号。此时，可将选择信号S_SEL4、重置信号S_RS4和第四传输信号S_TG4施加到第四像素单元PXU4。第四传输信号S_TG4可以是用于驱动组成第四像素单元PXU4的像素Gb(例如，图3的第四传输晶体管T4)的信号。
由第二像素单元PXU2的像素Gb感测的电压Vout1可通过第一列线CL1输出，而由第四像素单元PXU4的像素Gb感测的电压Vout2可通过第二列线CL2输出。
如在图5至图12中所述，可针对分别连接到不同的列线的像素单元(PXU)同时执行感测操作，因而降低相关双采样电路140(参照图2)和模拟数字转换电路150的处理时间。此外，在该过程的期间，多路复用电路130(参照图2)可允许不同的相关双采样器(和不同的模拟数字转换器)分别处理感测电压Vout1至感测电压Vout2n。
图13是示出根据与发明构思的原理一致的采用不同模式的同时读出的另一示例实施例的图像传感器的操作方法的框图。图14至图17是按照H-time或水平时间周期示出图13中示出的实施例的框图。
在一个示例实施例中，下面将对合并模式(binning mode)进行描述。与上述与图4至图12关联的完整模式不同，合并模式可表示将通过对相同类型的像素的输出值进行求和而得到的值(或均值)作为感测电压来输出的模式。根据本发明构思的实施例，将描述将通过对相同类型的两个像素的输出进行求和而得到的值(或均值)作为感测电压来输出的2合并模式。例如，下面对连接到图2的多路复用器MUX1的像素单元PXU1至像素单元PXUm进行描述。图13中示出的传输信号TG可包括用于驱动包括在一个像素单元(PXU)中的四个像素的传输信号TG1至传输信号TG4。
参照图13和图14，在1H-time期间，可执行通过第一像素单元PXU1至第四像素单元PXU4的像素Gr的感测操作。
为了执行通过第一像素单元PXU1的像素Gr的感测操作，重置信号RS1、选择信号SEL1和传输信号TG1可被输入到第一像素单元PXU1。此时，为了执行通过第二像素单元PXU2的像素Gr的感测操作，重置信号B_RS2、选择信号B_SEL2和传输信号B_TG1可被输入到第二像素单元PXU2。由第一像素单元PXU1和第二像素单元PXU2感测的电压Vout1可被同时输出到第一列线CL1。
此外，为了执行通过第三像素单元PXU3的像素Gr的感测操作，重置信号S_RS3、选择信号S_SEL3和传输信号S_TG1可被输入到第三像素单元PXU3。此时，为了执行通过第四像素单元PXU4的像素Gr的感测操作，重置信号SB_RS4、选择信号SB_SEL4和传输信号SB_TG1可被输入到第四像素单元PXU4。由第三像素单元PXU3和第四像素单元PXU4感测的电压Vout2可被同时输出到第二列线CL2。
即，可执行将通过对由第一像素单元PXU1和第二像素单元PXU2感测的电压进行求和而获得的值(或均值)输出的合并操作，并可执行将通过对由第三像素单元PXU3和第四像素单元PXU4感测的电压进行求和而获得的值(或均值)输出的合并操作。当然，为了通过执行合并操作获得均值，还可提供被配置为接收感测电压Vout1和感测电压Vout2并计算均值的平均电路(未示出)。此外，可通过第一像素单元PXU1和第二像素单元PXU2以及第三像素单元PXU3和第四像素单元PXU4同时执行感测操作。
然后，从2H-time到4H-time(这里也被称为从水平时间周期2H到水平时间周期4H)，可针对第一像素单元PXU1至第四像素单元PXU4中的每个像素单元的其他像素B、像素R和像素Gb执行与像素Gr的感测操作类似的感测操作。在图15至图17中详细描述从2H-time到4H-time的操作。这与上述在1H-time期间的感测操作类似，因此，这里将不再重复其详细描述。
根据示例实施例，可由连接到两条不同的列线的像素组同时执行感测操作。作为结果，相关双采样电路140(参照图2)和模拟数字转换电路150的处理时间跨度可通过更多减少的空闲时间来减小。此外，可输出由多个像素通过合并操作感测的电压的和值(或均值)，因此，可降低由相关双采样器和模拟数字转换器处理感测电压的发生的数量。作为结果，可降低图像传感器的功耗。
图18是示出根据在有关图13至图17的讨论中描述的示例实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图。以四个为单位彼此附接的像素可组成一个像素单元(PXU)。此外，像素单元的中心所指示的数字可以是输出由像素感测的电压的列线的编号。
