CN110351499A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像感测装置，该图像感测装置包括：第一源斜坡电压发生电路，其被设置为生成在各个第一时段内调节了第一电压单位的第一源斜坡电压；第二源斜坡电压发生电路，其被设置为生成在各个第一时段内调节了第一电压单位并且相对于第一源斜坡电压具有设定的电压差的第二源斜坡电压；以及斜坡电压发生电路，其被设置为基于第一源斜坡电压和第二源斜坡电压以及多个第一控制信号来生成在比第一时段短的各个第二时段内调节了比第一电压单位小的第二电压单位的斜坡电压。

Description

图像感测装置
技术领域
本发明的各种实施方式涉及半导体设计技术，更具体地，涉及一种图像感测装置。
背景技术
图像感测装置利用半导体的光敏性质来捕获图像。图像感测装置常常被分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。CMOS图像传感器允许模拟控制电路和数字控制电路二者被集成在单个集成电路(IC)中，从而使得CMOS图像传感器成为最广泛使用的类型的图像传感器。
发明内容
本发明的各种实施方式涉及一种能够生成并使用具有稳定的阶梯波形的斜坡电压的图像感测装置。
根据本发明的实施方式，一种图像感测装置包括：第一源斜坡电压发生电路，其被设置为生成在各个第一时段内调节了第一电压单位的第一源斜坡电压；第二源斜坡电压发生电路，其被设置为生成在各个第一时段内调节了第一电压单位并且相对于第一源斜坡电压具有设定的电压差的第二源斜坡电压；以及斜坡电压发生电路，其被设置为基于第一源斜坡电压和第二源斜坡电压以及多个第一控制信号来生成在比第一时段短的各个第二时段内调节了比第一电压单位小的第二电压单位的斜坡电压。
所述设定的电压差可对应于第一电压电平的一半。
第一源斜坡电压和第二源斜坡电压可具有设定的相位差。
所述设定的相位差可对应于第一时段的一半。
第一源斜坡电压可在第一时段的初始部分内具有大于第二源斜坡电压的电平，并且在第一时段的最后部分内具有小于第二源斜坡电压的电平。
斜坡电压可具有介于第一源斜坡电压和第二源斜坡电压之间的电压电平。
斜坡电压发生电路可包括：多个第一开关元件，其并联联接在第一源斜坡电压的供给节点与斜坡电压的输出节点之间并且基于所述多个第一控制信号被依次控制；以及多个第二开关元件，其并联联接在第二源斜坡电压的供给节点与斜坡电压的输出节点之间并且基于作为第一控制信号的反相信号的多个第二控制信号被依次控制。
第一控制信号可在各个第一时段内被重复地生成并且在各个第二时段内被依次启用或停用。
根据本发明的实施方式，一种图像感测装置包括：第一源斜坡电压发生电路，其被设置为生成在各个粗略时段内调节了粗略电压单位的第一源斜坡电压并将第一源斜坡电压输出到第一供给节点；第二源斜坡电压发生电路，其被设置为生成在各个粗略时段内调节了粗略电压单位的第二源斜坡电压并将第二源斜坡电压输出到第二供给节点；以及斜坡电压发生电路，其联接在第一供给节点与第二供给节点之间，并且被设置为基于多个第一控制信号生成在各个精细时段内调节了精细电压单位的斜坡电压。
第一源斜坡电压和第二源斜坡电压可具有设定的电压差和设定的相位差。
所述设定的电压差可对应于粗略电压电平的一半。
所述设定的相位差可对应于粗略时段的一半。
第一源斜坡电压可在粗略时段的初始部分内具有大于第二源斜坡电压的电平，并且在粗略时段的最后部分内具有小于第二源斜坡电压的电平。
斜坡电压可具有介于第一源斜坡电压和第二源斜坡电压之间的电压电平。
斜坡电压发生电路可包括：多个第一开关元件，其并联联接在第一供给节点与斜坡电压的输出节点之间并且基于所述多个第一控制信号被依次控制；以及多个第二开关元件，其并联联接在第二供给节点与斜坡电压的输出节点之间并且基于作为第一控制信号的反相信号的多个第二控制信号被依次控制。
第一控制信号可在各个粗略时段内被重复地生成并且在各个精细时段内被依次启用或停用。
根据本发明的实施方式，一种图像感测装置包括：像素阵列，其被设置为生成多个像素信号；斜坡电压发生器，其被设置为基于在各个粗略时段内调节了粗略电压单位的第一源斜坡电压和第二源斜坡电压来生成斜坡电压，该斜坡电压具有介于第一源斜坡电压和第二源斜坡电压之间的电压电平并且在各个精细时段内调节了精细电压单位；以及信号转换器，其被设置为基于斜坡电压将像素信号转换为多个图像信号。
