CN110166719B - 比较装置和包括该比较装置的cmos图像传感器 - Google Patents

比较装置和包括该比较装置的cmos图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN110166719B
CN110166719B CN201811157727.5A CN201811157727A CN110166719B CN 110166719 B CN110166719 B CN 110166719B CN 201811157727 A CN201811157727 A CN 201811157727A CN 110166719 B CN110166719 B CN 110166719B
Authority
CN
China
Prior art keywords
comparison
circuit
bias
coupled
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811157727.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110166719A (zh
Inventor
金贤俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Hynix Inc
Original Assignee
SK Hynix Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK Hynix Inc filed Critical SK Hynix Inc
Publication of CN110166719A publication Critical patent/CN110166719A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110166719B publication Critical patent/CN110166719B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/087—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with IC amplifier blocks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/7795—Circuitry for generating timing or clock signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

比较装置和包括该比较装置的CMOS图像传感器。一种比较装置包括：比较块，所述比较块适于将像素信号与斜坡信号进行比较并输出比较信号；条带值发生块，所述条带值发生块适于使用设置代码值和模数转换代码值生成条带值；以及控制块，所述控制块适于根据从所述条带值发生块输出的所述条带值来控制所述比较块的输入网络的电流。

Description

比较装置和包括该比较装置的CMOS图像传感器
技术领域
本专利文档中所公开的技术和实现方式涉及比较装置和包括该比较装置的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折中。对于CMOS图像传感器具有越来越多的像素的需求导致读出电路的带宽增加，以便在短时间帧内读出数目增加的像素。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。
发明内容
本专利文档提供了用于通过提供抵消由诸如条带噪声(banding noise)的不希望的噪声引起的影响的机制来使不希望的噪声的影响最小化的比较装置和CMOS图像传感器以及其它内容。
另外，可用在基于所公开的技术的CMOS图像传感器中的比较装置可被用于通过提供用于生成具有与由条带噪声引起的代码延迟相反的值的抵消代码延迟(offset codedelay)的电路来抵消由条带噪声引起的代码延迟。
在一个实施方式中，一种比较装置可包括：比较块，所述比较块适于将像素信号与斜坡信号进行比较并且输出比较信号；条带值发生块，所述条带值发生块适于使用设置代码值和模数转换代码值生成条带值；以及控制块，所述控制块适于根据从所述条带值发生块输出的所述条带值来控制所述比较块的输入网络的电流。
在一个实施方式中，一种比较装置可包括：多个比较块，每个比较块适于将多个像素信号中的每一个与斜坡信号进行比较并输出比较信号；以及全局控制块，所述全局控制块适于根据从外部控制电路提供的条带值来控制所述多个比较块的输入网络的电流。
在一个实施方式中，一种CMOS图像传感器可包括：像素阵列，所述像素阵列适于产生与在所述像素阵列中包括的每个像素处接收的入射光对应的像素信号；行解码器，所述行解码器适于逐行选择和控制所述像素阵列的每个像素；斜坡信号发生电路，所述斜坡信号发生电路适于产生斜坡信号；比较块，所述比较块适于将所述斜坡信号与所述像素信号进行比较并输出比较信号；条带值发生块，所述条带值发生块适于使用设置代码值和模数转换代码值生成条带值；控制块，所述控制块适于根据从所述条带值发生块输出的所述条带值来控制所述比较块的输入网络的电流；计数电路，所述计数电路适于基于所述比较信号执行计数操作；存储电路，所述存储电路适于存储从计数器输出的信息；列读出电路，所述列读出电路适于输出存储在存储器中的信息；以及控制电路，所述控制电路适于控制所述行解码器、所述斜坡信号发生电路、所述比较块、所述计数电路、所述存储电路和所述列读出电路。
在一个实施方式中，一种CMOS图像传感器可包括：像素阵列，所述像素阵列适于产生与在所述像素阵列中包括的每个像素处接收的入射光对应的像素信号；行解码器，所述行解码器适于逐行选择和控制所述像素阵列的每个像素；斜坡信号发生电路，所述斜坡信号发生电路适于产生斜坡信号；比较块，所述比较块适于将所述斜坡信号与所述像素信号进行比较并输出比较信号；全局控制块，所述全局控制块适于根据从控制电路提供的条带值控制所述比较块的输入网络的电流；计数电路，所述计数电路适于基于所述比较信号执行计数操作；存储电路，所述存储电路适于存储从计数器输出的信息；列读出电路，所述列读出电路适于输出存储在存储器中的信息；以及控制电路，所述控制电路适于控制所述行解码器、所述斜坡信号发生电路、所述比较块、所述计数电路、所述存储电路和所述列读出电路。