在操作中，在1H-time(这里也被称为第一水平时间周期)期间，可执行通过分别连接到行R1至行R10的像素单元的像素Gr的感测操作。例如，可同时执行通过连接到行R2的像素的感测操作和通过连接到行R4的像素的感测操作。如图18中示出的，由连接到行R2和列C1的像素Gr感测的电压可通过第一列线①输出，而由连接到行R4和列C1的像素Gr感测的电压可通过第二列线②输出。通过第一列线①和第二列线②输出的感测电压可分别由两个不同的相关双采样器和两个不同的模拟数字转换器处理。
在示例实施例中，可针对连接到彼此邻近的两行(例如，R1和R2)的像素执行合并操作(即，垂直合并)。这是由图18中的阴影区域和箭头指示。例如，通过对由连接到行R1和列C1的像素Gr感测的电压和由连接到行R2和列C1的像素Gr感测的电压进行求和而得到的值(或均值)可通过第一列线CL1(参照图2)输出。
从2H-time到4H-time(这里也可被称为从水平时间周期2H到水平时间周期4H)，可执行与在1H-time期间的操作类似的操作。即，由连接到行R2的像素单元感测的电压和由连接到行R4的像素单元感测的电压可分别通过第一列线①和第二列线②来输出。可针对连接到列C3至列C8的像素单元执行与其类似的操作。可由连接到两条不同的列线的像素组基于操作方法同时执行感测操作，因而提高图像传感器的操作速度。通过以这种方式并行操作，与发明构思的原理一致的系统和方法可加快与发明构思的原理一致的图像传感器的操作。
图19是示出根据与发明构思的原理一致的示例实施例的图像传感器的操作方法的示意图。在这个示例实施例中，将对子采样模式进行描述。子采样模式可表示仅通过有源像素传感器阵列的所有像素中的子集执行感测操作。
参照图19，列线CL1和列线CL2连接到像素单元PXU1至像素单元PXUm的方法可与上面所述方法相同。即，像素单元PXU1和像素单元PXU2可连接到第一列线CL1，而像素单元PXU3至像素单元PXUm可按照四个像素单元来交替地连接到不同的列线。图19中的阴影线区域可指示未执行感测操作的像素单元。输入到像素单元(PXU)的传输信号TG可包括用于驱动组成像素单元(PXU)的每个像素的传输信号TG1至传输信号TG4(参照图3)。
在1H-time(这里也被称为第一水平时间周期1H)期间，可由第二像素单元PXU2的像素Gr执行感测操作。可根据从行解码器120(参照图1)接收的选择信号SEL2、重置信号RS2和传输信号TG1来执行感测操作。由第二像素单元PXU2的像素Gr感测的电压Vout1可通过第一列线CL1来输出。
此时，可由第五像素单元PXU5的像素Gr执行感测操作。可根据从行解码器120接收的选择信号SEL5、重置信号RS5和传输信号TG1来执行感测操作。由第五像素单元PXU5的像素Gr感测的电压Vout2可通过第二列线CL2来输出。
然后，从2H-time到4H-time和从5H-time到8H-time(这里也被称为从第二水平时间周期2H到第四水平时间周期4H和从第五水平时间周期5H到第八水平时间周期8H)，可执行与其类似的操作。由分别连接到彼此不同的列线的两个像素单元同时执行的感测操作可与上述实施例类似。与发明构思的原理一致的子采样模式可用于需要快速的感测速度或降低的功耗的环境。
图20是示出根据诸如关于图19描述的示例实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图。以四个为单位彼此附接的像素可组成一个像素单元。在这个示例实施例中，在像素单元的中心显示的数字可以是输出由像素感测的电压的列线的编号。图20中的阴影线区域(即，跳过)可指示未执行感测操作的像素单元。
在1H-time(第一水平时间周期1H)期间，可执行通过分别连接到行R2和行R5的像素单元的像素Gr的感测操作。可根据发明构思的原理来同时执行通过连接到行R2的像素的感测操作和通过连接到行R5的像素的感测操作。如图20中示出的，由连接到行R2和列C1的像素Gr感测的电压可通过第一列线①来输出，而由连接到行R5和列C1的像素Gr感测的电压可通过第二列线②来输出。通过第一列线①和第二列线②输出的感测电压可由两个不同的相关双采样器和两个不同的模拟数字转换器分别处理。
从2H-time到4H-time(从第二水平时间周期2H到第四水平时间周期4H)，可执行与在1H-time(第一水平时间周期1H)期间的操作类似的操作。即，由连接到行R2的像素单元感测的电压和由连接到行R5的像素单元感测的电压可分别通过第一列线①和第二列线②来输出。可针对连接到列C3至列C8的像素单元执行与其类似的操作。可由连接到两条不同的列线的像素组同时执行感测操作，因而提高图像传感器的操作速度。