第一源斜坡电压可在粗略时段的初始部分内具有大于第二源斜坡电压的电平，并且在粗略时段的最后部分内具有小于第二源斜坡电压的电平。
斜坡电压发生器可包括：第一源斜坡电压发生电路，其被设置为生成第一源斜坡电压并将第一源斜坡电压输出到第一供给节点；第二源斜坡电压发生电路，其被设置为生成第二源斜坡电压并将第二源斜坡电压输出到第二供给节点；以及斜坡电压发生电路，其联接在第一供给节点和第二供给节点之间，并且被设置为基于多个第一控制信号生成斜坡电压。
斜坡电压发生电路可包括：多个第一开关元件，其并联联接在第一供给节点与斜坡电压的输出节点之间并且基于所述多个第一控制信号被依次控制；以及多个第二开关元件，其并联联接在第二供给节点与斜坡电压的输出节点之间并且基于作为第一控制信号的反相信号的多个第二控制信号被依次控制。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的图像感测装置的框图。
图2是示出根据本发明的实施方式的斜坡电压发生器的框图。
图3是示出根据本发明的实施方式的斜坡电压发生电路的电路图。
图4是根据本发明的实施方式的示例性斜坡电压发生电路的电路图。
图5是示出根据本发明的实施方式的图像感测装置的操作的时序图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的各种实施方式。提供这些实施方式以使得本公开彻底和完整。本公开中所提及的所有“实施方式”是指本文公开的发明构思的实施方式。所呈现的实施方式仅是示例，并非旨在限制本发明的范围。此外，贯穿说明书，对“实施方式”等的引用未必仅指一个实施方式，并且对任何这种短语的不同引用未必指相同的实施方式。
此外，应该注意的是，本文所使用的术语是为了描述实施方式，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式旨在包括复数形式，反之亦然。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指示存在所提及特征，但不排除一个或更多个其它未提及的特征的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”指示一个或更多个相关所列项的任何和所有组合。还应该注意的是，在本说明书中，“连接/联接”不仅指一个组件直接联接另一组件，而且指通过一个或更多个中间组件间接联接另一组件。
将理解，尽管本文中可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来识别各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语用于区分具有相同或相似名称的一个元件与另一元件。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，一个情况下的第一元件在另一情况下可被称为第二元件或第三元件。
附图未必按比例，在一些情况下，可能夸大了比例以便清楚地示出实施方式的特征。
图1是示出根据本发明的实施方式的图像感测装置100的框图。
参照图1，图像感测装置100可包括像素阵列110、信号转换器120和斜坡电压发生器130。
像素阵列110可包括在行方向和列方向上排列的多个像素，例如N*Y个像素(未示出)，其中N和Y是彼此相同或不同的自然数。像素阵列110可以行为单位依次输出第一至第Y像素信号VPX<1:Y>X次。例如，像素阵列110在各个单行时段内从排列在各行中的像素输出第一至第Y像素信号VPX<1:Y>。第一至第Y像素信号VPX<1:Y>中的每一个可以是模拟信号。
信号转换器120可基于斜坡电压VRAMP和第一至第Y像素信号VPX<1:Y>生成与第一至第Y像素信号VPX<1:Y>对应的第一至第Y图像信号DOUT<1:Y>。第一至第Y图像信号DOUT<1:Y>中的每一个可以是数字信号。
斜坡电压发生器130可生成斜坡电压VRAMP，使得其在与单行时段对应的各个单斜坡时段内逐步减小。例如，斜坡电压发生器130生成源斜坡电压，例如第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2(示出于图2)，并且生成电压电平介于第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2之间的斜坡电压VRAMP。
由于像素阵列110和信号转换器120是本领域技术人员所公知的，所以本文中省略其详细描述。详细描述本发明的斜坡电压发生器130。
