CN109040632A - 读出电路以及感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种读出电路以及感测装置。读出电路用以产生影像数据，以表示由感测阵列所感测到的影像。读出电路包括取样/维持电路、模拟‑数字转换电路、第一与第二记忆库、以及输出电路。取样/维持电路对来自感测阵列的至少一输出信号执行取样/维持操作，以产生第一与第二取样信号。模拟‑数字转换电路分别根据第一与第二取样信号来产生第一与第二读出数据。第一与第二记忆库分别存储第一与第二读出数据。在第一模式下时，输出电路依序地输出第一与第二读出数据以作为影像数据。在第二模式下时，输出电路获得第一与第二读出数据之间的差以作为影像数据。

Description

读出电路以及感测装置
技术领域
本发明是关于一种读出电路，且特别是关于一种读出电路，其可选择性地操作在单一斜坡式脉冲信号模式或双斜坡式脉冲模式。
背景技术
互补式金氧半(metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感测器以广泛地用于各种应用，例如，数字相机。为了提高影像感测器的感测品质，影像感测器的读出电路通常对感测阵列所产生的感测信号执行相关二次取样(correlated double sampling，CDS)，以消除杂讯，例如感测像素的非一致性所导致的固定图像杂讯(fixed pattern noise，FPN)。对于一影像感测装置而言，其读出电路仅采用一种斜坡模式(例如单一斜坡模式或双斜坡模式)来将感测信号转换为数字信号/数据。由于单一斜坡式脉冲模式以及双斜坡式脉冲模式各有不同缺点，采用一种斜坡模式的读出电路，将使影像感测器无法在影像品质与画面更新率(frame rate)之间达到最佳化。
发明内容
根据本发明一实施例，本发明提供了一种读出电路，用以产生影像数据，以表示由感测阵列所感测到的影像。此读出电路包括取样/维持电路、模拟-数字转换电路、第一记忆库、第二记忆库、以及输出电路。取样/维持电路对来自感测阵列的至少一输出信号执行取样/维持操作，以产生第一取样信号以及第二取样信号。模拟-数字转换电路接收第一取样信号以及第二取样信号，且分别根据第一取样信号以及第二取样信号来产生第一读出数据以及第二读出数据。第一记忆库存储第一读出数据。第二记忆库存储第二读出数据。输出电路耦接第一记忆库以及第二记忆库，且接收第一输出数据以及第二输出数据。当读出电路操作在第一模式下时，输出电路依序地输出第一读出数据以及第二读出数据以作为影像数据。当读出电路操作在第二模式下时，输出电路获得第一读出数据与第二读出数据之间的差以作为影像数据。
根据本发明一实施例，本发明提供了一种感测装置，其包括感测阵列、多个字符线、以及读出电路。感测阵列包括配置于多列与多行的多个感测像素。多个字符线耦接感测阵列。配置在相同列上的感测像素耦接相同的字符线。读出电路耦接字符线，且产生多个感测数据以表示由感测阵列所感测到的影像。读出电路包括分别耦接字符线的多个读出单元。每一读出单元产生对应的影像数据。每一读出单元包括取样/维持电路、模拟-数字转换电路、第一记忆库、第二记忆库、以及输出电路。取样/维持电路耦接对应的字符线以接收至少一输出信号，且对至少一输出信号执行取样/维持操作，以产生第一取样信号以及第二取样信号。模拟-数字转换电路接收第一取样信号以及第二取样信号，且分别根据第一取样信号以及第二取样信号来产生第一读出数据以及第二读出数据。第一记忆库存储第一读出数据。第二记忆库存储第二读出数据。输出电路耦接第一记忆库以及第二记忆库，且接收第一输出数据以及第二输出数据。当该读出电路操作在第一模式下时，输出电路依序地输出第一读出数据以及第二读出数据以作为对应的影像数据。当读出电路操作在第二模式下时，输出电路获得第一读出数据与第二读出数据之间的差以作为对应的影像数据。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。
附图说明
图1表示根据本发明一实施例的感测装置；
图2A表示根据本发明一实施例，于单一斜坡式脉冲模式时感测装置1的操作示意图；
图2B表示根据本发明一实施例，于双斜坡式脉冲模式时感测装置1的操作示意图；
图3表示根据本发明一实施例，于单一斜坡式脉冲模式时，感测装置的主要信号的时序图；
图4表示根据本发明一实施例，于双斜坡式脉冲模式时，感测装置的主要信号的时序图。
【符号说明】
1感测装置；
10驱动器；
