CN109803101A - 低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的cmos图像传感器 - Google Patents

低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的cmos图像传感器 Download PDF

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Abstract

低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传感器。比较装置包括：MSB电压发生电路，包括根据MSB电压控制信号接收MSB电压的控制信号端子，并被构造为产生MSB电压；比较电路，包括被联接以接收第一输入信号的第一输入端子和被联接以接收通过从MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号的第二输入端子，以通过比较第一输入信号与修改的第二输入信号来移动到期望电压范围，并输出MSB比较结果信号，比较电路在第一输入信号达到期望电压范围之后将其与残余电压比较，并输出LSB比较结果信号；和控制电路，联接到比较电路以接收比较信号并用于根据MSB比较结果信号检测第一输入信号和第二输入信号的交叉，并将MSB电压控制信号输出至MSB电压发生电路。

Description

低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传 感器
技术领域
本专利文献中所公开技术和实现方式涉及一种模数转换装置和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
背景技术
高速读出和低功耗是设计CMOS图像传感器时要考虑的重要参数。然而，在高速读出和低功耗之间存在权衡。对具有越来越多像素的CMOS图像传感器的需求导致读出电路的带宽增加，以便在短时间段内读出更多的像素。因此，为了在不消耗太多功率的情况下促进大像素阵列的高速读出，可使用列并行架构。
在CMOS图像传感器的列并行模数转换器(ADC)架构中，经常使用单斜ADC，这是因为它可使用非常简单的列电路来实现并且需要比其它类型的ADC小得多的芯片面积。
最近，已经提出了一种多采样技术，以通过对输入信号进行多次采样和模数转换并且通过将采样的输入信号平均来提高CMOS图像传感器中的噪声消除性能。
然而，单斜ADC装置通常伴随着时钟数目的增加以对输入信号进行多次采样并且对经采样的输入信号进行模数转换。例如，10位模数转换需要1024个时钟，因此10位多采样模数转换可能需要至少2048个时钟。用于处理的时钟周期的这种增加降低了成像装置的图像处理速度，因此是不希望的。
作为上面讨论的多采样技术的替代，可通过在1024个时钟期间将斜坡信号的斜率增加多倍(例如，从x1至x16不等)来执行多采样操作以执行10位模数转换。然而，随着斜坡信号的斜率增加，适当地安排斜坡信号变得更加困难。
由于噪声性能是在低照度下保持令人满意的成像性能的重要因素，因此ADC转换器通常使用不同类型的斜坡信号发生装置，包括用于低照度的斜坡信号发生装置和用于高照度的另一斜坡信号发生装置。例如，如果输入信号在1024LSB的整个参考值的300最低有效位(LSB)内，则其照度条件被识别为低照度，因此通过利用1-300LSB的斜率对斜坡信号进行三次多采样来执行模数转换。如果输入信号超过1024LSB的整个参考值的300LSB，则其照度条件被识别为高照度，因此通过利用1-1024LSB的斜率对斜坡信号进行采样来执行模数转换。
然而，由于两个不同的斜坡信号发生装置之间的特性差异，导致上述技术的各种实现方式倾向于呈现非线性特性。
作为不同的方法，可通过经由具有不同偏移值的不同缓冲器驱动从两个不同的斜坡信号发生装置输出的两个斜坡信号来执行双模数转换。两个斜坡信号与输入信号具有多个交叉，并且所述交叉以预定延迟依次发生。
然而，难以保证每个缓冲器的特性差异(例如，温度变化)和偏移产生。
发明内容
本专利文件提供了具有模数转换器的图像传感装置的设计及其他内容，该模数转换器具有能够通过改变输入信号电压的位置以最低有效位(LSB)阶跃对输入信号电压进行多次采样的单斜比较装置。
在所公开技术的一个实施方式中，一种比较装置可包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；以及控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路。
在所公开技术的一个实施方式中，一种模数转换装置可包括：最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作。
在所公开技术的一个实施方式中，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可包括：像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，其中，每个像素能操作为产生与在每个像素处接收的入射光对应的像素信号；行解码器，所述行解码器联接到所述像素阵列并且能操作为逐行选择和控制所述像素阵列的像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被构造成产生残余范围的斜坡信号；最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路被构造为根据MSB电压控制信号产生MSB电压；比较电路，所述比较电路适于将偏移基准电压和所述比较电路的输入端子处的电压进行比较以输出MSB比较结果信号，所述输入端子处的电压是通过将所述MSB电压添加到像素信号或从像素信号中减去所述MSB电压以修改所述输入端子的电压而获得的电压，所述比较电路将残余范围的斜坡信号与作为所述输入端子处的修改电压的残余电压进行比较，并输出最低有效位LSB比较结果信号；控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述偏移基准电压和所述输入端子处的所述修改电压的交叉，并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作；存储器，所述存储器联接到所述计数电路并且能操作为存储从所述计数电路输出的信息；列读出电路，所述列读出电路联接到所述存储器并且能操作为输出存储在所述存储器中的信息；以及控制器，所述控制器联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路，并且能操作为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路。