图21是示出与发明构思的原理一致的图像传感器的操作方法的示例实施例的框图。根据示例实施例，将描述通过对相同类型的四个像素的输出进行求和而得到的值(或均值)作为感测电压输出的4合并模式。例如，下面对连接到图2的多路复用器MUX1的像素单元PXU1至像素单元PXUm进行描述。图21中示出的传输信号TG可包括用于驱动包括在一个像素单元(PXU)中的四个像素的传输信号TG1至传输信号TG4。
在1H-time(第一水平时间周期1H)期间，可由第三像素单元PXU3至第十像素单元PXU10的像素Gr执行感测操作。通过第三像素单元PXU3至第六像素单元PXU6的像素Gr的感测操作可根据从行解码器120(参照图1)接收的选择信号SEL3、选择信号B_SEL4、选择信号B_SEL5和选择信号B_SEL6，重置信号RS3、重置信号B_RS4、重置信号B_RS5和重置信号B_RS6以及传输信号TG1来执行。由第三像素单元PXU3至第六像素单元PXU6感测的电压Vout1可通过第一列线CL1来输出。
此时，通过第七像素单元PXU7至第十像素单元PXU10的像素Gr的感测操作可根据从行解码器120接收的选择信号S_SEL7、选择信号SB_SEL8、选择信号SB_SEL9和选择信号SB_SEL10，重置信号S_RS7、重置信号SB_RS8、重置信号SB_RS9和重置信号SB_RS10以及传输信号TG1来执行。由第七像素单元PXU7至第十像素单元PXU10感测的电压Vout2可通过第二列线CL2来输出。
从2H-time到4H-time(从第二水平时间周期2H至第四水平时间周期4H)执行的操作与在1H-time(第一水平时间周期1H)期间执行的操作类似，因此这里将不再重复其详细描述。
根据与发明构思的原理一致的示例实施例，与关于图13的讨论中描述的示例实施例不同，合并操作是针对四个像素执行的。示例4合并模式可用于需要图像传感器的快速的感测速度和降低的功耗的环境。
图22是示出根据关于图20的讨论中描述的实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图。以四个为单位彼此附接的像素可组成一个像素单元。在像素单元的中心显示的数字可以是输出由像素感测的电压的列线的编号。图22中的阴影线区域(即，跳过)可指示未执行感测操作的像素单元。图22中使用阴影和箭头示出的区域可指示针对连接到彼此邻近的四行(例如，行R3至行R6)的像素执行合并操作(即，垂直合并)。
在1H-time(第一水平时间周期1H)期间，可执行通过分别连接到行R3至行R10的像素单元的像素Gr的感测操作。由连接到行R3和列C1的像素单元、连接到行R4和列C1的像素单元、连接到行R5和列C1的像素单元和连接到行R6和列C1的像素单元中的每个像素单元的像素Gr感测的电压Vout2可通过第二列线②来输出。由连接到行R7和列C1的像素单元、连接到行R8和列C1的像素单元、连接到行R9和列C1的像素单元和连接到行R10和列C1的像素单元中的每个像素单元的像素Gr感测的电压Vout1可通过第一列线①来输出。同时输出的感测电压Vout1和感测电压Vout2可由两个不同的相关双采样器和两个不同的模拟数字转换器分别处理。
从2H-time到4H-time(从第二水平时间周期到第四水平时间周期)，可执行与在1H-time(第一水平时间周期)期间的操作类似的操作。即，由连接到行R3至行R6的像素单元感测的电压和由连接到行R7至行R10的像素单元感测的电压可分别通过第一列线①和第二列线②来输出。可针对连接到列C3至列C8的像素单元执行与其类似的操作。可由连接到两条不同的列线的像素组同时执行感测操作，因而提高与发明构思的原理一致的图像传感器的操作速度。
图23是示出根据与发明构思的原理一致的示例实施例的图像传感器的操作方法的框图。在一个示例实施例中，将对子采样模式进行描述。然而，与图19中描述的子采样模式不同，将描述每6个像素单元执行通过两个像素单元的感测操作并且执行合并操作(其中，同时输出感测结果的和值)的6子采样模式。图23中的阴影线区域可指示未执行感测操作的像素单元。
在1H-time(第一水平时间周期1H)期间，可由第三像素单元PXU3的像素Gr执行感测操作。可根据从行解码器120(参照图1)接收的选择信号SEL3、重置信号RS3和传输信号TG1来执行感测操作。可由第四像素单元PXU4的像素Gr执行感测操作。可根据从行解码器120接收的选择信号SEL4、重置信号RS4和传输信号TG1来执行感测操作。由第三像素单元PXU3的像素Gr和第四像素单元PXU4的像素Gr感测的电压Vout2可通过第二列线CL2来输出。