附图说明
图1A是例示CMOS图像传感器的示例的图。
图1B是例示图1A中所示的比较器的示例的电路图。
图2是例示根据所公开的技术的一实施方式的比较装置的示例的图。
图3是例示图2中所示的比较装置的示例的电路图。
图4是例示根据所公开的技术的另一实施方式的比较装置的示例的图。
图5是例示包括根据所公开的技术的实施方式的比较装置的CMOS图像传感器的示例的图。
具体实施方式
所公开的技术可被实现以提供比较装置和包括该比较装置的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其可避免从图像传感器获得的图像质量的劣化。所公开的技术可按以下方式实现：提供一种机制以抵消或去除由不期望的噪声引起的影响。
为了在不消耗大量功率的情况下促进大像素阵列的高速读出，在图像传感器中使用列并行ADC(模数转换器)架构。在CMOS图像传感器的列并行ADC架构中，与一些其它类型的ADC相比，由于单斜坡ADC的列电路相对简单并且芯片面积相对较小，因此可使用单斜坡ADC。CMOS图像传感器的列并行ADC架构通常被设计为具有容纳小像素的节距尺寸的布图，结果，列并行ADC之间的间隔可以较窄。这种窄间距容易遭受到由相邻列并行ADC之间的不期望的耦合所引起的耦合噪声的影响。
另外，列并行ADC基于像素信号的大小在不同的定时完成像素信号的模数转换操作。这通过与列并行ADC共同联接的电流/电压偏置线而影响列并行ADC的模数转换操作。结果，每次都会产生诸如条带噪声之类的不希望的噪声，从而引起不同的模数转换值。
例如，在图像处理操作期间可能发生各种类型的条带噪声，从而导致图像的质量劣化。为了减少包括条带噪声在内的不希望的噪声，已经对列并行ADC架构提出了许多建议，例如，鉴于各种电路考虑来设计列并行ADC。然而，当前提议的手段具有导致图像传感器的操作速度或功率改变的问题，这导致整个图像传感器的性能受到影响。
所公开的技术的实现方式提供了一种新的手段来在不改变图像传感器的性能的情况下减轻或去除由不期望的噪声引起的影响。图1A是例示CMOS图像传感器的示例的图。图1A中所示的CMOS图像传感器表示使用单斜坡模数转换装置的列并行结构的CMOS图像传感器。
参照图1A，CMOS图像传感器包括具有按行和列布置的成像像素的像素阵列10、行解码器20、斜坡信号发生电路30、比较电路40、计数电路50、存储电路60、列读出电路70和控制电路80。
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。斜坡信号发生电路30响应于控制电路80的控制信号而产生斜坡信号VRAMP。比较电路40包括两个输入端口或端子以接收从像素阵列10中的像素输出的像素信号和来自斜坡信号发生电路30的斜坡信号VRAMP，并且被设计为将来自斜坡信号发生电路30的斜坡信号VRAMP与从像素阵列10输出的每个像素信号进行比较。
计数电路50可从比较电路40接收输出信号，并且基于比较电路40的输出信号对控制电路80的时钟脉冲的数目进行计数。存储电路60根据控制电路80提供的指令存储由计数电路50提供的信息(例如，时钟脉冲数)。列读出电路70根据控制电路80提供的指令依次输出存储在存储电路60中的信息作为像素数据PXDATA。控制电路80可联接到行解码器20、斜坡信号发生电路30、比较电路40、计数电路50、存储电路60和列读出电路70并且控制行解码器20、斜坡信号发生电路30、比较电路40、计数电路50、存储电路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电路40。
比较电路40包括多个比较器41，计数电路50包括多个计数器51，并且存储电路60包括多个存储器61。在示例构造中，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1A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电路30输出的斜坡信号VRAMP。比较器41响应于控制电路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用于在一段时间内(例如，在像素信号高于斜坡信号期间)对脉冲进行计数。计数器51通过控制电路80的复位控制信号被初始化。
存储器61根据控制电路80的控制信号存储与由计数器51提供的计数(例如，脉冲数)有关的信息并将信息输出到列读出电路70。这里，CMOS图像传感器可对复位信号(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1B是例示图1A中所示的比较器41的示例的电路图。由于图1B中所示的比较器41对于所公开的技术领域的普通人员来说是众所周知的，因此除了描述关于条带噪声的基本概念之外，将省略比较器41的详细描述。条带噪声是不希望的噪声的示例，并且本领域普通技术人员可以理解，所公开的技术的实现方式可用于去除条带噪声以外的其它噪声的影响或使其最小化。
如上所述，由于条带噪声在图像处理操作期间可能以各种方式发生并且可导致图像的质量劣化，因此考虑并设计各种电路调谐点以便减小条带噪声。
例如，如图1B所示，为了减小条带噪声，可通过调节第一晶体管M10的尺寸来调节第二晶体管M11的偏置电流IBIAS。然而，该方案会改变比较器的直流(DC)偏置点。
作为改变偏置电流IBIAS的替代，所公开的技术提供了一些实现方式，其包括用于抵消或去除由条带噪声引起的代码延迟的电路。在所公开的技术中提供的电路被设计为产生与由条带噪声引起的代码延迟相反的抵消代码延迟分量。由于由条带噪声引起的代码延迟被提出的电路抵消或去除，因此可使条带噪声的影响最小化。在一些实现方式中，所公开的技术中提供的电路被设计为依据条带噪声的值产生负条带噪声或正条带噪声。例如，如果出现正条带噪声，则电路操作以产生负条带噪声以去除出现的正条带噪声。如果出现负条带噪声，则电路操作以产生正条带噪声以去除发生的负条带噪声。将参照图2至图5来进行如下更详细的描述。
图2是例示根据所公开的技术的一实施方式的比较装置的示例的图。
根据所公开的技术的一个实施方式的比较装置包括比较块100、条带值发生块200和控制块300。