图2是示出根据本发明的实施方式的斜坡电压发生器(例如，图1所示的斜坡电压发生器130)的框图。
参照图2，斜坡电压发生器130可包括第一源斜坡电压发生电路131、第二源斜坡电压发生电路133和斜坡电压发生电路135。
第一源斜坡电压发生电路131可生成具有粗略时段并且以粗略电压电平为单位或以粗略电压单位减小的第一源斜坡电压VR1。例如，第一源斜坡电压发生电路131包括基于可变电流的斜坡电压发生电路或者基于可变电阻的斜坡电压发生电路。
第二源斜坡电压发生电路133可生成具有粗略时段并且以粗略电压电平为单位或以粗略电压单位减小的第二源斜坡电压VR2。例如，第二源斜坡电压发生电路133包括基于可变电流的斜坡电压发生电路或者基于可变电阻的斜坡电压发生电路。
第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2可具有电压电平差和相位差，其中的任一者或二者可预先确定。电压电平差可对应于粗略电压电平的一半。相位差可对应于粗略时段的一半。因此，第一源斜坡电压VR1可在粗略时段的前半部分(即，初始部分或偶数时间段)内具有大于第二源斜坡电压VR2的电平，并且在粗略时段的后半部分(即，最后部分或奇数时间段)内具有小于第二源斜坡电压VR2的电平。
斜坡电压发生电路135可在各个精细时段内基于第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2以及第一至第四控制信号S<1:4>生成以精细电压电平为单位或以精细电压单位减小的斜坡电压VRAMP。
图3是示出根据本发明的实施方式的斜坡电压发生电路(例如，图2所示的斜坡电压发生电路135)的电路图。图4是进一步示出斜坡电压发生电路(例如，图3所示的斜坡电压发生电路135)的电路图。
参照图3，斜坡电压发生电路135可包括多个开关元件，例如第一开关元件SW1至第八开关元件SW8。然而，本发明不限于八个开关元件。根据本发明的实施方式的斜坡电压发生电路135可根据特定应用和/或设计考虑而包括多于或少于八个开关元件。
第一开关元件SW1至第四开关元件SW4可并联联接在第一源斜坡电压VR1的供给节点SN1与斜坡电压VRAMP的输出节点ON之间。第一开关元件SW1至第四开关元件SW4可基于第一至第四控制信号S<1:4>依次开关。第一至第四控制信号S<1:4>中的每一个可在各个粗略时段内重复地生成，并且可在各个精细时段内依次启用或停用。
第五开关元件SW5至第八开关元件SW8可并联联接在第二源斜坡电压VR2的供给节点SN2与斜坡电压VRMAP的输出节点ON之间。第五开关元件SW5至第八开关元件SW8可基于第一至第四反相控制信号SB<1:4>依次开关。第一至第四反相控制信号SB<1:4>中的每一个可通过将第一至第四控制信号S<1:4>反相来生成。
斜坡电压VRAMP可具有介于第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2之间的电压电平。例如，当如图4所示形成关系时，斜坡电压VRMAP可具有如下式1所定义的电压电平。
[式1]
VRAMP＝(VR1-VR2)*(3/4)R+VR2
在式1中，R表示当第一开关元件SW1至第八开关元件SW8的导通电阻值相同时各个开关元件的导通电阻值。
参照图5描述具有上述结构的图像感测装置100的操作。
图5是示出根据本发明的实施方式的图像感测装置的操作(例如，图1所示的图像感测装置100的操作)的时序图。
参照图5，第一源斜坡电压发生电路131可生成第一源斜坡电压VR1，并且第二源斜坡电压发生电路133可生成第二源斜坡电压VR2。如所示，在各个粗略时段4T*2内第一源斜坡电压VR1以粗略电压电平4LSB*2为单位减小，并且在各个粗略时段4T*2内第二源斜坡电压VR2以粗略电压电平4LSB*2为单位减小。
第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2可具有与粗略电压电平4LSB*2的一半对应的电压电平差4LSB并且具有与粗略时段4T*2的一半对应的相位差4T。因此，第一源斜坡电压VR1可在粗略时段4T*2的前半部分(或偶数时段，即，Even Time)内具有比第二源斜坡电压VR2大电压电平差4LSB的电平，并且在粗略时段4T*2的后部部分(或奇数时段，即，ODD Time)内具有比第二源斜坡电压VR2小电压电平差4LSB的电平。