此时，可由第九像素单元PXU9的像素Gr执行感测操作。可根据从行解码器120接收的选择信号SEL9、重置信号RS9和传输信号TG1来执行感测操作。可由第十像素单元PXU10的像素Gr执行感测操作。可根据从行解码器120接收的选择信号SEL10、重置信号RS 10和传输信号TG1来执行感测操作。由第九像素单元PXU9的像素Gr和第10像素单元PXU10的像素Gr感测的电压Vout1可通过第一列线CL1来输出。
然后，从2H-time到4H-time(第二水平时间周期2H到第四水平时间周期4H)，可执行与在1H-time(第一水平时间周期1H)期间的操作类似的操作。由分别连接到彼此不同的列线的两个组的两个像素单元同时执行感测操作可与图19中的上述实施例类似。然而，在与发明构思的原理一致的示例实施例中，可执行合并操作以及子采样。在这样的示例实施例中，例如，合并操作可用于需要图像传感器的快速感测速度和降低的功耗的环境。
图24是示出根据关于图23的讨论中描述的示例实施例驱动的有源像素传感器阵列的示意图。以四个为单位彼此附接的像素可组成一个像素单元。在像素单元的中心显示的数字可以是输出由像素感测的电压的列线的编号。图24中的阴影线区域(即，跳过)可指示未执行感测操作的像素单元。图24中使用阴影和箭头示出的区域可指示针对连接到彼此邻近的两行(例如，行R3和行R4)的像素来执行合并操作(即，垂直合并)。
在1H-time(第一水平时间周期1H)期间，可执行通过分别连接到行R3和行R4的像素单元的像素Gr的感测操作。由连接到行R3和列C1的像素Gr和连接到行R4和列C1的像素Gr感测的电压Vout2可通过第二列线②来同时输出。即，可针对连接到行R3的像素单元和连接到行R4的像素单元来执行合并操作。
此时，可执行通过分别连接到行R9和行R10的像素单元的像素Gr的感测操作。由连接到行R9和列C1的像素Gr和连接到行R10和列C1的像素Gr感测的电压Vout1可通过第一列线①来同时输出。即，可针对连接到行R9的像素单元和连接到行R10的像素单元来执行合并操作。
通过第一列线①和第二列线②输出的感测电压Vout1和感测电压Vout2可由两个不同的相关双采样器和两个不同的模拟数字转换器分别处理。然后，从2H-time到4H-time(第二水平时间周期2H到第四水平时间周期4H)，可执行与在1H-time(第一水平时间周期1H)期间的操作类似的操作。如此，可由连接到两个不同列线的像素组同时执行感测操作和合并操作，因而提高与发明构思的原理一致的图像传感器的操作速度。
图25是示出相关双采样电路(诸如，图2中示出的相关双采样电路140)的示例实施例的配置的框图。与上述垂直合并(沿列方向)不同，图25的配置将用于示出与发明构思的原理一致的水平合并(沿行方向)。
参照图25，相关双采样电路140可包括多个相关双采样器140_1至140_2n。相关双采样器140_1至相关双采样器140_2n可分别包括放大器142_1至放大器142_2n。每个相关双采样器可通过开关连接到另一相关双采样器。例如，第一相关双采样器140_1可通过开关SW1连接到第三相关双采样器140_3。开关SW1、开关SW2、开关SW3等可根据从时序控制器180(参照图1)接收的控制信号C_SW在合并模式下接通或在完整模式下断开。
在与发明构思的原理一致的示例实施例中，相关双采样器可(例如，使用开关SW1、开关SW2、开关SW3等)连接以针对沿行方向彼此邻近的两个像素单元执行合并操作。因此，当针对沿行方向彼此邻近的四个像素单元执行合并操作时，第一相关双采样器140_1可与第三相关双采样器140_3连接。
在关于图4的讨论中描述的操作的完整模式下，可断开开关SW1、开关SW2、开关SW3等(即，关断)。作为结果，通过列线CL1至列线CL2n(参照图2)中的每条列线输出的感测电压Vout1至感测电压Vout2n可通过多路复用电路130被分别输入到相关双采样器140_1至相关双采样器140_2n，相关双采样器140_1至相关双采样器140_2n可分别输出模拟信号AS1至模拟信号AS2n。
图26是示出在合并模式(H-binning，或水平合并)期间的相关双采样电路140的配置的框图。当开关SW1根据来自时序控制器180(参照图2)的控制信号C_SW而接通时，从第一多路复用器MUX1输入到第一相关双采样器140_1的感测电压和从第二多路复用器MUX2输入到第一相关双采样器140_1的感测电压可通过放大器142_1被顺序地输入。即，从放大器142_1输出的模拟信号B_AS1可以是通过合并操作而输出的信号。此时，可关闭除放大器142_1和放大器142_3之外的其他放大器。