比较块100将像素信号VPIX和斜坡信号VRAMP进行比较并输出比较信号。条带值发生块200基于设置代码值和模数转换代码值来生成条带值。控制块300可通过连接到比较块100和控制块300二者的公共节点连接到比较块100。控制块300根据从条带值发生块200输出的条带值来控制流经比较块100的输入网络的电流。比较块100的输入网络指示像素信号VPIX和斜坡信号VRAMP通过其被输入到比较块100的元件。
在一些实现方式中，条带值发生块200还包括存储器210和条带值发生器220。
存储器210存储设置代码值。设置代码值指示在电路验证操作时确定的预测模数转换值。条带值发生器220使用存储在存储器中的设置代码值与从计数器500输出的模数转换代码值之间的差来生成条带值。
可将条带值设置为实际模数转换代码值(例如，从计数器500获得的计数器代码值)与设置代码值(即，在电路验证操作时的预测模数转换代码值)之间的差值。存储器210预先设置并存储设置代码值或存储从图像信号处理器(ISP)接收的设置代码值。
条带值发生器220可使用常规的加法或减法逻辑来实现。
控制块300包括偏置控制器310和电流控制器320。
偏置控制器310可联接到条带值发生器220，并且基于从条带值发生器220输出的条带值来提供偏置电压。电流控制器320根据从偏置控制器310提供的偏置电压来控制输入到比较块100的电流。
当比较块100被实现为具有多个级时，控制块300可被设计为不仅控制单级比较块100，而且控制两级比较块和三级比较块。
偏置控制器310可使用用于产生与从条带值发生块200的条带值发生器220输出的条带值(例如，代码值)成比例的偏置电压的数模转换器(DAC)来实现。DAC可使用电容器行或电阻器行来实现。电流控制器320通过根据从偏置控制器310输出的偏置电压调节比较块100的输入网络的跨导来控制输入到比较块100的电流。
图3是例示图2中所示的比较装置的示例的电路图。
图3中所示的比较装置包括比较块100、偏置控制器310和电流控制器320。
由于比较块100的电路构造为所公开的技术领域的普通人员所熟知，因此将省略比较块100的详细描述。
参照图3，控制块300的电流控制器320包括第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14。
第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14中的每一个的源极端子联接到比较块100的输入网络。第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14中的每一个的栅极端子用于接收来自偏置控制器310的偏置电压。
在一些实现方式中，第一晶体管MCM13的源极端子联接到比较块100的输入网络的第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14中的每一个的源极端子。第一晶体管MCM13的漏极端子联接到比较块100的输入网络的第一输入晶体管M13的漏极端子。第一晶体管MCM13通过第一晶体管MCM13的栅极端子从偏置控制器310接收偏置电压。
第二晶体管MCM14的源极端子联接到比较块100的输入网络的第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14中的每一个的源极端子。第二晶体管MCM14的漏极端子联接到比较块100的输入网络的第二输入晶体管M14的漏极端子。第二晶体管MCM14通过第二晶体管MCM14的栅极端子从偏置控制器310接收偏置电压。
尽管已经在图3中描述了电流控制器320使用两个晶体管MCM13和MCM14来实现，但是电流控制器320可使用单个晶体管或至少三个晶体管来实现。
如上所述，电流控制器320联接到比较块100的包括第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14的输入网络，并基于来自偏置控制器310的偏置电压调节比较块100的输入网络的跨导，该偏置电压基于从条带值发生块200输出的条带值而改变。通过调节比较块100的输入网络的跨导来改变比较块100的增益。通过改变比较块100的增益来产生可抵消或去除由条带噪声引起的代码延迟的抵消代码延迟。
因此，在所公开的技术的实施方式中，条带值发生块200生成具有与诸如条带噪声之类的噪声元素相反的元素的条带值，并且ADC基于从条带值发生块200输出的条带值调节比较块100的输入网络的跨导。因此，能够去除由条带噪声引起的代码延迟。
参照图3，根据所公开的技术的一个实施方式的比较装置的构造和操作将被详细描述如下。
控制块300包括电流控制器320和偏置控制器310。电流控制器320包括第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14，它们并联联接到具有第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14的输入网络。偏置控制器310从条带值发生块200接收条带值，并控制电流控制器320的偏置电压。
第一输入晶体管M13的漏极电压VMD12和第二输入晶体管M14的漏极电压VMD13分别被提供给第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的漏极端子。第一晶体管MCM13的栅极端子和第二晶体管MCM14的栅极端子共同联接到偏置控制器310。
从条带值发生块200接收条带值的偏置控制器310控制具有第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14的输入网络的跨导。通过控制比较块100的输入网络的跨导并改变比较块100的增益来生成代码延迟。
与图1B中所示的比较器的结构相比，偏置电流IBIAS仅流过第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14，并确定输入网络的跨导。因此，确定了公共电压VCM。