11读出电路；
11_1…11_m读出单元；
12控制器；
13感测阵列；
20转移晶体管；
21重置晶体管；
22源极随耦器；
23选择开关；
24取样/维持电路；
25模拟-数字转换电路；
26记忆体；
26A、26B记忆库(BANK)；
27输出电路；
110斜坡产生器；
130、130(C1,R3)、130(C1,R4)感测像素；
220输出晶体管；
250比较器；
251计数器；
270、271多工器(MUX)；
272减法器；
BANKA、BANKB记忆库操作状态；
BL1…BLm字符线；
C1…Cm列；
DOUT1…DOUTm影像数据；
GND接地端；
FN浮动扩散节点；
Pramp30、Pramp40、Pramp41持续期间；
Psense感测操作期间；
PD感测元件；
PRST重置相位；
R1…Rn行；
RAMP30、RAMP40、RAMP41斜坡式脉冲；
RST重置信号；
S110斜坡信号；
S12A…S12G控制信号；
S24_R3、S24_R4取样维持信号；
S24_R3A、S24_R3B取样维持信号；
S250_R3、S250_R4比较信号；
S250_R3A、S250_R3B比较信号；
S251_R3、S251_R4输出数据；
S251_R3A、S251_R3B输出数据；
S272有效读出数据；
SEL1…SELn选择信号；
S/H取样/维持电路的操作状态；
SO_R3、SO_R4输出信号；
T1…T4时间点；
TX转移信号；
VDD电压源。
具体实施方式
于下文中将参照相关附图以解说本发明的数个实施例的范例。
图1是表示根据本发明一实施例的感测装置。如图1所示，感测装置1包括驱动器10、读出电路11、控制器12、及多个感测阵列13。感测阵列13包括多个感测像素130。如图1所示，感测像素130配置成多列C1～Cm以及多行R1～Rn，其中，m与n为大于或等于1的正整数。配置在相同列的感测像素130耦接相同的字符线。因此，感测装置1具有m条字符线BL1～BLm，分别对应列C1～Cm。驱动器10产生各种信号以控制感测像素130执行影像感测操作。驱动器10所产生的信号例如包括用来控制感测像素130的重置信号RST、转移信号TX、以及选择信号SEL1～SELn。需注意的是，配置在同一行的感测像素130受到相同的选择信号所控制。详细来说，选择信号SEL1～SELn则是分别控制配置在行R1～Rn的感测像素130。参阅图1，读出电路11包括多个读出单元11_1～11_m，分别耦接字符线BL1～BLm，以产生能表示感测阵列13所感测到的影像数据DOUT1～DOUTm。因此可知，配置在相同列的感测像素130透过相同的字符线耦接对应的读出单元，也就是说，配置在相同列的感测像素130所产生的信号是由同一读出单元来读取，以产生对应的影像数据。控制器12则产生至少一时序控制信号S12G至驱动器10，以控制驱动器10产生信号RST、TX以及SEL1～SELn的时序。控制器12还产生用来控制读出电路11的各种信号S12A～S12F(将于下文说明)。
在图1的实施例中，感测像素130的架构可根据感测装置1的设计而有所不同。图2A与图2B是表示根据本发明一实施例的感测像素130与读出电路11的架构。为了能清楚的显示感测像素130，图2A与图2B仅显示配置在同一列的两个感测像素130，例如配置在列C1与行R3的感测像素130(以符号130(C1,R3)来表示)与配置在列C1与行R4的感测像素130(以符号130(C1,R4)来表示)。其他的感测像素130的架构相与图2A与图2B所示的架构相同。此外，图2A与图2B仅显示读出电路11中对应列C1的单一个读出单元11_1。其他的读出单元的架构相与图2A所示的架构相同。
如图2A所示，感测像素130(C1,R3)包括感测元件PD、转移晶体管20、重置晶体管21、源极随耦器22、以及选择开关23。在此实施例中，源极随耦器22包括输出晶体管220。源极随耦器22的输入端耦接浮动扩散节点FN。在图2A的实施例中，晶体管20、21、以及220为以N型金氧半(N-type metal-oxide semiconductor，NMOS)晶体管为例。参阅图2A，感测元件PD是以一光电二极管(photoelectric diode)来实现，其阳极电极耦接接地端GND。转移晶体管20的栅极(即控制端)接收转移信号TX，其漏极(即输入端)耦接光电二极管PD的阴极电极，且其源极(即输出端)耦接浮动扩散节点FN。