在所公开技术的一个实施方式中，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可包括：像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，其中，每个像素能操作为产生与在每个像素处接收的入射光对应的像素信号；行解码器，所述行解码器联接到所述像素阵列并且能操作为逐行选择和控制所述像素阵列的像素；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被构造成产生残余范围的斜坡信号；最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路被构造为根据MSB电压控制信号产生MSB电压；比较电路，所述比较电路适于将像素信号与通过从所述MSB电压发生电路输出的所述MSB电压修改的偏移基准电压进行比较以输出MSB比较结果信号，所述比较电路将所述像素信号与残余电压进行比较，以输出最低有效位LSB比较结果信号；控制电路，所述控制电路联接至所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号检测所述像素信号和经修改的所述偏移基准电压的交叉，以将所述MSB电压控制信号输出至所述MSB电压发生电路；计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作；存储器，所述存储器联接到所述计数电路并且能操作为存储从所述计数电路输出的信息；列读出电路，所述列读出电路联接到所述存储器并且能操作为输出存储在所述存储器中的信息；以及控制器，所述控制器联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路，并且能操作为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路。
附图说明
图1是例示CMOS图像传感器的示例的图。
图2A是例示根据所公开技术的一个实施方式的比较装置的示例的图。
图2B是例示根据所公开技术的一个实施方式的包括图2A中所示的比较装置的模数转换装置的示例的图。
图2C是例示图2A中所示的比较装置和图2B中所示的模数转换装置的模数转换的示例的定时图。
图2D是例示图2A中所示的比较装置和图2B中所示的模数转换装置的定时图。
图3A是例示图2A和图2B中所示的MSB电压发生电路的示例的图。
图3B是例示图3A中所示的MSB电压发生电路的示例的图。
图4A是例示根据所公开技术的另一实施方式的比较装置的示例的图。
图4B是例示根据所公开技术的另一实施方式的包括图4A中所示的比较装置的模数转换装置的示例的图。
图4C是例示图4A中所示的比较装置和图4B中所示的模数转换装置的定时的定时图。
图5是例示根据所公开技术的实施方式的CMOS图像传感器的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述所公开技术的各种实施方式。
图1是例示CMOS图像传感器的示例的图。图1中所示的CMOS图像传感器表示具有使用单斜模数转换装置的列并行结构的CMOS图像传感器。
参照图1，CMOS图像传感器包括按行和列布置的成像像素的像素阵列10、行解码器20、斜坡信号发生器30、比较器组件40、计数器组件50、存储器组件60、列读出电路70和控制器80。图1中的特定示例示出了彩色成像像素的像素布置，所述彩色成像像素被标记为用于红色像素的“R”、用于绿色像素的“G”、用于蓝色像素的“B”以及用于基于具有50％绿色像素，25％红色像素和25％蓝色像素的已知的拜耳模式的像素的“Gr”和“Gb”。
像素阵列10响应于各个成像像素处的入射光而输出像素信号。行解码器20逐行选择和控制像素阵列的像素。斜坡信号发生器30响应于控制器的控制信号而产生斜坡信号VRAMP。比较器组件40将斜坡信号发生器30的斜坡信号VRAMP与从像素阵列输出的每个像素信号进行比较。
计数器组件50根据比较器组件40的输出信号对控制器80的时钟脉冲的数目进行计数。存储器组件60根据控制器80提供的指令来存储由计数器组件50提供的信息(例如，时钟脉冲的数目)。列读出电路70根据控制器80提供的指令依次输出存储在存储器组件60中的信息作为像素数据PXDATA。控制器80控制行解码器20、斜坡信号发生器30、比较器组件40、计数器组件50、存储器组件60和列读出电路70的操作。
CMOS图像传感器可包括利用相关双采样CDS技术来去除像素的偏移值的比较器组件40。
比较器组件40包括多个比较器41，计数器组件50包括多个计数器51，并且存储器组件60包括多个存储器61。在示例配置中，像素阵列10的每列包括比较器41、计数器51和存储器61。
比较器41、计数器51和存储器61的操作将参照图1被描述如下。
比较器41具有两个输入端子，其分别接收从像素阵列10的列输出的像素信号和从斜坡信号发生器30输出的斜坡信号VRAMP。比较器41响应于控制器80提供的控制信号而将斜坡信号VRAMP与像素信号进行比较并且输出比较信号。
由于斜坡信号VRAMP的电压电平随着时间的推移而增大或减小，因此斜坡信号VRAMP在某个时间点与像素信号交叉。在该交叉点之后，从比较器41输出的比较信号的值被反转。
计数器51用于在一段时间期间(例如，在像素信号超过斜坡信号期间)对脉冲进行计数。计数器51通过控制器80的复位控制信号初始化。
存储器61根据控制器80的控制信号存储与由计数器51提供的计数(例如，脉冲的数目)有关的信息并将该信息输出到列读出电路70。这里，CMOS图像传感器可以对复位信号(或复位电压)执行计数操作，然后对图像信号(信号电压)执行计数操作。
图2A是例示根据所公开技术的一个实施方式的比较装置的示例的图。
参照图2A，适用于实现所公开技术的一个实施方式的比较装置200包括最高有效位(MSB)电压发生电路210、比较电路220和控制电路230。