在根据所公开的技术的一个实施方式的比较装置的情况下，比较块100联接到包括第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的电流控制器320，使得偏置电流IBIAS流过比较块的第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14并且还根据偏置控制器310对第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的栅极端电压的控制而流过第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14。由于第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的栅极端电压的变化，公共电压VCM发生变化ΔVCM，并且改变了比较块100的输入网络的跨导的大小。通过改变比较块100的输入网络的跨导，调节或改变比较块100的增益，并且在模数转换操作期间产生相关联的抵消代码延迟。
例如，如果偏置控制器310增加第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的栅极端电压，则流过第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的电流减小。因此，公共电压增加并且第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14的跨导增加。
如果偏置控制器310降低第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的栅极端电压，则流过第一晶体管MCM13和第二晶体管MCM14的电流增加。因此，公共电压降低并且第一输入晶体管M13和第二输入晶体管M14的跨导减小。通过该过程，改变比较块的增益。
此外，如图3中所示，第一晶体管MCM13的栅极端电压和第二晶体管MCM14的栅极端电压被控制为具有相同的电压电平，但是可分别控制第一晶体管MCM13的栅极端电压和第二晶体管MCM14的栅极端电压以具有不同的电压电平。
例如，从条带值发生块200接收条带值的偏置控制器310可被实现为生成两个偏置电压并将其分别提供到第一晶体管MCM13的栅极端子和第二晶体管MCM14的栅极端子。
图4是例示根据所公开的技术的另一实施方式的比较装置的示例的图。
参照图4，根据所公开的技术的另一实施方式的比较装置包括多个比较块100和全局控制块400。
多个比较块100各自将像素信号VPIX中的每一个与斜坡信号VRAMP进行比较，并输出比较信号。由于图4中所示的多个比较块100中的每一个与图2中所示的比较块100相同，因此将省略多个比较块100中的每一个的详细描述。
全局控制块400根据从外部控制电路提供的条带值来控制多个比较块100的输入网络的电流。
全局控制块400包括偏置控制器410和全局电流控制器420。
偏置控制器410根据从外部控制电路提供的条带值控制偏置电压。
全局电流控制器420根据偏置控制器410的偏置电压来控制多个比较块的输入网络的电流。
与图2中所示的控制块300被连接以控制像素阵列的单列的比较块100不同，全局电流控制器420被连接以控制像素阵列的多列的比较块。因此，如果像素阵列具有窄的列节距并且难以具有图2中所示的比较块，则可实现如图4所示的包括全局控制块400的比较装置，以控制如图4所示的像素阵列的多列的比较块。
对于如图4所示的实现方式，可在外部控制电路(例如，图像信号处理器(ISP))中提供与图2的条带值发生块200对应的条带值发生块(未示出)。因此，外部控制电路可执行条带值生成计算，并且全局控制块400可从外部控制电路接收条带值。
图5是例示根据所公开的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，根据所公开的技术的实施方式的CMOS图像传感器包括像素阵列10、行解码器20、斜坡信号发生电路30、比较电路40、计数电路50、存储电路60、列读出电路70和控制电路80。
像素阵列10响应于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。斜坡信号发生电路30响应于控制电路的控制信号而产生斜坡信号VRAMP(包括粗斜坡信号和精细斜坡信号)。比较电路40将斜坡信号发生电路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。
计数电路50根据比较电路40的输出信号对控制电路80的时钟脉冲的数目进行计数。存储电路60根据控制电路80提供的指令存储由计数电路50提供的信息(例如，时钟脉冲数)。列读出电路70根据控制电路80提供的指令依次输出存储在存储电路60中的信息作为像素数据PXDATA。控制电路80控制行解码器20、斜坡信号发生电路30、比较电路40、计数电路50、存储电路60和列读出电路70的操作。
这里，比较电路40包括比较装置42，比较装置42使用根据所公开的技术的实施方式的图2所示的比较装置或图4所示的比较装置来实现。
根据所公开的技术的实施方式的比较装置和包括该比较装置的CMOS图像传感器通过抵消或去除由诸如条带噪声之类的不希望的噪声引起的代码延迟来使由不希望的噪声引起的代码延迟的影响最小化。
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例示的内容进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2018年2月13日提交的韩国专利申请No.10-2018-0017463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 (17)

1.一种比较装置，该比较装置包括：
比较电路，所述比较电路包括输入端口以分别接收输入信号和斜坡信号，并且所述比较电路被构造成将所述输入信号与所述斜坡信号进行比较以输出比较信号；
计数器电路，所述计数器电路联接到所述比较电路以接收所述比较信号并且被构造成提供所述比较信号的计数值；
条带值发生电路，所述条带值发生电路联接到所述计数器电路并且被构造成生成条带值，所述条带值表示预测模数转换代码值和与来自所述计数器电路的所述计数值相关联的实际模数转换代码值之间的差；以及
控制电路，所述控制电路联接到所述条带值发生电路和所述比较电路并且被构造成基于从所述条带值发生电路输出的所述条带值来控制流经所述比较电路的输入网络的电流，
其中，所述控制电路包括：
偏置控制器，所述偏置控制器联接到条带值发生器并且被构造成基于从所述条带值发生电路输出的所述条带值来提供偏置电压，并且
其中，所述偏置控制器包括数模转换装置，所述数模转换装置产生与从所述条带值发生电路输出的所述条带值成比例的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述条带值发生电路包括：