重置晶体管21的栅极接收重置信号RST，其漏极耦接电压源VDD，且其源极耦接浮动扩散节点FN。输出晶体管220的栅极作为源极随耦器22的输入端，且其耦接浮动扩散节点FN。输出晶体管220的源极耦接电压源VDD，且其源极则透过选择开关23耦接字符线BL1。选择开关23的导通/关断状态则受对应的选择信号SEL3所控制。对应的读出单元11_1则透过耦接字符线BL1耦接选择开关23的输出端。感测像素130(C1,R4)具有与感测像素130(C1,R3)相同的元件与电路架构。须注意的是，由于感测像素130(C1,R4)配置在行R4，因此其选择开关23的导通/关断状态是受对应的选择信号SEL4)所控制。上述的感测像素的架构仅为一示范例子。在其他实施例中，可采用以图2A所示的架构为基础而做修改的架构。
参阅图2A，读出电路11还包括斜坡产生器110，其受到控制器12所产生的控制信号S12D可产生具有至少一斜坡式脉冲的斜坡信号S110。读出单元11_1包括取样/维持电路24、模拟-数字转换电路25、记忆体26、以及输出电路27。取样/维持电路24耦接字符线BL1。取样/维持电路24由电容器与开关所组成，且受控于由控制器12所产生的至少一控制信号S12C，以对在字符线BL1上的一输出信号执行取样/维持操作，并产生一对应的取样信号。在图2A的实施例中，模拟-数字转换电路25包括比较器250与计数器251。比较器250的一输入端(例如，负输入端(-))耦接取样/维持电路24的输出端，其另一输入端(例如，正输入端(+))接收斜坡信号S110。计数器251耦接比较器250的输出端，且接收时脉信号CK以作为其执行计数操作的基础时脉。记忆体26包括至少两个记忆库。在此实施例中，以具有两个记忆库(BANK)26A与26B的记忆体26为例。记忆体26为一静态随机存取记忆体(static random-access memory，SRAM)。记忆库26A与26B分别受控于由控制器12所产生的控制信号S12A与S12B，使得记忆体26可将来自计数器251的数据选择性存储在记忆库26A或26B。输出电路27包括多工器(MUX)270与271以及减法器272。多工器270的一输入端耦接记忆库26A以接收来自记忆库26A的数据，而另一输入端耦接记忆库26B以接收来自记忆库26B的数据。多工器270根据控制信号S12E而选择性地将其中一输入端上的数据传送至其输出端。减法器272耦接记忆库26A与26B以接收分别来自记忆库26A与26B的数据。减法器272对来自记忆库26A的数据与来自记忆库26B的数据进行减法操作。多工器271的一输入端耦接多工器270的输出端，而另一输入端耦接减法器272的输出端。多工器271根据控制信号S12F而选择性地将其中一输入端上的数据传送至其输出端，以作为读出单元11_1的影像数据Dout1。
如上所述，配置在相同列的感测像素130透过对应的字符线连接相同的读出单元。通过驱动器10所产生的选择信号SEL1～SELn，驱动器10每一次驱动配置在一行的所感测像素130来执行感测操作。如此一来，配置在相同列上但配置在不同行的感测像素130可于不同时间执行感测操作，且对应的读出单元也可于不同时间对配置在相同列上的感测像素130执行读出操作。当感测装置1欲以配置在一行(例如，行R3)的感测像素130来感测影像时，配置在行R3的所有感测像素130的选择开关23根据选择信号SEL3而导通，以进行感测操作。以下将以配置在列C1与行R3的感测像素130(C1,R3)、配置在列C1与行R4的感测像素130(C1,R4)、以及读出单元11_1来叙述上述感测操作与读出操作。
图2A还显示了当读出电路11处于单一斜坡式脉冲模式时，感测装置1的操作示意图。图3是表示当读出电路11处于单一斜坡式脉冲模式时，感测装置1的主要信号的时序图。参阅图2A以及图3，选择信号SEL3处于高电压位准以导通选择开关23。选择信号SEL3处于高电压位准的期间则表示感测像素130(C1,R3)执行感测操作的期间Psense。重置信号RST在时间点T1与时间点T2(时间点T2出现于时间点T1之后)之间处于高电压位准以形成一重置相位PRST。重置晶体管21被重置相位PRST所导通，以将浮动扩散节点FN的电压位准重置为电压源VDD的电压位准。此时，输出晶体管220根据浮动扩散节点FN上被重置后的电压来操作，以产生具有电压位准VRST的输出信号SO_R3。取样/维持电路24则根据至少一控制信号S12C，透过字符线BL1来取样并维持输出信号SO_R3的电压位准VRST。在时间点T2时，重置信号RST切换为低电压位准以关闭重置晶体管21。接着，转移信号TX于时间点T3切换为高电压位准且在时间点T3至时间点T4的期间中维持在高电压位准，以导通转移晶体管20。此时，光电二极管PD根据侦测到的光线而所产生的电荷改变了浮动扩散节点FN的电压位准。输出晶体管220则根据浮动扩散节点FN上经改变的电压位准来操作，以产生具有电压位准VSIG的输出信号SO_R3。取样/维持电路24则根据至少一控制信号S12C来取样输出信号SO_R3的电压位准VSIG。透过取样/维持电路24内电容器的特性，取样/维持电路24维持了电压位准VRST与电压位准VSIG之间的差，即电压差(VRST-VSIG)。在感测操作的期间Psense之后，取样/维持电路24产生用来表示电压差(VRST-VSIG)的取样维持信号S24_R3，且将其输出至比较器250的负输入端(-)。在图3中，符号S/H是表示读出单元11_1中取样/维持电路24的操作状态，其中，状态S/H_R3是表示取样/维持电路24对配置在列C1与行R3的感测像素130所产生的输出信号SO_R3进行取样/维持；状态S/H_R4是表示取样/维持电路24对配置在列C1与行R4的感测像素130进行取样/维持的期间。根据上述，由于输出信号SO_R3的电压位准VRST与电压位准VSIG之间的差值是在模拟-数字转换器25之前获得，因此，读出单元11_1对于输出信号SO_R3所执行的操作可称为模拟相关二次取样。
参阅图3，当读出电路11处于单一斜坡式脉冲模式时，斜坡产生器110受来自控制器12的控制信号S12D来产生具有斜坡式脉冲RAMP30的斜坡信号S110。当斜坡信号S110具有斜坡式脉冲RAMP30时，斜坡信号S110的电压位准以一定的斜率在持续期间Pramp30内逐渐地下降。每一斜坡式脉冲RAMP30对应一个感测像素的输出信号的读出操作。详细来说，对于来自每一感测像素110的输出信号而言，对应的读出单元仅以单一个斜坡式脉冲RAMP30来执行读出操作。在感测操作的期间Psense之后，计数器251根据时脉信号CK而开始计数，且比较器250比较斜坡信号S110与取样维持信号S24_R3。当斜坡信号S110的电压位准高于取样维持信号S24_R3的电压位准时，比较器250产生高电压位准的比较信号S250_R3，且计数器251根据高电压位准的比较信号S250_R3而持续计数。随着斜坡信号S110的电压位准因为斜坡式脉冲RAMP30而逐渐下降，一旦斜坡信号S110的电压位准因为斜坡式脉冲RAMP30而逐渐下降以至于低于取样维持信号S24_R3的电压位准时，比较器250产生低电压位准的比较信号S250_R3。此时，计数器251根据低电压位准的比较信号S250_R3而停止持续计数，并将最后的计数值作为输出数据S251_R3来输出至记忆体26。此时，控制器12透过控制信号S12A来控制记忆库26A存储输出数据S251_R3。参阅图3，符号BANKA是表示记忆库26A的操作状态，符号BANKB是表示记忆库26B的操作状态，其中，状态W_RX是表示写入对应配置在列C1与行RX的感测像素130的输出数据，状态R_RX是表示读出对应配置在列C1与行RX的感测像素130的输出数据，IDLE状态则表示闲置状态，1≦X≦n。根据上述，在斜坡式脉冲RAMP40的持续期间Pramp40则是对应输出数据的写入。记忆库26A的在完成写入输出数据S251_R3之后(即在状态W_R3之后)，则进入IDLE状态。在记忆库26A的状态W_R3以及其后的IDLE状态IDLE期间，记忆库26B根据控制信号S12B而处于R_R2状态，以将已存储于记忆库26B中对应配置在行C1与R2的感测像素130的输出数据读出至多工器270的一端。
选择信号SEL4处于高电压位准以导通感测像素130(C1,R4)的选择开关23时，感测像素130(C1,R4)执行上述相同的感测操作，以输出信号SO_R4。读出单元11_1中的各元件/电路则以输出信号SO_R4为基础来执行上述相同的读出操作，以产生对应的取样信号S24_R4、比较信号S250_R4、以及输出数据S251_R4。感测像素130(C1,R4)与读出单元11_1内的元件/电路的操作在此省略说明。此时，控制器12透过控制信号S12B来控制记忆库26B存储输出数据S251_R4。参阅图3，记忆库26B的在完成写入输出数据S251_R4之后(即在状态W_R4之后)，则进入IDLE状态。在记忆库26B的状态W_R3以及其后的IDLE状态期间，记忆库26A根据控制信号S12A而处于R_R3状态，以将已存储于记忆库26A中感测像素130(C1,R3)的输出数据S251_R3读出至多工器270的另一端。
根据上述可得知，来自计数器251的多笔输出数据是交替地存储在记忆库26A与26B，且存储在记忆库26A与26B的输出数据值则是依照写入顺序来交替被读出至多工器270。如此一来，多工器270则受控制信号S12E的控制，交替地自将来自记忆库26A与26B的输出数据传送至多工器271的一端。在单一斜坡式脉冲模式下，多工器271则根据控制信号S12F而输出来自多工器271的输出数据，以作为影像数据DOUT1。
图2B还显示了当读出电路11处于双斜坡式脉冲模式时，感测装置1的操作示意图。图4是表示当读出电路11处于双斜坡式脉冲模式时，感测装置1的主要信号的时序图。参阅图2B以及图4，选择信号SEL3处于高电压位准以导通感测像素130(C1,R3)的选择开关23。选择信号SEL3处于高电压位准的期间则表示感测像素130(C1,R3)执行感测操作的期间Psense。重置信号RST在时间点T1与时间点T2之间处于高电压位准以形成一重置相位PRST。重置晶体管21被重置相位PRST所导通，以将浮动扩散节点FN的电压位准重置为电压源VDD的电压位准。此时，输出晶体管220根据浮动扩散节点FN上被重置后的电压来操作，以产生具有电压位准VRST的输出信号SO_R3。取样/维持电路24则根据至少一控制信号S12C，透过字符线BL1来取样并维持输出信号SO_R3的电压位准VRST。在时间点T2时，重置信号RST切换为低电压位准以关闭重置晶体管21。取样/维持电路24产生用来表示电压为准VRST的取样维持信号S24_R3A，且将其输出至比较器250的负输入端(-)。在图4中，符号S/H是表示读出单元11_1中取样/维持电路24的操作状态，其中，状态S/H_R3是表示取样/维持电路24对配置在列C1与行R3的感测像素130所产生的输出信号SO_R3进行取样/维持；状态S/H_R4是表示取样/维持电路24对配置在列C1与行R4的感测像素130进行取样/维持的期间。
当读出电路11处于双斜坡式脉冲模式时，在时间点T2后，斜坡产生器110受来自控制器12的控制信号S12D来产生具有斜坡式脉冲RAMP40与RAMP41的斜坡信号S110。在时间点T2之后，在斜坡信号S110上先出现斜坡式脉冲RAMP40，再出现斜坡式脉冲RAMP41。当斜坡信号S110具有斜坡式脉冲RAMP40时，斜坡信号S110的电压位准以一既定斜率在持续期间Pramp40内逐渐地下降；且当斜坡信号S110具有斜坡式脉冲RAMP41时，斜坡信号S110的电压位准以上述既定斜率在持续期间Pramp41内逐渐地下降，其中，持续期间Pramp41大于持续期间Pramp40。每一组斜坡式脉冲RAMP40与RAMP41对应一个感测像素的输出信号的读出操作。详细来说，对于来自每一感测像素110的输出信号而言，对应的读出单元仅以一组的斜坡式脉冲RAMP40与RAMP41来执行读出操作。在时间点T2之后，计数器251根据时脉信号CK而开始计数，且比较器250比较斜坡信号S110与取样维持信号S24_R3A。当斜坡信号S110的电压位准高于取样维持信号S24_R3A的电压位准时，比较器250产生高电压位准的比较信号S250_R3A，且计数器251根据高电压位准的比较信号S250_R3A而持续计数。随着斜坡信号S110的电压位准因为斜坡式脉冲RAMP40而逐渐下降，一旦斜坡信号S110的电压位准因为斜坡式脉冲RAMP40而逐渐下降以至于低于取样维持信号S24_R3A的电压位准时，比较器250产生低电压位准的比较信号S250_R3A。此时，计数器251根据低电压位准的比较信号S250_R3A而停止持续计数，并将最后的计数值作为第一输出数据S251_R3A来输出至记忆体26。在第一输出数据S251_R3A输出至记忆体26之后，计数器251被重置。此时，控制器12透过控制信号S12A来控制记忆库26A存储第一输出数据S251_R3A。参阅图4，符号BANKA是表示记忆库26A的操作状态，符号BANKB是表示记忆库26B的操作状态，其中，状态W_RXA是表示在一期间Psense中写入对应配置在列C1与行RX的感测像素130的第一输出数据，状态W_RXB是表示在一期间Psense中写入对应配置在列C1与行RX的感测像素130的第二输出数据，1≦X≦n。状态R_RXA是表示读出对应配置在列C1与行RX的感测像素130的第一输出数据，状态R_RXB是表示读出对应配置在列C1与行RX的感测像素130的第二输出数据。状态IDLE则表示闲置状态。根据上述，在斜坡式脉冲RAMP40的持续期间Pramp40则是对应第一输出数据S251_R3A的写入。记忆库26A在完成写入输出数据S251_R3A之后(即在状态W_R3A之后)，则进入IDLE状态。在记忆库26A的状态W_R3期间，记忆库26B根据控制信号S12B而处于IDLE状态，且维持在IDLE状态直到斜坡信号S110进入到斜坡式脉冲RAMP41的持续期间Pramp41为止。
接着，转移信号TX于时间点T3切换为高电压位准且在时间点T3至时间点T4的期间中维持在高电压位准，以导通转移晶体管20。此时，光电二极管PD根据侦测到的光线而所产生的电荷改变了浮动扩散节点FN的电压位准。输出晶体管220则根据浮动扩散节点FN上经改变的电压位准来操作，以产生具有电压位准VSIG的输出信号SO_R3。取样/维持电路24则根据至少一控制信号S12C，透过字符线BL1来取样并维持输出信号SO_R3的电压位准VSIG。在时间点T4时，转移信号TX切换为低电压位准以关闭转移晶体管20。取样/维持电路24产生用来表示电压为准VSIG的取样维持信号S24_R3B，且将其输出至比较器250的负输入端(-)。
在时间点T4之后，计数器251根据时脉信号CK而开始计数，且比较器250比较斜坡信号S110与取样维持信号S24_R3B。当斜坡信号S110的电压位准高于取样维持信号S24_R3B的电压位准时，比较器250产生高电压位准的比较信号S250_R3B，且计数器251根据高电压位准的比较信号S250_R3B而持续计数。随着斜坡信号S110的电压位准因为斜坡式脉冲RAMP41而逐渐下降，一旦斜坡信号S110的电压位准因为斜坡式脉冲RAMP41而逐渐下降以至于低于取样维持信号S24_R3B的电压位准时，比较器250产生低电压位准的比较信号S250_R3B。此时，计数器251根据低电压位准的比较信号S250_R3B而停止持续计数，并将最后的计数值作为第二输出数据S251_R3B来输出至记忆体26。此时，控制器12透过控制信号S12B来控制记忆库26B存储第二输出数据S251_R3B。根据上述，在斜坡式脉冲RAMP41的持续期间Pramp41则是对应第二输出数据S251_R3B的写入。在记忆库26B完成写入输出数据S251_R3B之后(即在状态W_R3B之后)，记忆库26A进入R_R3A状态以将存储于记忆库26A中感测像素130(C1,R3)的第一输出数据S251_R3A读出至减法器272，同时，记忆库26B进入R_R3B状态以将存储于记忆库26B中感测像素130(C1,R3)的第二输出数据S251_R3B读出至减法器272。
减法器272对第一输出数据S251_R3A与第二输出数据S251_R3B进行减法，以获得两者之间的差，并产生对应的有效读出数据S272。有效读出数据S272是以数字的方式来表示输出信号SO_R的电压位准VRST与电压位准VSIG之间的差。由于有效读出数据S272是在数字域下所产生的，因此读出单元11_1对于输出信号SO_R3所执行的操作可称为数字相关二次取样。减法器272将有效读出数据S272传送至多工器271的一端。在双斜坡式脉冲模式下，多工器271则根据控制信号S12F而输出来自减法器272的有效读出数据S272，以作为影像数据DOUT1。
选择信号SEL4处于高电压位准以导通感测像素130(C1,R4)的选择开关23时，感测像素130(C1,R4)执行上述相同的感测操作，且读出单元11_1中的各元件/电路则执行上述相同的读出操作。因此，感测像素130(C1,R4)与读出单元11_1内的元件/电路的相关操作在此省略说明。
根据上述可得知，读出电路11可受控于控制器12而选择性地操作在单一斜坡信号模式或双斜坡信号模式。当读出电路11操作在单一斜坡信号模式时，对应在同一列上的感测像素的读出数据交替地写入至记忆库26A与26B，此外，当一记忆库处于写入状态时另一记忆库处于读出状态。因此，读出电路11对于一帧的读取操作期间较短，借此可提高画面更新率。当读出电路11操作在双斜坡信号模式时，输出单元对于一感测像素的输出信号进行两次的模拟-数字转换操作以执行数字相关二次取样，以提高影像数据的精确度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种读出电路，其特征在于，用以产生一影像数据，以表示由一感测阵列所感测到的一影像，该读出电路包括：
一取样/维持电路，对来自该感测阵列的至少一输出信号执行一取样/维持操作，以产生一第一取样信号以及一第二取样信号；
一模拟-数字转换电路，接收该第一取样信号以及该第二取样信号，且分别根据该第一取样信号以及该第二取样信号来产生一第一读出数据以及一第二读出数据；
一第一记忆库，存储该第一读出数据；
一第二记忆库，存储该第二读出数据；以及
一输出电路，耦接该第一记忆库以及该第二记忆库，且接收该第一输出数据以及该第二输出数据；
其中，当该读出电路操作在一第一模式下时，该输出电路依序地输出该第一读出数据以及该第二读出数据以作为该影像数据；以及
其中，当该读出电路操作在一第二模式下时，该输出电路获得该第一读出数据与该第二读出数据之间的差以作为该影像数据。
2.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该感测阵列包括多个感测像素，且当该读出电路操作在该第一模式下时，该取样/维持电路对来自该感测阵列的一第一输出信号以及一第二输出信号执行该取样/维持操作，以分别产生该第一取样信号以及该第二取样信号，该第一输出信号以及该第二输出信号是由该感测阵列中不同的所述感测像素所产生。
3.根据权利要求2所述的读出电路，其特征在于，当该读出电路操作在该第一模式下时，该模拟-数字转换电路根据一斜坡式脉冲与该第一取样信号来产生该第一读出数据，且根据该斜坡式脉冲与该第二取样信号来产生该第二读出数据。
4.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该感测阵列包括多个感测像素，且当该读出电路操作在该第二模式下时，该取样/维持电路对来自该感测阵列的一第一输出信号执行该取样/维持操作以产生该第一取样信号以及该第二取样信号，该第一输出信号以及该第二输出信号是由该感测阵列中同一的该感测像素所产生。
5.根据权利要求4所述的读出电路，其特征在于，当该读出电路操作在该第二模式下时，该模拟-数字转换电路根据一第一斜坡式脉冲与该第一取样信号来产生该第一读出数据，且根据一第二斜坡式脉冲与该第二取样信号来产生该第二读出数据，该第二斜坡式脉冲的持续期间大于该第一斜坡式脉冲的持续期间。
6.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该输出电路包括：
一第一多工器，该耦接该第一记忆库以及该第二记忆库以接收该第一输出数据以及该第二输出数据；
一减法器，耦接该第一记忆库以及该第二记忆库以接收该第一输出数据以及该第二输出数据；以及
一第二多工器，耦接该第一多工器的输出端以及该减法器的输出端，且产生该影像数据。
7.根据权利要求6所述的读出电路，其特征在于，
其中，当该读出电路操作在该第一模式下时，该第一多工器依序地将该第一读出数据与该第二读出数据输出至该第二多工器，且该第二多工器输出来自该第一多工器的该第一读出数据与该第二读出数据以作为该影像数据；以及
其中，当该读出电路操作在该第二模式下时，该减法器计算该第一读出数据与该第二读出数据之间的差以产生一有效读出数据，以及该第二多工器输出来自该减法器的该有效出数据以作为该影像数据。
8.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该模拟-数字转换器包括：
一比较器，根据一斜坡信号分别对该第一输出信号以及该第二输出信号来执行一比较操作；以及
一计数器，根据对应该第一输出信号的该比较操作的结果来进行一计数操作以产生该第一读出数据，且根据对应该第二输出信号的该比较操作的结果来进行该计数操作以产生该第二读出数据。
9.根据权利要求8所述的读出电路，其特征在于，
其中，当该读出电路操作在该第一模式下时，该比较器根据该斜坡信号的一第一斜坡式脉冲分别对该第一输出信号与该第二输出信号执行该比较操作；
其中，当该读出电路操作在该第二模式下时，该比较器根据该斜坡信号的一第二斜坡式脉冲对该第一输出信号执行该比较操作，且根据该第一斜坡式脉冲对该第二输出信号执行该比较操作；以及
其中，该第一斜坡式脉冲的持续期间大于该第二斜坡式脉冲的持续期间。
10.一种感测装置，其特征在于，包括：
一感测阵列，包括配置于多列与多行的多个感测像素；
多个字符线，耦接该感测阵列，其中，配置在相同的该列上的所述多个感测像素耦接相同的该字符线；以及
一读出电路，耦接所述多个字符线，且产生多个感测数据以表示由该感测阵列所感测到的一影像；
其中，该读出电路包括分别耦接所述多个字符线的多个读出单元，且每一该读出单元产生对应的该影像数据，且包括：
一取样/维持电路，耦接对应的该字符线以接收至少一输出信号，且对该至少一输出信号执行一取样/维持操作，以产生一第一取样信号以及一第二取样信号；
一模拟-数字转换电路，接收该第一取样信号以及该第二取样信号，且分别根据该第一取样信号以及该第二取样信号来产生一第一读出数据以及一第二读出数据；
一第一记忆库，存储该第一读出数据；
一第二记忆库，存储该第二读出数据；以及
一输出电路，耦接该第一记忆库以及该第二记忆库，且接收该第一输出数据以及该第二输出数据；
其中，当该读出电路操作在一第一模式下时，该输出电路依序地输出该第一读出数据以及该第二读出数据以作为对应的该影像数据；以及
其中，当该读出电路操作在一第二模式下时，该输出电路获得该第一读出数据与该第二读出数据之间的差以作为对应的该影像数据。
11.根据权利要求10所述的感测装置，其特征在于，对于每一该读出单元而言，当该读出电路操作在该第一模式下时，该取样/维持电路对来自对应的该字符线的一第一输出信号以及一第二输出信号执行该取样/维持操作，以分别产生该第一取样信号以及该第二取样信号，该第一输出信号以及该第二输出信号是由对应的该列上不同的所述感测像素所产生。
12.根据权利要求11所述的感测装置，其特征在于，对于每一该读出单元而言，当该读出电路操作在该第一模式下时，该模拟-数字转换电路根据一斜坡式脉冲与该第一输出来产生该第一读出数据，且根据该斜坡式脉冲与该第二输出信号来产生该第二读出数据。
13.根据权利要求10所述的感测装置，其特征在于，对于每一该读出单元而言，当该读出电路操作在该第二模式下时，该取样/维持电路对来自对应的该字符线的一第一输出信号执行该取样/维持操作以产生该第一取样信号以及该第二取样信号，该第一输出信号以及该第二输出信号是由对应的该列上同一的该感测像素所产生。
14.根据权利要求13所述的感测装置，其特征在于，对于每一该读出单元而言，当该读出电路操作在该第二模式下时，该模拟-数字转换电路根据一第一斜坡式脉冲与该第一输出信号来产生该第一读出数据，且根据一第二斜坡式脉冲与该第二输出信号来产生该第二读出数据，该第二斜坡式脉冲的持续期间大于该第一斜坡式脉冲的持续期间。
15.根据权利要求10所述的感测装置，其特征在于，对于每一该读出单元而言，该输出电路包括：
一第一多工器，该耦接该第一记忆库以及该第二记忆库以接收该第一输出数据以及该第二输出数据；
一减法器，耦接该第一记忆库以及该第二记忆库以接收该第一输出数据以及该第二输出数据；以及
一第二多工器，耦接该第一多工器的输出端以及该减法器的输出端，且产生对应的该影像数据。
16.根据权利要求15所述的感测装置，其特征在于，
其中，当该读出电路操作在该第一模式下时，该第一多工器依序地将该第一读出数据与该第二读出数据输出至该第二多工器，且该第二多工器输出来自该第一多工器的该第一读出数据与该第二读出数据以作为对应的该影像数据；以及
其中，当该读出电路操作在该第二模式下时，该减法器计算该第一读出数据与该第二读出数据之间的差以产生一有效读出数据，以及该第二多工器输出来自该减法器的该有效出信号以作为对应的该影像数据案。
17.根据权利要求10所述的感测装置，其特征在于，对于每一该读出单元而言，该模拟-数字转换器包括：
一比较器，根据一参考斜坡信号分别对该第一输出信号以及该第二输出信号来执行一比较操作；以及
一计数器，根据对应该第一输出信号的该比较操作的结果来进行一计数操作以产生该第一读出数据，且根据对应该第二输出信号的该比较操作的结果来进行该计数操作以产生该第二读出数据。
18.根据权利要求17所述的感测装置，其特征在于，当该读出电路操作在该第一模式下时，该比较器根据该斜坡信号的一第一斜坡式脉冲分别对该第一输出信号与该第二输出信号执行该比较操作；
其中，当该读出电路操作在该第二模式下时，该比较器根据该斜坡信号的一第二斜坡式脉冲对该第一输出信号执行该比较操作，且根据该第一斜坡信号的该第一斜坡式脉冲对该第二输出信号执行该比较操作；以及
其中，该第一斜坡信号的持续期间大于该第二斜坡信号的持续期间。
19.根据权利要求17所述的感测装置，其特征在于，该第一模式为一单一斜坡信号模式，而该第二模式为一或双斜坡信号模式。
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