MSB电压发生电路210具有用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子并且产生MSB电压，以基于MSB电压控制信号修改与MSB电压发生电路210和产生像素信号VPIX的像素阵列联接的比较电路220的第一输入端子处的电压水平VIN1。比较电路220将偏移基准电压与第一输入端子处的通过将MSB电压添加到像素信号VPIX(或者从像素信号VPIX中减去MSB电压)而获得的电压电平进行比较。在所公开技术的一些实现方式中，将MSB电压添加到像素信号VPIX(或者从像素信号VPIX中减去MSB电压)以修改第一输入端子处的电压，并且将第一输入端子处的电压与偏移基准电压进行比较，以找出要将多少个MSB电压阶跃添加到像素信号VPIX(或者从像素信号VPIX中减去多少个MSB电压阶跃)来使得第一输入端子处的电压能够移动到期望的电压范围内。比较电路220输出指示比较结果(例如，关于第一输入端子处的电压是否已达到偏移基准电压)的MSB比较结果信号。比较电路220还将斜坡信号VRAMP与作为通过将MSB电压添加到像素信号VPIX(或者从像素信号VPIX中减去MSB电压)而获得的结果电压的残余电压进行比较，并输出最低有效位(LSB)比较结果信号。
在所公开技术的一些实现方式中，控制电路230包括第一输入端子和第二输入端子，第一输入端子联接到MSB电压发生电路210和产生像素信号VPIX的像素阵列二者，而第二输入端子被施加有偏移基准信号或斜坡信号VRAMP。控制电路230基于从比较电路220输出的MSB比较结果信号来检测偏移基准电压和第一输入端子处的电压VIN1的交叉，并将MSB电压控制信号(例如，MSB电压发生控制信号和MSB电压大小控制信号)输出到MSB电压发生电路210。这里，偏移基准电压和第一输入端子处的电压VIN1的交叉指示第一输入端子处的电压VIN1已达到偏移基准电压。
更具体地，当对像素阵列的一行执行模数转换时，比较电路220在通过将从MSB电压发生电路210输出的MSB电压添加到像素信号VPIX(或从像素信号VPIX中减去MSB电压)来增加(或减小)第一输入端子处的电压水平VIN1的同时，将偏移基准电压与第一输入端子处的电压VIN1进行比较，并输出MSB比较结果信号。在第一输入端子处的电压水平VIN1达到期望的电压范围后，比较电路开始将残余电压范围的斜坡信号VRAMP与残余电压进行比较，以输出LSB比较结果信号。以这种方式，比较电路220可在残余电压范围内重复执行采样处理。
在所公开技术的实现方式中，比较装置200可被设计并操作为确定要将多少个MSB电压阶跃添加到像素信号VPIX(或从像素信号VPIX中减去多少个MSB电压阶跃)来将第一输入端子处的电压VIN1移动到残余电压范围中。以下作为示例公开了用于执行此操作的一种方式。比较电路220在将MSB电压添加到像素信号VPIX(或从像素信号VPIX中减去MSB电压)的同时将偏移基准电压与第一输入端子处的电压VIN1进行比较，并且当偏移基准电压与第一输入端子处的修改后的电压VIN1交叉时输出MSB比较信号。比较装置200基于MSB比较信号修改第一输入端子处的电压VIN1，以产生其电压范围是MSB电压的电压步长的残余电压。随后，如果通过第一输入端子VIN1将从初始接收的像素信号的幅值增大或减小的残余电压施加到比较电路220，则比较电路220将斜坡信号VRAMP与残余电压进行比较以输出LSB比较结果信号。在所公开技术的实现方式中，斜坡信号VRAMP可具有与MSB电压相同的阶跃电压大小。在所公开技术的另一实现方式中，斜坡信号VRAMP可具有比MSB电压更小的阶跃电压大小。例如，斜坡信号VRAMP可具有LSB电压大小。这里，电压大小指示电压的幅值。在所公开技术的一个实现方式中，比较电路220通过比较电路220的第二输入端子VIN2从外部残余范围斜坡信号发生器(未示出)接收残余范围的斜坡信号VRAMP。这里，如上所述，残余范围可以是MSB基准电压摆动范围。在所公开技术的一些实现方式中，残余范围可以是比公共斜坡信号的电压范围更小的电压范围。
另外，比较电路220可包括单个比较电路或多个比较电路。比较电路220还可包括第一电容器C1、第二电容器C2、两个开关SWOZ和比较器电路。
控制电路230包括交叉检测器231和MSB电压大小控制器232。
交叉检测器231根据从比较电路220输出的MSB比较结果信号来检测输入到比较器的第一输入端子和第二输入端子的两个电压之间的交叉，并将MSB电压发生控制信号输出到MSB电压发生电路210。MSB电压大小控制器232根据从交叉检测器231输出的交叉检测结果将MSB电压大小控制信号输出到MSB电压发生电路210。
在所公开技术的另一实施方式中，MSB电压大小控制器232可被实现为根据外部控制电路(未示出，例如，定时发生器)的控制信号将MSB电压大小控制信号输出到MSB电压发生电路210。
在所公开技术的另一实施方式中，控制电路230还可包括用于根据交叉检测结果向MSB电压发生电路210输出MSB电压更新控制信号的MSB电压更新控制器233。在所公开技术的另一实施方式中，MSB电压更新控制器233可被实现为根据外部控制电路(未示出，例如，定时发生器)的控制信号将MSB电压更新控制信号输出到MSB电压发生电路210。当残余电压值被多采样时，MSB电压更新控制器233可针对每个MSB电压应用通过MSB电压发生电路210更新MSB电压值。
图2B是例示根据所公开技术的一个实施方式的包括图2A中所示的比较装置的模数转换装置的示例的图。
参照图2B，根据所公开技术的一个实施方式的模数转换装置包括MSB电压发生电路210、比较电路220、控制电路230和计数电路240。
由于图2B中所示的MSB电压发生电路210、比较电路220和控制电路230可按照与图2A中所示的MSB电压发生电路210、比较电路220和控制电路230相同的方式来实现，因此将省略MSB电压发生电路210、比较电路220和控制电路230的详细描述。
计数电路240根据从比较电路220输出的MSB比较结果信号执行MSB计数操作，以确定要将多少个MSB电压阶跃添加到初始接收的像素信号(或从该像素信号中减去多少个MSB电压阶跃)来使得具有与像素信号的波形图案相同的波形图案的像素信号移动到诸如残余电压范围这样的期望电压范围内。一旦第一输入端子处的电压VIN1由于将MSB电压阶跃添加到初始接收的像素信号(或从该像素信号中减去MSB电压阶跃)而达到残余电压范围，计数电路240就根据从比较电路220输出的LSB比较结果信号执行LSB计数操作。在所公开技术的实现方式中，计数电路240可对比较结果信号执行平均操作。
在所公开技术的实现方式中，计数电路240包括MSB计数器241、LSB计数器242和诸如平均计数器这样的计数器243。
MSB计数器241基于从比较电路220输出的MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并输出MSB代码。例如，MSB代码可包含关于像素信号是否已达到期望电压范围的信息。LSB计数器242基于从比较电路220输出的LSB比较结果信号执行LSB计数操作，并输出LSB代码。例如，LSB代码可以是像素信号被转换成的数字代码。计数器243对从LSB计数器242输出的LSB代码求平均，并输出平均后的LSB代码值。
MSB计数器241、LSB计数器242和计数器243可使用能够基于其输入信号产生二进制计数信息的任何类型的计数器电路来实现。在所公开技术的示例实现方式中，计数器243可以是对比较信号执行计数和平均的平均计数器。
图2C是例示图2A中所示的比较装置和图2B中所示的模数转换装置的模数转换的示例的定时图。
像素信号VPIX是从像素输出的信号，并且包括复位信号VRST和信号电压VSIG。在执行模数转换时，通常使用相关双采样(CDS)来消除一些不想要的噪声。在CDS中，首先输出复位信号VRST，然后输出信号电压VSIG。
比较装置200通过CDS操作获取复位信号VRST与信号电压VSIG之间的差值(|VRST-VSIG|)，并将获取的差值确定为像素信号的值。
模数转换装置将所确定的模拟像素信号转换为数字值。该CDS操作通常称为模拟CDS操作。
CDS操作包括依次执行的两组采样和保持。在第一电容器C1中对复位电压VRST进行采样并保持，然后在第一电容器C1中对信号电压VSIG进行采样并保持。随后，执行模数转换操作以基于复位信号VRST的绝对值获得数字代码值，并且基于复位信号VRST和信号电压VSIG的差值(|VRST-VSIG|)获得数字代码值。因此，通过经由上述CDS操作的执行而去除由模数转换引起的不想要的偏移，可提高模数转换效率。
更具体地，参照图2B和图2C，当从像素输出复位电压VRST时，两个开关SWOZ都根据控制电路(未示出)的控制信号而接通，并且复位电压值在第一电容器C1中被采样并保持。第一输入电压节点处的电压VIN1变为-(VRST-VCO)，并且第二输入电压VIN2变为VCO，其中VCO表示由比较器中的电路产生的MSB电压。
随后，两个开关SWOZ被断开并且斜坡信号VRAMP通过第二电容器C2被施加到第二输入电压节点VIN2，然后比较器将第一输入电压VIN1与第二输入电压VIN2比较，并输出比较结果。用于复位电压VRST的模数转换根据比较结果信号来进行。
接下来，像素信号的信号电压VSIG通过第一电容器C1被施加到比较器，第一输入电压节点处的电压VIN1变为VSIG-VRST+VCO，并且第二输入电压节点处的电压VIN2变为VCO。第一输入电压节点VIN1和第二输入电压节点VIN2之间的电压差变为VSIG-VRST，并且可通过上述处理来进行模拟CDS操作。
随后，通过对复位电压VRST与信号电压VSIG之间的差值(|VRST-VSIG|)执行模数转换来获取对应的数字代码值，并且通过减去复位电压VRST的模数转换代码值来执行数字CDS操作。因此，可通过上述处理来提高模数转换性能。
图2D是例示图2A中所示的比较装置和图2B中所示的模数转换装置的第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2的示例等内容的定时图。
参照图2D，基于所公开技术实现的模数转换包括MSB模数转换部分和LSB模数转换部分。
在MSB模数转换部分中，基于第一输入端子处的响应于MSB电压发生控制信号VMSB1、VMSB2、...、VMSBn而增加了MSB电压阶跃的电压VIN1来执行模数转换操作。这里，第一输入端子处的电压VIN1的幅值的每次增加都响应于从交叉检测器231输入到MSB电压发生电路210的MSB电压发生控制信号VMSBn中的每一个(例如，如图2D中的每个MSB电压发生控制信号的上升沿)而发生。MSB电压被施加到第一输入电压VIN1的输入端直到第一输入电压VIN1与第二输入电压VIN2交叉，并且比较电路的输出使交叉检测器231操作。VMSBn中的参考字符“n”是指示MSB电压阶跃数或MSB定时数的自然数。例如，“n”表示VFULL/VMSB，其中“VFULL”表示全基准摆动范围，“VMSB”表示MSB基准摆动范围。
在MSB模数转换操作之后的LSB模数转换部分中，根据LSB转换电压VA/D_LSB来执行LSB模数转换操作。
更具体地，基于MSB电压来修改第一输入电压VIN1。例如，如果修改第一输入电压VIN1以减小其电压电平，则第一输入电压VIN1将为VPIX-VMSB1、VPIX-VMSB2、...、VPIX-VMSBn，并且各自根据MSB电压发生控制信号VMSBn的操作定时而减小。如果修改第一输入电压VIN1以增加其电压电平，则第一输入电压VIN1将为VPIX+VMSB1、VPIX+VMSB2、...、VPIX+VMSBn，并且各自根据MSB电压发生控制信号VMSBn的操作定时而增加。这里，如果第一输入电压VIN1在MSB模数转换部分的第n定时处与第二输入电压VIN2交叉，则交叉检测器231通过从比较电路输出的MSB比较结果信号检测电压交叉。因此，交叉检测器231将MSB电压发生控制信号VMSBn传送到MSB电压发生电路210。图3A和图3B中所示的MSB电压发生电路210的MSB电压控制器211在第n锁存器处保持MSB电压发生控制信号VMSBn，并且修改后的像素信号作为残余电压(即，残余范围内的电压)被施加到第一输入电压VIN1的节点。
这里，在MSB模数转换部分中，MSB计数器241进行计数以找出第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2之间的交叉定时，并输出MSB代码。MSB代码是数字代码值。
在所公开技术的另一实施方式中，可存储已从先前的处理获得的MSB代码值并将其用于随后的模数转换中，以通过在LSB转换操作期间的每个预定定时基于先前存储的MSB代码值来生成与MSB信息对应的模拟MSB电压并对其进行刷新来防止MSB信息的失真并提高线性度。上述处理可通过添加MSB电压更新控制器233和图3A中所示的MSB电压更新器214，根据MSB更新控制信号VMSB-UPDATE的定时来实现。
由于施加到第一输入电压VIN1的输入节点的残余电压具有落在残余范围内的电压，因此可使用从残余范围斜坡信号发生器(未示出)施加到第二输入电压VIN2的节点的具有残余范围的斜坡信号来执行LSB模数转换操作。如图2B和图2D所示，可通过在具有残余范围的斜坡信号和残余电压之间的交叉点之前进行计数来获取LSB计数值。LSB计数值表示通过对残余电压进行多次采样而获得的数字代码。LSB计数值中的每一个由计数器243进行平均以得益于噪声平均效应，并且作为LSB代码值被输出到存储器。可通过计算CMOS图像传感器中的MSB代码值和LSB代码值来获取像素信号VPIX的模数转换值。另外，在以低照度从像素信号中去除噪声时，所公开技术的各种实现方式可通过在受限电压范围内对像素信号进行多次采样来降低功耗。
图3A是例示图2A和图2B中所示的MSB电压发生电路的示例的图。图3B是例示图3A中所示的MSB电压发生电路的示例的图。
参照图3A，MSB电压发生电路210包括MSB电压大小调节器213、MSB电压发生器212和MSB电压控制器211。
MSB电压大小调节器213根据从图2A和图2B中所示的MSB电压大小控制器232输出的MSB电压大小控制信号来调节MSB电压大小。MSB电压发生器212根据MSB电压控制器211的控制命令产生其幅值由MSB电压大小调节器213调节的MSB电压。MSB电压控制器211根据从图2A和图2B所指示的控制电路230的交叉检测器231输出的MSB电压发生控制信号来控制MSB电压发生(例如，将MSB电压保持在第(n-1)定时的锁存器中)。
MSB电压发生电路210还可包括MSB电压更新器214，该MSB电压更新器214根据从图2A和图2B所示的控制电路230的MSB电压更新控制器233输出的MSB更新控制信号VMSB-UPDATE对从MSB电压发生器212产生的MSB电压进行更新。
更具体地，参照图3B，可使用多个开关SW1至SWn来实现MSB电压大小调节器213。MSB电压的幅值由接通的开关的数目决定。例如，如果第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3接通，则包含在MSB电压发生器212中的第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器C3被操作。在这种情况下，电源电压VDD和接地电压VSS之间的电压范围被划分成三个子范围以产生MSB电压。
如果第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4接通，则包含在MSB电压发生器212中的第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3和第四电容器C4被操作。在这种情况下，电源电压VDD和接地电压VSS之间的电压范围被划分成四个1/4的子范围单元，并产生MSB电压。
这里，MSB电压控制器211包括：用于从图2A和图2B所示的交叉检测器231接收MSB电压发生控制信号的多个锁存器Latch[1]至Latch[n]；以及用于根据多个锁存器Latch[1]至Latch[n]的输出信号在电源电压VDD和接地电压VSS之间进行切换的多个开关。电源电压VDD和接地电压VSS可通过外部控制电路(未示出)调节。MSB电压的大小可根据MSB电压控制器211的控制来调节。多个锁存器Latch[1]至Latch[n]根据MSB电压发生控制信号VMSB进行操作。多个锁存器Latch[1]至Latch[n]的数目对应于所施加的MSB电压的数目。可选择性地调节所施加的MSB电压的数目和MSB电压的大小。
MSB电压更新器214可使用第五开关SWUPDATE来实现。当第五开关SWUPDATE接通时，更新电压VUPDATE通过MSB电压大小调节器213被施加到MSB电压发生器212中所包括的电容器Cn，并使电容器Cn上的电荷重置。如果初始电压是电源电压VDD，则更新电压VUPDATE可以是电源电压VDD，并且如果初始电压是接地电压，则更新电压VUPDATE可以是接地电压VSS。
更新定时可在MSB模数转换操作之前或者在MSB模数转换操作与第一MSB电压发生控制信号VMSB1的定时之间出现。另外，更新定时可在MSB更新控制信号VMSB-UPDATE的定时之前出现，或者与MSB更新控制信号VMSB-UPDATE的定时同步出现。
图4A是例示根据所公开技术的另一实施方式的比较装置的示例的图。
参照图4A，根据所公开技术的另一实施方式的比较装置400包括MSB电压发生电路410、比较电路420和控制电路430。
MSB电压发生电路410根据MSB电压控制信号产生MSB电压以修改基准电压(例如，斜坡信号)的电压电平。比较电路420将像素信号VPIX与可增加或减少从MSB电压发生电路410输出的MSB电压的斜坡信号进行比较，并输出MSB比较结果信号。比较电路420将斜坡信号VRAMP与表示像素信号和MSB电压之间的差异的残余电压进行比较，并输出LSB比较结果信号。
控制电路430基于从比较电路420输出的比较结果信号来检测像素信号和基准信号的交叉，并将MSB电压控制信号(例如，MSB电压发生控制信号和MSB电压大小控制信号)输出到MSB电压发生电路410。
更具体地，当对像素阵列的行执行模数转换时，比较电路420将像素信号VPIX与已经增加(或减小)了从MSB电压发生电路输出的MSB电压的偏移基准电压进行比较，并输出MSB比较结果信号。在偏移基准电压由于增加(或减小)偏移基准电压的电压电平而移动到像素信号VPIX的电压范围之后，比较电路开始将像素信号VPIX与残余电压进行比较并输出LSB比较结果信号。以这种方式，比较电路420可在残余电压范围内重复执行采样处理。这里，残余电压表示斜坡信号VRAMP和MSB电压之间的电压差。
另外，比较电路420可包括单个比较电路或多个比较电路。在所公开技术的实现方式中，比较电路420包括第一电容器C1、第二电容器C2、两个开关SWOZ和比较器。
控制电路430包括交叉检测器431和MSB电压大小控制器432。
交叉检测器431根据从比较电路420输出的MSB比较结果信号来检测输入到比较器的第一输入端子和第二输入端子的两个电压之间的交叉，并将MSB电压发生控制信号输出到MSB电压发生电路410。MSB电压大小控制器432根据从交叉检测器431输出的交叉检测结果向MSB电压发生电路410输出MSB电压大小控制信号。
这里，MSB电压大小控制器432在另一实施方式中可被实现为根据控制电路(未示出，例如，定时发生器)的控制信号向MSB电压发生电路410输出MSB电压大小控制信号。
另外，控制电路430还可包括MSB电压更新控制器433，其用于根据从交叉检测器431输出的交叉检测结果向MSB电压发生电路410输出MSB电压更新控制信号。在另一实施方式中，MSB电压更新控制器433可被实现为根据外部控制电路(未示出，例如，定时发生器)的控制信号向MSB电压发生电路410输出MSB电压更新控制信号。