存储器，所述存储器被构造成存储所述预测模数转换代码值；以及
所述条带值发生器，所述条带值发生器联接到所述存储器并且被构造成基于存储在所述存储器中的所述预测模数转换代码值来生成所述条带值。
3.根据权利要求2所述的比较装置，其中，所述控制电路还包括：
电流控制器，所述电流控制器联接到所述偏置控制器并且被构造成基于从所述偏置控制器输出的所述偏置电压来控制所述比较电路的所述输入网络的所述电流。
4.根据权利要求3所述的比较装置，其中，所述电流控制器通过基于从所述偏置控制器输出的所述偏置电压调节所述比较电路的所述输入网络的跨导来控制所述比较电路的所述输入网络的所述电流。
5.根据权利要求3所述的比较装置，其中，所述电流控制器包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管的源极端子和漏极端子联接到所述比较电路的所述输入网络并且所述至少一个晶体管的栅极端子联接到所述偏置控制器以从所述偏置控制器接收所述偏置电压。
6.根据权利要求3所述的比较装置，其中，所述电流控制器包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的源极端子联接到所述比较电路的第一输入晶体管和第二输入晶体管的源极端子，并且所述第一晶体管的漏极端子联接到所述第一输入晶体管的漏极端子，其中，所述第一晶体管通过所述第一晶体管的栅极端子从所述偏置控制器接收偏置电压；以及
第二晶体管，所述第二晶体管的源极端子联接到所述比较电路的所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管的源极端子，并且所述第二晶体管的漏极端子联接到所述第二输入晶体管的漏极端子，其中，所述第二晶体管通过所述第二晶体管的栅极端子从所述偏置控制器接收偏置电压。
7.根据权利要求1所述的比较装置，其中，所述控制电路包括：
偏置控制器，所述偏置控制器联接到所述条带值发生电路并且被构造成基于从所述条带值发生电路输出的所述条带值来产生多个偏置电压；以及
电流控制器，所述电流控制器联接到所述偏置控制器并且被构造成基于来自所述偏置控制器的所述多个偏置电压来控制所述比较电路的所述输入网络的所述电流。
8.一种比较装置，该比较装置包括：
多个比较电路，每个比较电路包括输入端口以分别接收输入信号和斜坡信号，并且每个比较电路被构造成将所述输入信号与所述斜坡信号进行比较以输出比较信号；以及
全局控制电路，所述全局控制电路联接到所述多个比较电路并且被构造成基于从外部控制电路提供的条带值来控制所述多个比较电路的输入网络的电流，
其中，所述全局控制电路包括：
偏置控制器，所述偏置控制器被构造成基于从所述外部控制电路提供的所述条带值来提供偏置电压，并且
其中，所述偏置控制器包括数模转换装置，所述数模转换装置产生与从所述外部控制电路提供的所述条带值成比例的偏置电压。
9.根据权利要求8所述的比较装置，其中，所述全局控制电路还包括：
全局电流控制器，所述全局电流控制器联接到所述偏置控制器，并且被构造成基于从所述偏置控制器输出的所述偏置电压来控制所述多个比较电路的所述输入网络的电流。
10.根据权利要求9所述的比较装置，其中，所述全局电流控制器通过基于从所述偏置控制器输出的所述偏置电压调节所述多个比较电路的所述输入网络的跨导来控制所述多个比较电路的所述输入网络的电流。
11.根据权利要求9所述的比较装置，其中，所述全局电流控制器包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管的源极端子和漏极端子联接到所述多个比较电路的所述输入网络，并且所述至少一个晶体管的栅极端子联接到所述偏置控制器以从所述偏置控制器接收偏置电压。
12.根据权利要求8所述的比较装置，其中，所述全局控制电路包括：
偏置控制器，所述偏置控制器被构造成基于从所述外部控制电路提供的所述条带值来产生多个偏置电压；以及
电流控制器，所述电流控制器联接到所述偏置控制器并且被构造成基于从所述偏置控制器输出的所述多个偏置电压来控制所述多个比较电路的所述输入网络的电流。
13.一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，每个像素被构造成响应于在所述像素阵列中包括的每个像素处接收的入射光而产生像素信号；
行解码器，所述行解码器适于逐行选择和控制所述像素阵列的每个像素；
斜坡信号发生电路，所述斜坡信号发生电路适于产生斜坡信号；
比较电路，所述比较电路联接到所述斜坡信号发生电路以接收所述斜坡信号，并且还联接到所述像素阵列以从所述像素阵列中的像素接收像素信号，所述比较电路被构造成将所述斜坡信号与所述像素信号进行比较并输出比较信号；
计数电路，所述计数电路联接到所述比较电路并且被构造成基于所述比较信号执行计数操作并提供所述比较信号的计数值；
电流控制电路，所述电流控制电路联接到所述比较电路并且被构造成基于条带值来控制所述比较电路的输入网络的电流，所述条带值指示预测模数转换代码值和与来自所述计数电路的计数值相关联的实际模数转换代码值之间的差；
控制电路，所述控制电路联接到所述行解码器、所述斜坡信号发生电路、所述比较电路和所述计数电路并且能操作为控制所述行解码器、所述斜坡信号发生电路、所述比较电路和所述计数电路；以及
附加比较电路，所述附加比较电路联接到所述像素阵列的另一列，并且所述电流控制电路被构造成基于所述条带值控制所述附加比较电路和所述比较电路的输入网络的电流。
14.根据权利要求13所述的CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器还包括条带值发生电路，所述条带值发生电路联接到所述计数电路和所述电流控制电路并且被构造成生成所述条带值并且将所生成的条带值提供给所述电流控制电路。
15.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中，所述条带值发生电路包括：
存储器，所述存储器被构造成存储所述预测模数转换代码值；以及
条带值发生器，所述条带值发生器联接到所述存储器并且被构造成基于存储在所述存储器中的所述预测模数转换代码值来生成所述条带值。
16.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中，所述控制电路包括：