输出的模拟信号B_AS1可被输入到第一转换器ADC1(参照图2)，并可被转换为数字信号。通过这样的合并操作，可提高图像传感器的操作速度，并且可降低功耗。
图27是示出根据与发明构思的原理一致的子采样模式(诸如关于图23和图24的讨论中描述的子采样模式和关于图26的讨论中描述的合并模式)驱动的有源像素传感器阵列的示意图。以四个为单位彼此附接或邻近的像素可组成一个像素单元。此外，在像素单元的中心显示的数字可以是输出由像素感测的电压的列线的编号。图27中的阴影线区域(即，跳过)可指示未执行感测操作的像素单元。图27中使用阴影和箭头示出的区域可意味着针对彼此邻近的像素单元来执行合并操作(即，垂直合并和水平合并)。
图27的操作方法可类似于图24的操作方法，这里将不再提出重复的描述。在与发明构思的原理一致的示例实施例中，可执行沿行方向的合并操作(即，H-binning或水平合并)。如在关于图26的讨论中所述，当开关SW1根据来自时序控制器180(参照图2)的控制信号C_SW而接通(即，闭合)时，从连接到列C3和列C4的像素单元感测的电压可被输入到第一相关双采样器140_1。第一相关双采样器140_1(参照图26)可针对从连接到列C3和列C4的像素单元感测的电压以及从连接到列C1和列C2的像素单元感测的电压执行采样和保持操作。此外，由第一相关双采样器140_1处理的模拟信号B_AS1(参照图26)可通过第一模拟数字转换器ADC1被转换成数字信号。
在与发明构思的原理一致的示例实施例中，可由分别连接到两条不同的列线的两个不同的组的像素单元同时执行感测操作。可由不同的相关双采样器(和不同的模拟数字转换器)处理由两个不同的组的像素单元感测的电压。作为结果，可提高图像传感器的操作速度。此外，可根据这里描述的各种操作模式来降低图像传感器的功耗。
图28是示出应用发明构思的移动装置的框图。参照图28，可将移动装置1000实施为支持移动行业处理器接口(MIPI)标准或嵌入式显示接口(eDP)标准。移动装置1000可包括应用处理器1100、显示单元1200、图像处理单元1300、数据存储1400、无线收发器单元1500和用户接口1600。
应用处理器1100可控制移动装置1000的整体操作。应用处理器1100可包括与显示单元1200进行交互的DSI主机和与图像处理单元1300进行交互的CSI主机。
显示单元1200可包括显示面板1210和显示串行接口(DSI)外围电路1220。显示面板1210可显示图像数据。安装在应用处理器1100上的显示串行接口(DSI)主机可通过DSI执行与显示面板1210的串行通信。DSI外围电路1220可包括驱动显示面板1210所需的时序控制器、源极驱动器等。
图像处理单元1300可包括相机模块1310和相机串行接口(CSI)外围电路1320。相机模块1310和CSI外围电路1320可包括镜头和图像传感器。可在图像传感器处理从相机模块1310产生的图像数据，并且可通过CSI将处理的图像发送到应用处理器1100。图像传感器可支持与发明构思的原理一致的一种或多种操作模式。在示例实施例中，可由分别连接到不同的列线的两个像素组同时执行感测操作，因而提高操作速度。
数据存储1400可包括嵌入式通用闪存(UFS)存储1410和可移除UFS卡1420。嵌入式UFS存储1410和可移除UFS卡1420可通过M-PHY层与应用处理器1100进行通信。主机(即，应用处理器1100)可包括基于与UFS协议不同的另一协议与可移除UFS卡1420进行通信的桥接器。应用处理器1100和可移除UFS卡1420可通过各种卡协议(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器(UFD)、多媒体卡(MMC)、嵌入式多媒体卡(eMMC)、安全数字(SD)、迷你SD、微型SD)来彼此进行通信。例如，嵌入式UFS存储1410和可移除UFS卡1420可使用三维非易失性存储器装置来实现，在所述三维非易失性存储器装置中，连接存储器单元的单元串被形成为垂直于基底。
无线收发器单元1500可包括天线1510、射频(RF)单元1520和调制器/解调器(MODEM)1530。本发明构思的实施例被示例为通过M-PHY层与应用处理器1100进行通信的调制解调器1530。然而，发明构思的范围和精神不限于此。例如，调制解调器1530可被包括在应用处理器1100中。