斜坡电压发生电路135可在各个精细时段1T内基于第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2以及第一至第四控制信号S<1:4>生成以精细电压电平1LSB为单位减小的斜坡电压VRAMP。更具体地讲，第一至第四控制信号S<1:4>中的每一个可在各个粗略时段4T*2内重复地生成，并且在各个精细时段1T内依次启用或停用。因此，在第一开关元件和第八开关元件在各个精细时段1T内依次导通或截止的同时，可生成斜坡电压VRAMP。斜坡电压VRAMP具有介于第一源斜坡电压VR1和第二源斜坡电压VR2之间的电压电平并且以精细电压电平1LSB为单位减小。
像素阵列110可输出第一至第Y像素信号VPX<1:Y>，并且信号转换器120可基于斜坡电压VRAMP以及第一至第Y像素信号VPX<1:Y>生成与第一至第Y像素信号VPX<1:Y>对应的第一至第Y图像信号DOUT<1:Y>。
从本公开的实施方式的以上描述显而易见的是，提供这样的优点：当通过开关元件处理两个粗略调节的源斜坡电压时，可生成具有稳定的阶梯波形的精细调节的斜坡电压。
这种斜坡电压可有利于高速操作，并且可改进操作可靠性。
尽管针对特定实施方式描述了本发明，但这些实施方式并非旨在为限制性的，而是描述性的。此外，应该注意的是，对本领域技术人员而言鉴于本公开将显而易见，在不脱离由以下权利要求限定的本发明的精神和/或范围的情况下，可按照各种方式(包括通过替换、改变和/或修改所公开的任何实施方式的任何特征)实现本发明。
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年4月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0040204的优先权，其公开通过引用整体并入本文。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
第一源斜坡电压发生电路，该第一源斜坡电压发生电路被设置为生成在各个第一时段内调节了第一电压单位的第一源斜坡电压；
第二源斜坡电压发生电路，该第二源斜坡电压发生电路被设置为生成在各个第一时段内调节了所述第一电压单位并且相对于所述第一源斜坡电压具有设定的电压差的第二源斜坡电压；以及
斜坡电压发生电路，该斜坡电压发生电路被设置为基于所述第一源斜坡电压和所述第二源斜坡电压以及多个第一控制信号来生成在比所述第一时段短的各个第二时段内调节了比所述第一电压单位小的第二电压单位的斜坡电压。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述设定的电压差对应于第一电压电平的一半。
3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一源斜坡电压和所述第二源斜坡电压具有设定的相位差。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述设定的相位差对应于所述第一时段的一半。
5.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一源斜坡电压在所述第一时段的初始部分内具有大于所述第二源斜坡电压的电平，并且在所述第一时段的最后部分内具有小于所述第二源斜坡电压的电平。
6.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述斜坡电压具有介于所述第一源斜坡电压和所述第二源斜坡电压之间的电压电平。
7.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述斜坡电压发生电路包括：
多个第一开关元件，所述多个第一开关元件并联联接在所述第一源斜坡电压的供给节点与所述斜坡电压的输出节点之间并且基于所述多个第一控制信号来被依次控制；以及
多个第二开关元件，所述多个第二开关元件并联联接在所述第二源斜坡电压的供给节点与所述斜坡电压的输出节点之间并且基于作为所述第一控制信号的反相信号的多个第二控制信号来被依次控制。
8.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一控制信号在各个第一时段内被重复地生成并且在各个第二时段内被依次启用或停用。
9.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
第一源斜坡电压发生电路，该第一源斜坡电压发生电路被设置为生成在各个粗略时段内调节了粗略电压单位的第一源斜坡电压并将所述第一源斜坡电压输出到第一供给节点；
第二源斜坡电压发生电路，该第二源斜坡电压发生电路被设置为生成在各个粗略时段内调节了所述粗略电压单位的第二源斜坡电压并将所述第二源斜坡电压输出到第二供给节点；以及
斜坡电压发生电路，该斜坡电压发生电路联接在所述第一供给节点与所述第二供给节点之间，并且被设置为基于多个第一控制信号来生成在各个精细时段内调节了精细电压单位的斜坡电压。
10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一源斜坡电压和所述第二源斜坡电压具有设定的电压差和设定的相位差。
11.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述设定的电压差对应于粗略电压电平的一半。
12.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述设定的相位差对应于所述粗略时段的一半。
13.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一源斜坡电压在所述粗略时段的初始部分内具有大于所述第二源斜坡电压的电平，并且在所述粗略时段的最后部分内具有小于所述第二源斜坡电压的电平。
14.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述斜坡电压具有介于所述第一源斜坡电压和所述第二源斜坡电压之间的电压电平。
15.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述斜坡电压发生电路包括：
多个第一开关元件，所述多个第一开关元件并联联接在所述第一供给节点与所述斜坡电压的输出节点之间并且基于所述多个第一控制信号来被依次控制；以及
多个第二开关元件，所述多个第二开关元件并联联接在所述第二供给节点与所述斜坡电压的输出节点之间并且基于作为所述第一控制信号的反相信号的多个第二控制信号来被依次控制。
16.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一控制信号在各个粗略时段内被重复地生成并且在各个精细时段内被依次启用或停用。
17.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
像素阵列，该像素阵列被设置为生成多个像素信号；
斜坡电压发生器，该斜坡电压发生器被设置为基于在各个粗略时段内调节了粗略电压单位的第一源斜坡电压和第二源斜坡电压来生成斜坡电压，该斜坡电压具有介于所述第一源斜坡电压和所述第二源斜坡电压之间的电压电平并且在各个精细时段内调节了精细电压单位；以及
信号转换器，该信号转换器被设置为基于所述斜坡电压将所述像素信号转换为多个图像信号。
18.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述第一源斜坡电压在所述粗略时段的初始部分内具有大于所述第二源斜坡电压的电平，并且在所述粗略时段的最后部分内具有小于所述第二源斜坡电压的电平。
19.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述斜坡电压发生器包括：
第一源斜坡电压发生电路，该第一源斜坡电压发生电路被设置为生成所述第一源斜坡电压并将所述第一源斜坡电压输出到第一供给节点；
第二源斜坡电压发生电路，该第二源斜坡电压发生电路被设置为生成所述第二源斜坡电压并将所述第二源斜坡电压输出到第二供给节点；以及
斜坡电压发生电路，该斜坡电压发生电路联接在所述第一供给节点和所述第二供给节点之间，并且被设置为基于多个第一控制信号生成所述斜坡电压。
20.根据权利要求19所述的图像感测装置，其中，所述斜坡电压发生电路包括：
多个第一开关元件，所述多个第一开关元件并联联接在所述第一供给节点与所述斜坡电压的输出节点之间并且基于所述多个第一控制信号来被依次控制；以及
多个第二开关元件，所述多个第二开关元件并联联接在所述第二供给节点与所述斜坡电压的输出节点之间并且基于作为所述第一控制信号的反相信号的多个第二控制信号来被依次控制。
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