偏置控制器，所述偏置控制器联接到所述条带值发生电路并且被构造成基于从所述条带值发生电路输出的所述条带值来提供偏置电压；以及
电流控制器，所述电流控制器联接到所述偏置控制器并且被构造成基于从所述偏置控制器输出的所述偏置电压来控制所述比较电路的所述输入网络的电流。
17.根据权利要求13所述的CMOS图像传感器，其中，全局控制电路包括：
偏置控制器，所述偏置控制器被构造成基于所述条带值提供偏置电压；以及
全局电流控制器，所述全局电流控制器联接到所述偏置控制器并且被构造成根据从所述偏置控制器输出的所述偏置电压来控制所述比较电路和所述附加比较电路的输入网络的电流。
CN201811157727.5A 2018-02-13 2018-09-30 比较装置和包括该比较装置的cmos图像传感器 Active CN110166719B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180017463A KR102469080B1 (ko) 2018-02-13 2018-02-13 비교 장치 및 그에 따른 씨모스 이미지 센서
KR10-2018-0017463 2018-02-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110166719A CN110166719A (zh) 2019-08-23
CN110166719B true CN110166719B (zh) 2021-08-06

Family

ID=67541291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811157727.5A Active CN110166719B (zh) 2018-02-13 2018-09-30 比较装置和包括该比较装置的cmos图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10965897B2 (zh)
KR (1) KR102469080B1 (zh)
CN (1) CN110166719B (zh)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10686996B2 (en) 2017-06-26 2020-06-16 Facebook Technologies, Llc Digital pixel with extended dynamic range
US10598546B2 (en) 2017-08-17 2020-03-24 Facebook Technologies, Llc Detecting high intensity light in photo sensor
CN108781082B (zh) * 2018-03-30 2020-10-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 模数转换电路、图像传感器和模数转换方法
KR102507628B1 (ko) 2018-04-24 2023-03-09 에스케이하이닉스 주식회사 램프 신호 발생 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
US12034015B2 (en) 2018-05-25 2024-07-09 Meta Platforms Technologies, Llc Programmable pixel array
US11906353B2 (en) 2018-06-11 2024-02-20 Meta Platforms Technologies, Llc Digital pixel with extended dynamic range
US11463636B2 (en) 2018-06-27 2022-10-04 Facebook Technologies, Llc Pixel sensor having multiple photodiodes
US10897586B2 (en) 2018-06-28 2021-01-19 Facebook Technologies, Llc Global shutter image sensor
US10931884B2 (en) 2018-08-20 2021-02-23 Facebook Technologies, Llc Pixel sensor having adaptive exposure time
US11956413B2 (en) 2018-08-27 2024-04-09 Meta Platforms Technologies, Llc Pixel sensor having multiple photodiodes and shared comparator
US11595602B2 (en) 2018-11-05 2023-02-28 Meta Platforms Technologies, Llc Image sensor post processing
US11962928B2 (en) * 2018-12-17 2024-04-16 Meta Platforms Technologies, Llc Programmable pixel array
US11888002B2 (en) 2018-12-17 2024-01-30 Meta Platforms Technologies, Llc Dynamically programmable image sensor
US11218660B1 (en) 2019-03-26 2022-01-04 Facebook Technologies, Llc Pixel sensor having shared readout structure
US11943561B2 (en) 2019-06-13 2024-03-26 Meta Platforms Technologies, Llc Non-linear quantization at pixel sensor
DE102020120595A1 (de) 2019-09-16 2021-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Bildsensor