虽然已经描述了发明构思的具体实施例，但是应理解，很多其他修改、改变、变化和替换可由本领域技术人员设计。此外，应理解，本发明构思涵盖能基于上述实施例被容易地修改和实现的各种技术。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
有源像素传感器阵列，包括沿列顺序布置的第一像素单元至第四像素单元，其中，第一像素单元至第四像素单元中的每个像素单元包括多个像素，包括第一像素单元和第二像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元和第四像素单元的第二像素组被连接到第二列线；
相关双采样电路，包括第一相关双采样器和第二相关双采样器，被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号，
其中，第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号，
第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第二相关双采样信号。
2.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
行解码器，被配置为在时序控制器的控制下选择有源像素传感器阵列的一行；
多路复用器，被配置为在时序控制器的控制下将第一列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器并且将第二列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器。
3.如权利要求2所述的图像传感器，还包括：
第一模拟数字转换器，被配置为将从第一相关双采样器输出的第一相关双采样信号转换成第一数字信号；
第二模拟数字转换器，被配置为将从第二相关双采样器输出的第二相关双采样信号转换成第二数字信号。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，在第一操作模式下驱动包括在第一像素单元至第四像素单元中的所有像素。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，在第二操作模式下，由第一像素单元的像素和第二像素单元的像素感测的电压通过第一列线被输出作为第一感测电压，由第三像素单元的像素和第四像素单元的像素感测的电压通过第二列线被输出作为第二感测电压，
在第二操作模式下，第一感测电压和第二感测电压被同时输出。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中，
有源像素传感器阵列还包括连接到第二列线的第五像素单元和第六像素单元，
其中，在第三操作模式下，第一像素单元的多个像素、第三像素单元的多个像素、第四像素单元的多个像素和第六像素单元的多个像素未被驱动，
其中，在第三操作模式下，由第二像素单元的像素感测的电压通过第一列线被输出作为第一感测电压，由第五像素单元的像素感测的电压通过第二列线被输出作为第二感测电压，
其中，在第三操作模式下，第一感测电压和第二感测电压被同时输出。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，有源像素传感器阵列还包括连接到第二列线的第五像素单元和第六像素单元以及连接到第一列线的第七像素单元至第十像素单元，
其中，在第四操作模式下，第一像素单元的多个像素和第二像素单元的多个像素未被驱动，
其中，在第四操作模式下，由第三像素单元的像素、第四像素单元的像素、第五像素单元的像素和第六像素单元的像素感测的每个电压通过第二列线被输出作为第二感测电压，
其中，在第四操作模式下，由第七像素单元的像素、第八像素单元的像素、第九像素单元的像素和第十像素单元的像素感测的每个电压通过第一列线被输出作为第一感测电压，
其中，在第四操作模式下，第一感测电压和第二感测电压被同时输出。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素单元中的每个像素单元包括：
多个传输晶体管，被配置为将在光电转换装置中积累的电荷发送到浮动扩散区域；
驱动晶体管，其栅极端子与浮动扩散区域连接，
其中，每个像素单元包括它的关联的光电转换装置之中共享的它自己的浮动扩散区域。
9.如权利要求2所述的图像传感器，其中，有源像素传感器阵列还包括沿与第一像素组和第二像素组邻近的列顺序布置的第十一像素单元至第十四像素单元，
其中，包括第十一像素单元和第十二像素单元的第三像素组被连接到第三列线，包括第十三像素单元和第十四像素单元的第四像素组被连接到第四列线，
其中，相关双采样电路还包括第三相关双采样器和第四相关双采样器，并被配置为将从第三像素组的选择的像素感测的第三感测电压和从第四像素组的选择的像素感测的第四感测电压分别转换成第三相关双采样信号和第四相关双采样信号，
其中，第三感测电压被第三相关双采样器和第四相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第三相关双采样信号，
其中，第四感测电压被第三相关双采样器和第四相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第四相关双采样信号。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中，第一相关双采样器通过第一开关与第三相关双采样器连接，
其中，第二相关双采样器通过第二开关与第四相关双采样器连接，
其中，根据时序控制器的控制接通或断开第一开关和第二开关。
11.一种图像传感器，包括：
有源像素传感器阵列，包括沿列顺序布置的第一像素单元至第十像素单元，其中，第一像素单元至第十像素单元中的每个像素单元包括多个像素，包括第一像素单元、第二像素单元和第七像素单元至第十像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元至第六像素单元的第二像素组被连接到第二列线；
行解码器，被配置为在时序控制器的控制下选择有源像素传感器阵列的一行；
相关双采样电路，包括第一相关双采样器和第二相关双采样器，并被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号；
多路复用器，被配置为在时序控制器的控制下将第一列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器并且将第二列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器，
其中，第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号，
其中，第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第二相关双采样信号。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，在第一操作模式下驱动包括在第一像素单元至第十像素单元中的所有像素。
13.如权利要求11所述的图像传感器，其中，在第二操作模式下，由第一像素单元的像素和第二像素单元的像素感测的电压中的每个电压通过第一列线被输出作为第一感测电压，由第三像素单元的像素和第四像素单元的像素感测的电压中的每个电压通过第二列线被输出作为第二感测电压，
其中，在第二操作模式下，第一感测电压和第二感测电压被同时输出。
14.如权利要求11所述的图像传感器，其中，在第三操作模式下，第一像素单元的多个像素、第三像素单元的多个像素、第四像素单元的多个像素和第六像素单元的多个像素未被驱动，由第二像素单元的像素感测的电压通过第一列线被输出作为第一感测电压，
其中，在第三操作模式下，由第五像素单元的像素感测的电压通过第二列线被输出作为第二感测电压，
其中，在第三操作模式下，第一感测电压和第二感测电压被同时输出。
15.如权利要求11所述的图像传感器，其中，在第四操作模式下，第一像素单元的多个像素和第二像素单元的多个像素未被驱动，
其中，在第四操作模式下，由第三像素单元的像素、第四像素单元的像素、第五像素单元的像素和第六像素单元的像素感测的电压中的每个电压通过第二列线被输出作为第二感测电压，
其中，在第四操作模式下，由第七像素单元的像素、第八像素单元的像素、第九像素单元的像素和第十像素单元的像素感测的电压中的每个电压通过第一列线被输出作为第一感测电压，
其中，在第四操作模式下，第一感测电压和第二感测电压被同时输出。
16.一种图像传感器，包括：
有源像素传感器阵列，包括沿列顺序布置的第一像素单元至第四像素单元和沿邻近第一像素单元至第四像素单元的列顺序布置的第五像素单元至第八像素单元，其中，第一像素单元至第八像素单元中的每个像素单元包括多个像素，包括第一像素单元和第二像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元和第四像素单元的第二像素组被连接到第二列线，包括第五像素单元和第六像素单元的第三像素组被连接到第三列线，包括第七像素单元和第八像素单元的第四像素组被连接到第四列线；