在所公开技术的实现方式中，除了MSB电压被施加到第二输入电压VIN2的节点之外，MSB电压发生电路410可按与图3A和图3B中所示的MSB电压发生电路210相同的方式实现。
图4B是例示根据所公开技术的另一实施方式的包括图4A中所示的比较装置的模数转换装置的示例的图。
参照图4B，根据所公开技术的另一实施方式的模数转换装置包括MSB电压发生电路410、比较电路420、控制电路430和计数电路440。
在所公开技术的实现方式中，图4B中所示的MSB电压发生电路410、比较电路420和控制电路430可按照与图4A中所示的MSB电压发生电路410、比较电路420和控制电路430相同的方式实现。
计数电路440根据从比较电路420输出的MSB比较结果信号进行MSB计数操作，根据从比较电路420输出的LSB比较结果信号进行LSB计数操作，并且执行平均操作。
计数电路440包括MSB计数器441、LSB计数器442和计数器443。在所公开技术的示例实现方式中，计数器443可以是对比较信号执行计数和平均的平均计数器。
MSB计数器441基于从比较电路420输出的MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并输出MSB代码。LSB计数器442基于从比较电路420输出的LSB比较结果信号执行LSB计数操作，并输出LSB代码。计数器443可以对从LSB计数器442输出的LSB代码进行计数和平均，并输出平均LSB代码值。
MSB计数器441、LSB计数器442和平均计数器443可按与上面讨论的计数器相同的方式实现。
图4C是例示图4A中所示的比较装置和图4B中所示的模数转换装置的第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2的示例等内容的定时图。
除了第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2之外，图4C中所示的定时图与图2D中所示的定时图相同。
由于图4C中所示的第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2的定时与图2D中所示的第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2的定时类似，因此将省略第一输入电压VIN1和第二输入电压VIN2的交叉定时的详细描述。
参照图4C，第一输入电压VIN1具有恒定电压电平，并且作为基准电压的第二输入电压VIN2的波形通过从MSB电压发生电路410输出的MSB电压来调节。
在所公开技术的另一实施方式中，可通过添加冗余(例如将不匹配值设定为MSB电压值并且在操作之后移除设定的不匹配值)来移除由于将电容器添加到输入端子而发生的增益误差。另外，可通过将具有与添加的电容相同尺寸的虚拟电容添加到不同的输入端子来移除该增益误差。
图5是例示根据所公开技术的实施方式的包括比较装置的CMOS图像传感器的示例的图。
参照图5，根据所公开技术的某些实施方式的CMOS图像传感器包括像素阵列10、行解码器20、斜坡信号发生器30、比较器组件40、计数器组件50、存储器组件60、列读出电路70和控制器80。
像素阵列10输出与入射光对应的像素信号。行解码器20逐行选择和控制像素阵列的像素。斜坡信号发生器30响应于控制器80的控制信号而产生具有残余范围的斜坡信号VRAMP(包括粗斜坡信号和精细斜坡信号)。比较器组件40将斜坡信号发生器30的斜坡信号VRAMP与从像素阵列输出的每个像素信号进行比较。
计数器组件50根据比较器组件40的输出信号对控制器80的时钟脉冲数进行计数。存储器组件60根据由控制器80提供的指令来存储由计数器组件50提供的信息(例如，时钟脉冲的数目)。列读出电路70根据由控制器80提供的指令来依次输出存储器组件60中存储的信息作为像素数据PXDATA。控制器80控制行解码器20、斜坡信号发生器30、比较器组件40、计数器组件50、存储器组件60和列读出电路70的操作。
这里，比较器组件40包括使用根据所公开技术的实施方式的图2A中所示的比较装置200或者图4A中所示的比较装置400来实现的比较装置42。
另外，计数器组件50包括使用根据所公开技术的实施方式的图2B中所示的计数电路240或图4B中所示的计数电路440来实现的计数电路52。
基于所公开技术实现的单斜模数转换技术可表现出多采样效果而不增加时钟数。
也就是说，可通过LSB阶跃对输入信号进行多次模数转换来获取多采样效果。
另外，由于对像素信号而言在低照度下去除噪声是很重要的，因此所公开技术的各种实施方式尤其有益于在低照度条件下去除不想要的噪声，并且可在不增加操作时间和功耗的情况下提高所公开模数转换的噪声去除性能。
尽管已经描述了各种实施方式和具体示例，但是可基于所描述和示出的内容进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本专利文件要求于2017年11月17日提交的韩国专利申请No.10-2017-0154039的优先权和权益，该韩国专利申请通过引用整体并入本文中。

Claims (24)

1.一种比较装置，该比较装置包括：
最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；
比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；以及
控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路。
2.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述比较电路通过将所述第一输入信号与经修改的所述第二输入信号进行比较来使所述第一输入信号移动到期望的电压范围，并且在所述第一输入信号已达到所述期望的电压范围之后，所述比较电路将所述第一输入信号与残余电压进行比较，并输出所述LSB比较结果信号。
3.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述比较电路在模数转换期间多次重复执行比较处理，并且其中，所述比较处理将所述第一输入信号与通过所述MSB电压修改的所述第二输入信号进行比较，以找出将所述第一输入信号移动到所述期望的电压范围需要多少个MSB电压阶跃，并在初始时间处产生所述MSB比较结果信号，并且在所述初始时间之后，将残余范围的所述第一输入信号与所述残余电压进行比较以输出所述LSB比较结果信号。
4.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述控制电路包括：
交叉检测器，所述交叉检测器被构造为根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉，以产生指示所述交叉的检测结果的输出，并且将MSB电压发生控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及
MSB电压大小控制器，所述MSB电压大小控制器联接到所述交叉检测器以接收所述交叉检测器的输出，并且能操作为根据从所述交叉检测器输出的交叉检测结果将MSB电压大小控制信号输出到所述MSB电压发生电路。
5.根据权利要求4所述的比较装置，其中，所述控制电路还包括：
MSB电压更新控制器，所述MSB电压更新控制器联接到所述MSB电压发生电路，以将MSB电压更新控制信号输出到所述MSB电压发生电路。
6.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述MSB电压发生电路包括：
MSB电压大小调节器，所述MSB电压大小调节器联接到所述控制电路，以接收所述MSB电压大小控制信号来调节所述MSB电压的幅值；
MSB电压控制器，所述MSB电压控制器联接到所述控制电路，以接收所述MSB电压发生控制信号来控制所述MSB电压的产生；以及
MSB电压发生器，所述MSB电压发生器联接到所述MSB电压大小调节器和所述MSB电压控制器，以根据所述MSB电压控制器的控制产生大小由所述MSB电压大小调节器调节的所述MSB电压。
7.根据权利要求6所述的比较装置，其中，所述MSB电压发生电路还包括：
MSB电压更新器，所述MSB电压更新器联接到所述MSB电压大小调节器，以根据从所述控制电路输出的MSB电压更新控制信号对从所述MSB电压发生器输出的所述MSB电压进行更新。
8.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述第一输入信号是像素信号，并且所述第二输入信号是偏移基准电压。
9.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述第一输入信号是偏移基准电压或斜坡信号，并且所述第二输入信号是通过将所述MSB电压添加到像素信号或者从像素信号中减去所述MSB电压而获得的。
10.一种模数转换装置，该模数转换装置包括：
最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路包括用于接收MSB电压控制信号的控制信号端子，并且被构造为产生MSB电压；
比较电路，所述比较电路包括第一输入端子和第二输入端子以输出MSB比较结果信号，其中所述第一输入端子被联接以用于接收第一输入信号，所述第二输入端子被联接以用于接收通过从所述MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号，所述比较电路将所述第一输入信号和残余电压进行比较并且输出最低有效位LSB比较结果信号；
控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述第一输入信号与所述第二输入信号的交叉并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及
计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作。
11.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述比较电路通过将所述第一输入信号与经修改的所述第二输入信号进行比较来使所述第一输入信号移动到期望的电压范围，并且在所述第一输入信号已达到所述期望的电压范围之后，所述比较电路将所述第一输入信号与残余电压进行比较，并输出所述LSB比较结果信号。
12.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述比较电路在模数转换期间多次重复执行比较处理，并且其中，所述比较处理将所述第一输入信号与通过所述MSB电压修改的所述第二输入信号进行比较，以找出将所述第一输入信号移动到所述期望的电压范围需要多少个MSB电压阶跃，并在初始时间处产生所述MSB比较结果信号，并且在所述初始时间之后，将残余范围的所述第一输入信号与所述残余电压进行比较以输出所述LSB比较结果信号。
13.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述控制电路包括：
交叉检测器，所述交叉检测器被构造为根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号来检测所述第一输入信号和所述第二输入信号的交叉，以产生指示所述交叉的检测结果的输出，并且将MSB电压发生控制信号输出到所述MSB电压发生电路；以及
MSB电压大小控制器，所述MSB电压大小控制器联接到所述交叉检测器以接收所述交叉检测器的输出，并且能操作为根据从所述交叉检测器输出的交叉检测结果将MSB电压大小控制信号输出到所述MSB电压发生电路。
14.根据权利要求13所述的模数转换装置，其中，所述控制电路还包括：
MSB电压更新控制器，所述MSB电压更新控制器联接到所述MSB电压发生电路，以将MSB电压更新控制信号输出到所述MSB电压发生电路。
15.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述MSB电压发生电路包括：
MSB电压大小调节器，所述MSB电压大小调节器联接到所述控制电路，以接收所述MSB电压大小控制信号来调节所述MSB电压的幅值；
MSB电压控制器，所述MSB电压控制器联接到所述控制电路，以接收所述MSB电压发生控制信号来控制所述MSB电压的产生；以及
MSB电压发生器，所述MSB电压发生器联接到所述MSB电压大小调节器和所述MSB电压控制器，以根据所述MSB电压控制器的控制产生大小由所述MSB电压大小调节器调节的所述MSB电压。
16.根据权利要求15所述的模数转换装置，其中，所述MSB电压发生电路还包括：
MSB电压更新器，所述MSB电压更新器联接到所述MSB电压大小调节器，以根据从所述控制电路输出的MSB电压更新控制信号对从所述MSB电压发生器输出的所述MSB电压进行更新。
17.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述第一输入信号是像素信号，并且所述第二输入信号是偏移基准电压。
18.根据权利要求10所述的模数转换装置，其中，所述第一输入信号是偏移基准电压或斜坡信号，并且所述第二输入信号是通过将所述MSB电压添加到像素信号或者从像素信号中减去所述MSB电压而获得的。
19.一种互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器包括：
像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，其中，每个像素能操作为产生与在每个像素处接收的入射光对应的像素信号；
行解码器，所述行解码器联接到所述像素阵列并且能操作为逐行选择和控制所述像素阵列的像素；
斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被构造成产生残余范围的斜坡信号；
最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路被构造为根据MSB电压控制信号产生MSB电压；
比较电路，所述比较电路被设置为将偏移基准电压和所述比较电路的输入端子处的电压进行比较以输出MSB比较结果信号，所述输入端子处的电压是通过将所述MSB电压添加到像素信号或从像素信号中减去所述MSB电压以修改所述输入端子处的电压而获得的电压，所述比较电路将残余范围的斜坡信号与作为所述输入端子处的修改电压的残余电压进行比较，并输出最低有效位LSB比较结果信号；
控制电路，所述控制电路联接到所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据所述MSB比较结果信号检测所述偏移基准电压和所述输入端子处的所述修改电压的交叉，并将所述MSB电压控制信号输出到所述MSB电压发生电路；
计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作；
存储器，所述存储器联接到所述计数电路并且能操作为存储从所述计数电路输出的信息；
列读出电路，所述列读出电路联接到所述存储器并且能操作为输出存储在所述存储器中的信息；以及
控制器，所述控制器联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路，并且能操作为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路。
20.根据权利要求19所述的CMOS图像传感器，其中，所述比较电路通过将所述偏移基准电压与所述输入端子处的所述修改电压进行比较来使所述输入端子处的电压移动到期望的电压范围，并且在所述输入端子处的电压已达到所述期望的电压范围之后，所述比较电路将残余范围的斜坡信号与作为所述输入端子处的所述修改电压并且处于所述期望的电压范围内的残余电压进行比较，并输出所述LSB比较结果信号。
21.根据权利要求19所述的CMOS图像传感器，其中，所述比较电路在行模数转换期间多次重复执行比较处理，并且其中，所述比较处理将所述偏移基准电压与所述输入端子处的所述修改电压进行比较，以确定要将多少个MSB电压阶跃添加到所述像素信号或者从所述像素信号中减去多少个MSB电压阶跃来使所述输入端子处的所述修改电压移动到所述期望的电压范围，并在初始时间处产生所述MSB比较结果信号，并且在所述初始时间之后，将所述残余范围的所述斜坡信号与所述残余电压进行比较以输出所述LSB比较结果信号。
22.一种互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器包括：
像素阵列，所述像素阵列包括按行和列布置的像素，其中，每个像素能操作为产生与在每个像素处接收的入射光对应的像素信号；
行解码器，所述行解码器联接到所述像素阵列并且能操作为逐行选择和控制所述像素阵列的像素；
斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被构造成产生残余范围的斜坡信号；
最高有效位MSB电压发生电路，所述MSB电压发生电路被构造为根据MSB电压控制信号产生MSB电压；
比较电路，所述比较电路适于将像素信号与通过从所述MSB电压发生电路输出的所述MSB电压修改的偏移基准电压进行比较以输出MSB比较结果信号，所述比较电路将所述像素信号与残余电压进行比较，以输出最低有效位LSB比较结果信号；
控制电路，所述控制电路联接至所述比较电路以接收比较信号，并且能操作为根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号检测所述像素信号和经修改的所述偏移基准电压的交叉，以将所述MSB电压控制信号输出至所述MSB电压发生电路；
计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路，以根据从所述比较电路输出的所述MSB比较结果信号执行MSB计数操作，并根据所述LSB比较结果信号执行LSB计数操作；
存储器，所述存储器联接到所述计数电路并且能操作为存储从所述计数电路输出的信息；
列读出电路，所述列读出电路联接到所述存储器并且能操作为输出存储在所述存储器中的信息；以及
控制器，所述控制器联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路，并且能操作为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生器、所述比较电路、所述计数电路、所述存储器和所述列读出电路。
23.根据权利要求22所述的CMOS图像传感器，其中，所述比较电路通过将所述像素信号与经修改的所述偏移基准电压进行比较来使所述偏移基准电压移动到所述像素信号的电压范围，并且在所述偏移基准电压已达到所述像素信号的所述电压范围之后，所述比较电路将所述像素信号与残余电压进行比较，以输出所述LSB比较结果信号。
24.根据权利要求22所述的CMOS图像传感器，其中，所述比较电路在行模数转换期间多次重复执行比较处理，并且其中，所述比较处理将所述像素信号与经修改的所述偏移基准电压进行比较以确定要将多少个MSB电压阶跃添加到所述偏移基准电压或从所述偏移基准电压中减去多少个MSB电压阶跃以便移动到所述残余范围，并在初始时间处产生所述MSB比较结果信号，并且在所述初始时间之后，将所述像素信号与所述残余电压进行比较以输出所述LSB比较结果信号。
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