KR102669696B1 (ko) * 2019-09-16 2024-05-28 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11936998B1 (en) 2019-10-17 2024-03-19 Meta Platforms Technologies, Llc Digital pixel sensor having extended dynamic range
US11935291B2 (en) 2019-10-30 2024-03-19 Meta Platforms Technologies, Llc Distributed sensor system
US11948089B2 (en) 2019-11-07 2024-04-02 Meta Platforms Technologies, Llc Sparse image sensing and processing
US11902685B1 (en) 2020-04-28 2024-02-13 Meta Platforms Technologies, Llc Pixel sensor having hierarchical memory
KR20210135117A (ko) * 2020-05-04 2021-11-12 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US11825228B2 (en) 2020-05-20 2023-11-21 Meta Platforms Technologies, Llc Programmable pixel array having multiple power domains
US11910114B2 (en) 2020-07-17 2024-02-20 Meta Platforms Technologies, Llc Multi-mode image sensor
US12075175B1 (en) 2020-09-08 2024-08-27 Meta Platforms Technologies, Llc Programmable smart sensor with adaptive readout
US11956560B2 (en) 2020-10-09 2024-04-09 Meta Platforms Technologies, Llc Digital pixel sensor having reduced quantization operation
US11935575B1 (en) 2020-12-23 2024-03-19 Meta Platforms Technologies, Llc Heterogeneous memory system
US12022218B2 (en) 2020-12-29 2024-06-25 Meta Platforms Technologies, Llc Digital image sensor using a single-input comparator based quantizer
KR20220146899A (ko) * 2021-04-26 2022-11-02 삼성전자주식회사 동작 모드에 따라 바이어스 전압을 분리 인가하는 아날로그 디지털 컨버터, 및 이를 포함하는 이미지 센서

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1783957A (zh) * 2004-11-26 2006-06-07 株式会社东芝 固体摄像器件
CN102438109A (zh) * 2010-08-10 2012-05-02 佳能株式会社 恒流源和使用该恒流源的固态成像装置
CN103684460A (zh) * 2012-09-07 2014-03-26 三星电子株式会社 模数转换器
CN107347142A (zh) * 2016-05-05 2017-11-14 豪威科技股份有限公司 用于在图像传感器中实施h条带消除的方法及系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4489319B2 (ja) * 2001-04-26 2010-06-23 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 固体撮像装置
JP4238900B2 (ja) * 2006-08-31 2009-03-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像装置
JP5239883B2 (ja) * 2008-02-26 2013-07-17 株式会社リコー 画像形成装置、および画像形成装置の画像形成方法
JP4683112B2 (ja) 2008-10-31 2011-05-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像装置
KR101429512B1 (ko) 2009-12-07 2014-08-14 삼성테크윈 주식회사 밴딩 노이즈 제거 장치 및 방법
KR101812035B1 (ko) * 2010-11-30 2017-12-26 삼성전자 주식회사 컬러 이미지와 깊이 이미지를 동시에 얻을 수 있는 이미지 센서, 이미지 센서의 동작 방법 및 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 시스템
JP2013207433A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Sony Corp 固体撮像装置、撮像信号出力方法および電子機器
US9541456B2 (en) * 2014-02-07 2017-01-10 Sandisk Technologies Llc Reference voltage generator for temperature sensor with trimming capability at two temperatures
WO2016051275A2 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 Emerson Electric (Us) Holding Corporation (Chile) Limitada Monitoring and controlling hydrocyclones using vibration data