相关双采样电路，包括第一相关双采样器至第四相关双采样器，被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号并且将从第三像素组的选择的像素感测的第三感测电压和从第四像素组的选择的像素感测的第四感测电压分别转换成第三相关双采样信号和第四相关双采样信号，
其中，第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号，
其中，第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第二相关双采样信号，
其中，第三感测电压被第三相关双采样器和第四相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第三相关双采样信号，
其中，第四感测电压被第三相关双采样器和第四相关双采样器中的另一相关双采样器转换成第四相关双采样信号。
17.如权利要求16所述的图像传感器，还包括：
行解码器，被配置为在时序控制器的控制下选择有源像素传感器阵列的一行；
多路复用器，被配置为在时序控制器的控制下将第一列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器，将第二列线连接到第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器，将第三列线连接到第三相关双采样器和第四相关双采样器中的一个相关双采样器，并将第四列线连接到第三相关双采样器和第四相关双采样器中的另一相关双采样器。
18.如权利要求17所述的图像传感器，还包括：
第一模拟数字转换器，被配置为将从第一相关双采样器输出的第一相关双采样信号转换成第一数字信号；
第二模拟数字转换器，被配置为将从第二相关双采样器输出的第二相关双采样信号转换成第二数字信号；
第三模拟数字转换器，被配置为将从第三相关双采样器输出的第三相关双采样信号转换成第三数字信号；
第四模拟数字转换器，被配置为将从第四相关双采样器输出的第四相关双采样信号转换成第四数字信号。
19.如权利要求17所述的图像传感器，其中，第一相关双采样器通过第一开关与第三相关双采样器连接，
第二相关双采样器通过第二开关与第四相关双采样器连接。
20.如权利要求19所述的图像传感器，其中，时序控制器在水平合并模式下接通第一开关和第二开关中的至少一个开关。
21.一种图像传感器，包括：
像素单元的阵列，沿列和行布置，每个像素单元包括共享浮动扩散区域的多个像素，每个像素与特性光范围敏感度关联；
多个相关双采样电路，包括多个相关双采样器，并被配置为对由所述多个像素产生的光电信号执行相关双采样，其中，相关双采样器被配置为对来自于像素单元的一列内的不同的像素单元的相同特性光范围敏感度的多个像素的信号并行执行相关双采样；
多个模拟数字转换器，被配置为对来自于像素单元的一列内的不同的像素单元的相关双采样的信号进行并行转换。
22.如权利要求21所述的图像传感器，其中，像素单元、相关双采样电路和模拟数字转换器被配置为对像素单元内的像素的输出进行合并。
23.如权利要求21所述的图像传感器，其中，每个像素单元包括与绿光范围敏感度关联的两个像素，与红光范围敏感度关联的一个像素以及与蓝光范围敏感度关联的一个像素。
24.如权利要求21所述的图像传感器，其中，像素单元的阵列包括沿列顺序布置的第一像素单元至第四像素单元，其中，第一像素单元至第四像素单元中的每个像素单元包括多个像素，包括第一像素单元和第二像素单元的第一像素组被连接到第一列线，包括第三像素单元和第四像素单元的第二像素组被连接到第二列线，
相关双采样电路包括第一相关双采样器和第二相关双采样器，被配置为将从第一像素组的选择的像素感测的第一感测电压和从第二像素组的选择的像素感测的第二感测电压分别转换成第一相关双采样信号和第二相关双采样信号，
其中，第一感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的一个相关双采样器转换成第一相关双采样信号，
第二感测电压被第一相关双采样器和第二相关双采样器中的另一相关双采样器同时转换成第二相关双采样信号。
25.如权利要求21所述的图像传感器，像素组内的像素是可控的，有助于将它们各自的信号响应的任何组合添加到共享浮动扩散。
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