US9503116B2 (en) * 2014-12-17 2016-11-22 Analog Devices, Inc. Efficient calibration of errors in multi-stage analog-to-digital converter
KR20170111456A (ko) * 2016-03-28 2017-10-12 에스케이하이닉스 주식회사 비교 장치 및 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
KR20190012659A (ko) * 2017-07-28 2019-02-11 에스케이하이닉스 주식회사 저 밴딩 노이즈를 위한 비교 장치 및 그에 따른 씨모스 이미지 센서
KR102493826B1 (ko) * 2018-04-30 2023-01-31 에스케이하이닉스 주식회사 비교 장치 및 그에 따른 씨모스 이미지 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1783957A (zh) * 2004-11-26 2006-06-07 株式会社东芝 固体摄像器件
CN102438109A (zh) * 2010-08-10 2012-05-02 佳能株式会社 恒流源和使用该恒流源的固态成像装置
CN103684460A (zh) * 2012-09-07 2014-03-26 三星电子株式会社 模数转换器
CN107347142A (zh) * 2016-05-05 2017-11-14 豪威科技股份有限公司 用于在图像传感器中实施h条带消除的方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20190253650A1 (en) 2019-08-15
US10965897B2 (en) 2021-03-30
KR20190097704A (ko) 2019-08-21
CN110166719A (zh) 2019-08-23
KR102469080B1 (ko) 2022-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110166719B (zh) 比较装置和包括该比较装置的cmos图像传感器
US9681080B2 (en) DA converter, solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus
US7755686B2 (en) Physical quantity distribution detecting apparatus and imaging apparatus
US9307173B2 (en) Signal processing circuit, solid-state imaging device, and camera system
US11330214B2 (en) Comparator and image sensing device including the same
KR20180072134A (ko) 아날로그-디지털 변환 장치 및 그에 따른 씨모스 이미지 센서
US10694134B2 (en) Comparison device and CMOS image sensor including the same
JP2008219243A (ja) 撮像装置およびカメラ
JP7116599B2 (ja) 撮像装置、半導体装置及びカメラ
US10728483B2 (en) Comparator with correlated double sampling scheme, CMOS image sensor including the same, and operating method thereof
JP2014165733A (ja) 撮像装置、撮像システム、撮像装置の駆動方法
US10498992B2 (en) Single-slope comparison device with low-noise, and analog-to-digital conversion device and CMOS image sensor including the same
KR20190012659A (ko) 저 밴딩 노이즈를 위한 비교 장치 및 그에 따른 씨모스 이미지 센서
CN111385496B (zh) 斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器
US9756272B2 (en) Image pickup apparatus, image pickup system, and method of driving image pickup apparatus
CN110418084B (zh) 比较装置和包括该比较装置的cmos图像传感器
US11611336B2 (en) Comparator for low-banding noise and CMOS image sensor including the same
CN110248120B (zh) 单斜比较装置和包括该单斜比较装置的cmos图像传感器
US10896701B2 (en) High-speed data readout apparatus and CMOS image sensor using the same
US9307174B2 (en) Solid-state imaging apparatus using counter to count a clock signal at start of change in level of a reference signal
US10931268B2 (en) Ramp signal generation device and CMOS image sensor including the same
JP2017169242A (ja) 撮像装置、撮像システム、撮像装置の駆動方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant