CN110944130A - 斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器 - Google Patents

斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器 Download PDF

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Abstract

公开了斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器，其涉及用于允许斜坡信号发生器减小受制造变化影响的电流偏差和电压降的技术。斜坡信号发生器包括：斜坡阵列，其包括多个斜坡电路，多个斜坡电路沿行方向和列方向布置并且被斜坡控制信号选择性地激活，并且被配置为通过对来自选择性地激活的斜坡电路的电流进行求和来生成输出电流；以及电流至电压转换器，其被配置为将输出电流转换为电压值，以将电压值输出为斜坡信号。每个斜坡电路响应于初始化电压而将充电节点的电压初始化，并且基于在接收驱动电压时通过充电节点充入的充电晶体管中的电荷来生成输出电流。

Description

斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器
技术领域
本公开的实施方式总体可涉及斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光信号转换成电信号的光敏装置。电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)是两种最常见的成像技术。CIS由于其较低的功耗、较低的成本和较小的尺寸而在数码相机市场中占据主导地位。不仅如此，CIS技术最近已扩展到包括需要更高分辨率和更高帧速率的视频应用在内的更宽的应用范围。
除了将光信号转换为电信号之外，CIS还将从像素阵列生成的模拟电信号(像素信号)转换为数字电信号，并且高分辨率模数转换器(ADC)执行模数转换。
在CIS技术中，相关双采样可以通过在已知条件下测量一次传感器输出并且在未知条件下测量一次传感器输出，并且从在未知条件下获得的值中减去在已知条件下获得的值来去除不期望的偏移。例如，ADC可以对指示像素阵列的输出信号的模拟输出电压执行相关双采样，并且可以存储所得到的电压。此外，响应于由斜坡信号发生器生成的斜坡信号，ADC可以将所存储的通过相关双采样操作获得的电压与预定基准电压(斜坡信号)进行比较以获得数字代码。
然而，斜坡信号发生器中的晶体管的特性可由于半导体工艺变化而变化。此外，电流量可以根据斜坡信号发生器中的斜坡电路的位置而变化。因此，提高斜坡信号发生器的均匀性以减少信号失真是重要的。
发明内容
本专利文档除了其它内容之外，提供了包括可提高电流均匀性的斜坡信号发生器的图像感测装置的设计。
基于所公开的技术的各种实施方式实现的斜坡信号发生器可以通过补偿晶体管的阈值电压特性和IR降(电流和电阻器的电压降)来提高电流均匀性。
根据本公开的一实施方式，一种斜坡信号发生器包括：斜坡阵列，所述斜坡阵列包括多个斜坡电路，所述多个斜坡电路沿行方向和列方向布置并且联接以接收斜坡控制信号，所述斜坡控制信号操作以选择性地激活斜坡电路，所述斜坡阵列被配置为通过对来自选择性地激活的斜坡电路的电流进行求和来生成输出电流；以及电流至电压转换器，所述电流至电压转换器联接到斜坡阵列以接收所述输出电流，并且被配置为将所述输出电流转换为电压值，以将所述电压值输出为斜坡信号。每个斜坡电路包括充电晶体管和与所述充电晶体管联接的充电节点，以基于在接收驱动电压时通过所述充电节点充入的所述充电晶体管中的电荷来生成所述输出电流，并且其中，所述充电节点响应于施加到所述充电节点的初始化电压而被初始化。
根据本公开的另一实施方式，一种图像传感器包括：像素阵列，所述像素阵列被配置为输出与入射光对应的多个像素信号；斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成斜坡信号；以及模数转换器ADC，所述ADC被配置为响应于所述斜坡信号而将所述多个像素信号转换为数字信号。所述斜坡信号发生器包括：斜坡阵列，所述斜坡阵列包括多个斜坡电路，所述多个斜坡电路配置为当所述斜坡电路被斜坡控制信号选择性地激活时生成输出电流；以及电流至电压转换器，所述电流至电压转换器被配置为将所述输出电流转换为电压值，以将所述电压值输出为斜坡信号。所述多个斜坡电路中的每一个可响应于初始化电压而将充电节点的电压初始化，并且可基于在接收驱动电压时通过所述充电节点充入的、充电晶体管中的电荷来生成输出电流。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是包括基于所公开的技术的一实施方式实现的斜坡信号发生器的图像传感器的示例表示；
图2是图1中所示的斜坡信号发生器的示例表示；
图3是图2中所示的单位斜坡电路的示例表示；
图4是例示图2中所示的斜坡信号发生器的示例操作的定时图；
图5是包括基于所公开的技术的另一实施方式实现的斜坡信号发生器的图像传感器的示例表示；
图6是图5中所示的斜坡信号发生器的示例表示；以及
图7是图6中所示的单位斜坡电路的示例表示。
图中各个元件的符号
100：像素阵列
200：行解码电路
300：斜坡信号发生器
400：模数转换器(ADC)
500：输出缓冲器
600：控制器
具体实施方式
图1示出了基于所公开的技术的一实施方式实现的图像传感器10的示例。
参照图1，图像传感器10可包括像素阵列100、行解码电路200、斜坡信号发生器300、模数转换器(ADC)400、输出缓冲器500和控制器600。
像素阵列100可以将入射光信号转换为电信号并且将像素信号OUT1和OUT2输出到ADC400。这里，像素阵列100可以基于从行解码电路200接收的驱动信号(诸如复位信号RX、传输信号TX和选择信号SX)而操作。
基于由控制器600提供的控制信号CON，行解码电路200可以针对每条行线选择像素阵列100的一个或更多个像素，并且可以控制所选择的像素。
基于由控制器600提供的控制信号CON，斜坡信号发生器300可以生成斜坡信号RAMP1和RAMP2，并且可以将所生成的斜坡信号RAMP1和RAMP2输出到ADC400。在所公开的技术的示例实施方式中，斜坡信号发生器300可以生成一对斜坡信号RAMP1和RAMP2。
在半导体图像传感器中实现的斜坡电压发生器可以具有用于斜坡电压生成的斜坡单位(ramp unit)单元阵列。期望斜坡单位单元阵列中的电源在整个斜坡单位单元阵列中均匀地分布在整个金属层中。然而，在实际的装置中，由于各种因素(包括斜坡单位单元的制造的变化和随着位置而改变的金属层的电阻)，导致电源(诸如实际施加的电压)可随着斜坡单位单元在斜坡单位单元阵列内的位置而变化。当电压被施加到金属层时，对应的电流开始流过金属层，并且由于金属层的电阻而发生电压降，这被称为IR降。在所公开的技术的一实施方式中，可以设计和操作斜坡信号发生器300以补偿一个或更多个斜坡电路的IR降和晶体管阈值电压特性的变化，因而提高斜坡单位单元阵列内的电流均匀性。
ADC400可以将由像素阵列100的成像像素生成的模拟像素信号OUT1和OUT2转换为数字信号。ADC400可以将由像素阵列100的成像像素生成的像素信号OUT1和OUT2与从斜坡信号发生器300接收的斜坡信号RAMP1和RAMP2进行比较。基于通过将像素信号OUT1和OUT2与斜坡信号RAMP1和RAMP2进行比较而获得的比较结果，ADC400可以在像素信号OUT1和OUT2大于斜坡信号RAMP1和RAMP2时或者在像素信号OUT1和OUT2小于斜坡信号RAMP1和RAMP2时，通过对从控制器600接收的时钟信号CLK的数目进行计数来输出基于列的计数信号CNT。
因此，到ADC400的斜坡信号RAMP1和RAMP2是重要的信号，基于斜坡信号来生成斜坡信号基于列的计数信号CNT。值得注意的是，斜坡信号基于列的计数信号CNT还影响来自像素阵列100中的成像像素的模拟像素信号的数字转换。因此，每个斜坡信号RAMP1和RAMP2的期望的信号电平的任何不准确或偏离都会不利地影响ADC400进行的模数转换，因而劣化成像感测操作的成像操作。如在本专利文档的后面部分中进一步说明的，可以实现所公开的技术以提供斜坡信号发生器300内部的机制，该机制提高来自斜坡信号发生器300的斜坡信号RAMP1和RAMP2的准确度。
输出缓冲器500可以从ADC400接收计数信号CNT。输出缓冲器500可以保持诸如计数信号CNT之类的计数信息，并且可以响应于输出控制信号OCON而依次输出基于计数信息的像素数据。
控制器600可以控制行解码电路200、斜坡信号发生器300、ADC400和输出缓冲器500。控制器600可以包括定时发生器。也就是说，控制器600可以根据定时信息来控制输出由图像传感器所感测的图像数据所需的整个过程。
图2是例示图1中所示的斜坡信号发生器300的示例的详细示意图。
参照图2，斜坡信号发生器300可包括斜坡电路(例如，RU1至RU16)的斜坡阵列310、联接至斜坡阵列310的斜坡控制电路320、联接至斜坡阵列310中的不同列的斜坡电路的列解码器330、电流至电压转换器340、电压发生器350和开关电路360。
斜坡阵列310可包括沿行方向和列方向布置的多个斜坡电路RU1至RU16。斜坡电路RU1至RU16可以联接到行线RL1和RL2以及列线CL1和CL2。
斜坡阵列310可以响应于行控制信号RCON1至RCON4而选择行线RL1和RL2，并且可以响应于列控制信号CCON1至CCON4而选择列线CL1和CL2。也就是说，斜坡电路RU1至RU16可以由从多条行线当中选择的行线激活，并且可以由从多条列线当中选择的列线激活。
在斜坡阵列310中实现的行线RL1和列线CL1可以联接到与斜坡电路阵列310、电流至电压转换器340和开关电路360联接的节点ND1，并且在斜坡阵列310中实现的行线RL2和列线CL2可以联接到与斜坡电路阵列310、电流至电压转换器340和开关电路360联接的节点ND2。在该示例中，斜坡阵列310中的斜坡电路RU1至RU16可以通过行线RL1和RL2以及列线CL1和CL2共同联接到节点ND1和ND2。在所公开的技术的一实施方式中，行线RL1联接到列线CL1，并且二者都联接到节点ND1，而行线RL2联接到列线CL2，并且二者都联接到节点ND2。因此，通过由多个斜坡电路RU1至RU16生成的多个单位电流的总和所获取的输出电流IOUTA和IOUTB可以被提供给电流至电压转换器340。
在所公开的技术的一实施方式中，可以依次激活多个斜坡电路RU1至RU16。在所公开的技术的另一实施方式中，可以依次停用多个斜坡电路RU1至RU16。
在所公开的技术的另一实施方式中，可依次激活斜坡阵列310的多条行线。在激活从斜坡阵列310中选择的行线期间，多条列线可以被依次激活。
在又一实施方式中，可以依次激活多条列线。在激活从斜坡阵列310中选择的列线期间，多条行线可以被依次激活。
斜坡电路RU1至RU16可以将幅度随着时间推移而依次增加的输出电流IOUTA施加到电流至电压转换器340。斜坡电路RU1至RU16可以将幅度随着时间推移而依次减小的输出电流IOUTB施加到电流至电压转换器340。尽管为了便于描述而将上述示例例示为输出电流IOUTA增加并且输出电流IOUTB减小的实施方式，但是应当注意，在某些操作或实现方式中，输出电流IOUTA可以减小并且输出电流IOUTB可以增加。
如果斜坡电路RU1至RU16中的任意一个(例如，斜坡电路RU1)被激活，则斜坡电路RU1可以连续地提供单位电流直到下一次复位。例如，当在行线RL1的激活期间依次激活列控制信号CCON1至CCON4时，斜坡电路RU1至RU4可以被依次激活。
尽管列控制信号CCON2被激活，但是斜坡电路RU1可以保持被激活，直到下一次复位以连续地提供单位电流，该单位电流可以与由其它斜坡电路生成的单位电流相加。因此，斜坡电路RU1至RU16的输出电流IOUTA可以依次增加。
斜坡控制电路320可以响应于来自控制器600的控制信号CON而生成用于选择行线(例如，RL1和RL2)的行控制信号(例如，RCON1至RCON4)。斜坡控制电路320可以响应于控制信号CON而对斜坡阵列310进行复位。
列解码器330可以响应于控制器600的控制信号CON而生成用于选择列线CL1和CL2的列控制信号CCON1至CCON4。这里，基于从控制器600的定时控制器接收的控制信号CON，斜坡控制电路320可以选择性地激活行控制信号RCON1至RCON4，并且列解码器330可以选择性地激活列控制信号CCON1至CCON4。
如上所述，在斜坡电路RU1至RU16的激活期间，相应的斜坡电路RU1至RU16可以分别提供相同幅度或幅值的单位电流。然而，可能发生IR降，并且这种IR降可基于斜坡电路RU1、…、或RU16中的每一个相对于电源的位置而依位置变化。
由制造参数的变化所引起的各个斜坡电路RU1至RU16中的晶体管的阈值电压的变化可导致各个斜坡电路RU1至RU16所生成的电流的偏差。由于斜坡信号发生器300包括含有图2中所示的斜坡电路的大量数目的斜坡电路，因此，即使每个斜坡电路中的小偏差也可在总体上对信号完整性产生实质性影响。作为由制造问题引发的各个斜坡电路RU1至RU16中的这种电流偏差的结果，可能发生信号失真，并且这会损害图像传感器的图像质量。
例如，在斜坡阵列310中的多个斜坡电路当中，位于标有“(A)”的边缘区域中的斜坡电路RU4可以比位于标有“(B)”的中心区域中的斜坡电路RU7更靠近电源线(图2中未示出)设置。因此，来自斜坡电路RU7处的电源线的电压降可以大于斜坡电路RU4处的电压降。
在这种情况下，从斜坡电路RU7输出的电流的幅度可以相对低于从斜坡电路RU4输出的电流的幅度。因此，各个斜坡电路RU1至RU16的输出电流可以根据它们所处的位置而变化。
基于所公开的技术的一些实施方式实现的斜坡控制电路320可以生成斜坡控制信号SE、SI、SC、VBC、OUTA和OUTB，以补偿斜坡电路RU1至RU16中的晶体管的阈值电压特性的变化和IR降。稍后将更详细地描述斜坡控制信号SE、SI、SC、VBC、OUTA和OUTB。
电流至电压转换器340可以将斜坡阵列310的输出电流IOUTA和IOUTB转换为电压值，并且可以将电压值输出为斜坡信号RAMP1和RAMP2。电流至电压转换器340可以包括联接在接地电压端子VSS与节点ND1和ND2之间的负载电阻器341和342。在所公开的技术的一实施方式中，负载电阻器341和342中的每一个可以是固定式电阻器或可变式电阻器。
电压发生器350可以响应于控制信号CON而向节点ND1和ND2提供具有预定电平的驱动电压。在向节点ND1和ND2提供驱动电压时，开关电路360可以响应于斜坡控制信号SD而控制驱动电压的施加。这里，斜坡控制信号SD可以响应于控制信号CON而被选择性地激活。开关电路360可以包括响应于斜坡控制信号SD而操作的开关SW1和SW2。例如，开关电路360的开关SW1和SW2在斜坡控制信号SD的激活期间接通，使得电压发生器350的驱动电压可以被施加到节点ND1和ND2。另一方面，开关电路360的开关SW1和SW2在斜坡控制信号SD的停用期间关断，使得电压发生器350的驱动电压不被施加到节点ND1和ND2。
图3是例示图2中所示的单位斜坡电路RU1的示例的详细电路图。参照图3，多个斜坡电路RU1至RU16可以在结构上彼此相同，并且在下文中将参照图3描述斜坡电路RU1至RU16当中的第一斜坡电路RU1的详细结构。
斜坡电路RU1可以包括响应于斜坡控制信号SE、SI、SC、VBC、OUTA和OUTB而选择性地操作的多个晶体管M1至M8。
晶体管M1可以联接在节点ND4与晶体管M2之间，并且晶体管M1的栅极端子可以联接到节点ND3(充电节点)。晶体管M2可以联接在晶体管M1与节点ND6之间，并且晶体管M2的栅极端子可以接收斜坡控制信号VBC。斜坡控制信号VBC可以允许节点ND2接收外部驱动电压。在所公开的技术的一实施方式中，通过节点ND2接收的外部驱动电压可以是从电压发生器350接收的驱动电压。
晶体管M3可以联接在节点ND5与节点ND1之间，并且可以具有用于接收斜坡控制信号OUTA的栅极端子。晶体管M3可以通过节点ND1对输出电流IOUTA进行输出。斜坡控制信号OUTA用于控制通过节点ND1流到电流至电压转换器340的输出电流IOUTA。
晶体管M4可以联接在节点ND6与节点ND2之间，并且可以具有用于接收斜坡控制信号OUTB的栅极端子。晶体管M4可以通过节点ND2对输出电流IOUTB进行输出。斜坡控制信号OUTB用于控制通过节点ND2流到电流至电压转换器340的输出电流IOUTB。
晶体管M5可以联接在节点ND3与节点ND5之间，并且可以具有用于接收斜坡控制信号SI的栅极端子。斜坡控制信号SI可以是用于使节点ND3初始化的初始化信号。
晶体管M6可以联接在节点ND3与节点ND4之间，并且可以具有用于接收斜坡控制信号SC的栅极端子。在一些情况下，斜坡控制信号SC可以用于生成与联接在节点ND3和节点ND4之间的晶体管M1的阈值电压(Vt)对应的电压差。
晶体管M7可以联接在节点ND4和电源电压(VDD)输入端子之间，并且可以具有用于接收斜坡控制信号SE的栅极端子。斜坡控制信号SE可以是允许或阻止到斜坡电路RU1的电流连接的使能信号。也就是说，晶体管M7可以响应于斜坡控制信号SE而激活或停用斜坡电路RU1。
晶体管M8的源极端子和漏极端子可以联接到电源电压(VDD)输入端子，并且晶体管M8的栅极端子可以联接到节点ND3。如上所述，施加到斜坡电路RU1至RU16中的每一个的电源电压(VDD)的实际电压可以随着斜坡电路RU1、…、或RU16中的每一个相对于电源电压(VDD)的电源的位置的位置而变化。
斜坡控制信号SD可以是用于电压发生器350的驱动信号以将驱动电压施加到斜坡电路RU1。也就是说，在斜坡控制信号SD的激活期间，具有预定电平的驱动电压可以通过节点ND1和ND2被提供给斜坡电路RU1。从电压发生器350提供给斜坡电路RU1的驱动电压可以用作将节点ND3初始化的初始化电压。
在包括上述组成元件的斜坡电路RU1中，各个晶体管M1至M8可以根据斜坡控制信号SE、SI、SC、VBC、OUTA和OUTB选择性地导通或截止，并且可以生成输出电流IOUTA和IOUTB以补偿阈值电压偏差和IR降。
在下文中将参照图4中所示的定时图来描述图3中所示的斜坡电路RU1的操作。
在时间段T1中，斜坡控制信号SE、SI、SC、VBC、OUTA和OUTB处于高电平，并且晶体管M1至M8保持截止。当时间段T1开始时，斜坡控制信号SE可以从低电平转变为高电平，以切断流向斜坡电路RU1的电流。
此后，在时间段T2中，当斜坡控制信号SI转变为低电平时，晶体管M5导通。当斜坡控制信号SD转变为高电平时，电压发生器350的驱动电压可以通过节点ND1和ND2被提供给斜坡电路RU1。
如果斜坡控制信号OUTA和OUTB转变为低电平，则晶体管M3和M4可以导通。结果，从节点ND1向节点ND3提供初始化电压，以基于驱动电压电平使节点ND3初始化。
在时间段T2中，由于晶体管M3和M5导通，所以节点ND1的初始化电压可以经由节点ND5和ND3被施加到晶体管M8的栅极端子(例如，充电晶体管)。可以提供由电压发生器350生成的驱动电压以用作用于所有斜坡电路RU1至RU16的初始化电压。在所公开的技术的一实施方式中，可以使用相同的电压作为用于所有斜坡电路RU1至RU16的初始化电压。
随后，在时间段T3中，斜坡控制信号SI可以转变为高电平以使晶体管M5再次截止。斜坡控制信号VBC转变为低电平以使晶体管M2导通。斜坡控制信号SC转变为低电平以使晶体管M6导通。此外，如果斜坡控制信号SE处于高电平，则晶体管M7保持截止。结果，节点ND3和节点ND4可以彼此联接。因此，可以通过节点ND2、ND6、ND4和ND3形成电流路径。电流路径可以用“(C)”表示，如图3所示。
电流路径沿着晶体管M1的栅极端子和源极端子建立，使得晶体管M1可以具有二极管特性。因此，从通过节点ND2接收的驱动电压调节了(即，比驱动电压低)晶体管M1的阈值电压(Vt)的电压(晶体管M1的栅极-源极电压Vgs)可以被施加到节点ND3。施加到晶体管M1的节点ND3的电压可以被存储在MOS电容器型晶体管M8中。
如上所述，存储在晶体管M8中的电压具有这样的电压值，该电压值在经过M1进行二极管连接的时间段之后被调节了驱动晶体管(例如，晶体管M1)的阈值电压(Vt)。当斜坡电路RU1被驱动时，可以响应于存储在晶体管M8中的电压而生成电流。因此，斜坡电路RU1至RU16可以具有恒定电流值，而与阈值电压的变化无关，从而导致电流均匀性的提升。通过使用经调节的电压作为每个斜坡电路的驱动电压来消除阈值电压对由每个斜坡电路生成的电流的影响，多个斜坡电路可以避免不期望的电流变化。此外，驱动电压(例如，阈值电压消除的驱动电压)可以被采样并存储在每个单位斜坡电路的晶体管M8中，以用作每个单位斜坡电路的驱动电压，由此避免如果将公共驱动电压源用于所有单位斜坡电路则就会发生的潜在IR降。
也就是说，驱动晶体管(即，晶体管M1)可以用作斜坡单元RU1的电流源，并且可以减小由阈值电压的分布所引起的电流分布。斜坡单元RU1至RU16的输出电流彼此不同的原因是包含在各个斜坡单元RU1至RU16中的驱动晶体管具有不同的阈值电压(Vth)。因此，本公开的实施方式可以将设置有每个驱动晶体管的阈值(Vth)的电压值提供为晶体管M8的栅极电压，使得各个斜坡单元RU1至RU16的阈值(Vth)可以被消除。
[式1]
IDS＝1/2upCoxW/L(Vgs-Vth)2(1+λVds)
在式1中，IDS是从晶体管M1的漏极端子流到晶体管M1的源极端子的电流。在式1中，Vgs是栅极端子和源极端子之间的电压差(即，栅极-源极电压差)，1/2up是在PMOS晶体管的制造工艺中决定的恒定值，W和L各自表示晶体管的尺寸，Cox是栅极氧化物膜的尺寸，λ是沟道长度系数。
例如，假设驱动晶体管(即，晶体管M1)的阈值电压(Vth)被设置为0.7V，初始化电压(即，由电压发生器350提供给节点ND3的电压)被设置为3V，并且斜坡控制信号OUTA被设置为1V。结果，节点ND3的电压可以从3V变为1.7V。如果驱动晶体管的阈值电压(Vth)被设置为0.8V，则节点ND3的电压可以在相同条件下从3V变为1.8V。
在第一种情况下，如果节点ND3的电压被设置为1.7V，则晶体管M1的栅极-源极电压(Vgs)为1.3V，并且式1的平方项(即，(Vgs-Vth)2)是(0.6)2。在第二种情况下，如果节点ND3的电压被设置为1.8V，则晶体管M1的栅极-源极电压(Vgs)为1.2V，并且式1的平方项(即，(Vgs-Vth)2)是(0.6)2。换句话说，在时间段T3中，可以提供与驱动晶体管的阈值电压(Vth)对应的值作为晶体管M8的栅极电压。
因此，斜坡单元RU1至RU16中的每一个可以具有恒定电流值，而与阈值电压(Vth)无关。如果电源电压(VDD)由于IR降而减小，则存储在晶体管M8中的值也可以与电源电压VDD成比例地减小，使得用于决定实际电流值的平方项的值可以保持不变。结果，不管IR降如何，本公开的实施方式可以保持恒定的输出电流值。
随后，在时间段T4中，当斜坡控制信号SC转变为高电平时，通过使晶体管M6截止来切断节点ND3和节点ND4之间的连接。当斜坡控制信号SE转变为低电平时，晶体管M7导通以将电源电压VDD施加到节点ND4。
当斜坡控制信号VBC转变为高电平时，晶体管M2截止。当斜坡控制信号SD转变为低电平时，不再从电压发生器350向斜坡电路RU1提供驱动电压。因此，可以切断从节点ND2提供给晶体管M1的驱动电压。
当斜坡控制信号OUTA转变为高电平时，晶体管M3截止。如果晶体管M4导通，则输出电流IOUTB可以被传输到电流至电压转换器340。斜坡控制信号OUTA在预定时间段之后转变为低电平，斜坡控制信号OUTB可以转变为高电平。结果，晶体管M3再次导通并且晶体管M4截止，使得输出电流IOUTA可以被传输到电流至电压转换器340。
图5是例示基于所公开的技术的另一实施方式的图像传感器10A的示意图。图5中所示的图像传感器10A可以具有与图1中的组成元件相同的组成元件，因此省略其详细描述。
基于所公开的技术的另一实施方式实现的图像传感器10A可以包括像素阵列100A、行解码电路200A、斜坡信号发生器300A、模数转换器(ADC)400A、输出缓冲器500A和控制器600A。
图1的像素阵列100被设计为输出一对像素信号OUT1和OUT2，而图5的像素阵列100A被设计为每列仅输出一个像素信号OUT。
图1例示了输出一对斜坡信号RAMP1和RAMP2的斜坡信号发生器300，而图5示出了仅输出一个斜坡信号RAMP1的斜坡信号发生器300A。
也就是说，在图1中，ADC400不仅接收每列的一对像素信号OUT1和OUT2，而且还接收每列的一对斜坡信号RAMP1和RAMP2以处理所接收的信号。相比之下，在图5中，ADC400A接收每列的单个像素信号OUT和单个斜坡信号RAMP，以处理所接收的信号OUT和RAMP。
图6是例示图5中所示的斜坡信号发生器300A的详细示意图。
参照图6，斜坡信号发生器300A可以包括斜坡阵列310A、斜坡控制电路320A、列解码器330A、电流至电压转换器340A、电压发生器350A和开关电路360A。
在图1中，斜坡阵列310通过节点ND1和ND2输出一对输出电流IOUTA和IOUTB。相比之下，如图6所示，斜坡阵列310A可以仅通过节点ND1输出一个输出电流IOUTA，并且节点ND2可以联接到接地电压(VSS)输入端子。
在这种情况下，在斜坡控制信号SI转变为低电平的时间段T2期间，用于使节点ND3初始化的初始化电压可以达到接地电压(VSS)电平。此外，由于图6中所示的电压发生器350A的驱动电压仅被提供给节点ND1，因此开关电路360A不需要在其中包括除了一个开关SW2之外的更多开关。由于图6中所示的斜坡信号发生器300A被设计为仅输出一个斜坡信号RAMP1，因此斜坡发生器300不需要包括除了一个负载电阻器341之外的更多负载电阻器。
图7是例示图6中所示的单位斜坡电路RU1A的详细电路图。
与图3中所示的单位斜坡电路RU1不同，图7中所示的单位斜坡电路RU1A按照输出电流IOUTA不通过节点ND1输出并且节点ND1联接到接地电压(VSS)输入端子的方式来设计。图7中所示的单位斜坡电路RU1A中的晶体管M1至M8的结构和操作与图3中的结构和操作相似或相同，因此，为了便于描述，这里将省略其详细描述。
从以上描述显而易见的是，基于所公开的技术的一些实施方式实现的斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器可以使用斜坡信号发生器来提高电流均匀性。
本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的精神和实质特性的情况下，可以按照除了本文所阐述的方式之外的其它特定方式来实现实施方式。因此，上述实施方式在所有方面都应被解释为说明性的而非限制性的。本公开的范围应由所附权利要求及其合法等同物确定，而不是由以上描述确定。此外，在所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变都旨在被包含于权利要求中。另外，对于本领域技术人员显而易见的是，在所附权利要求中彼此未明确引用的权利要求可以作为实施方式组合地呈现，或者在提交申请之后通过后续修改作为新的权利要求被包括。
尽管已经描述了许多说明性实施方式，但是应该理解的是，本领域技术人员可以设计出落入本公开原理的精神和范围内的许多其它修改和实施方式。具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可以对组成部件和/或布置进行多种变型和修改。除了组成部件和/或布置的变型和修改之外，替代使用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2018年9月21日提交的韩国专利申请No.10-2018-0114019的优先权和权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用合并于本文中。

Claims (20)

1.一种斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器包括：
斜坡阵列，所述斜坡阵列包括多个斜坡电路，所述多个斜坡电路沿行方向和列方向布置并且联接以接收斜坡控制信号，所述斜坡控制信号操作以选择性地激活所述斜坡电路，所述斜坡阵列被配置为通过对来自选择性地激活的斜坡电路的电流进行求和来生成输出电流；以及
电流至电压转换器，所述电流至电压转换器联接到所述斜坡阵列以接收所述输出电流，并且所述电流至电压转换器被配置为将所述输出电流转换为电压值，以将所述电压值输出为斜坡信号，
其中，每个斜坡电路包括充电晶体管和与所述充电晶体管联接的充电节点，以基于在接收驱动电压时通过所述充电节点充入的所述充电晶体管中的电荷来生成输出电流，并且其中，所述充电节点响应于施加到所述充电节点的初始化电压而被初始化。
2.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，其中，所述斜坡阵列中的多个斜坡电路共同联接到第一节点和第二节点，以通过对由所述多个斜坡电路生成的多个单位电流进行求和来生成经过所述第一节点的第一输出电流，并且通过对由所述多个斜坡电路生成的所述多个单位电流进行求和来生成经过所述第二节点的第二输出电流。
3.根据权利要求2所述的斜坡信号发生器，其中，所述第一输出电流随着所激活的斜坡电路的数目增加而依次增加。
4.根据权利要求3所述的斜坡信号发生器，其中，所述第二输出电流随着所述第一输出电流依次增加而依次减小。
5.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，其中，所述斜坡电路使用多个单位电流的总和来生成经过第一节点的输出电流。
6.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，其中，所述多个斜坡电路被依次激活。
7.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，其中，所述多个斜坡电路被依次停用。
8.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，其中，所述多个斜坡电路中的每一个包括：
所述充电晶体管，所述充电晶体管被配置为存储所述充电节点的电压；
第一晶体管，所述第一晶体管被配置为响应于第一斜坡控制信号而将所述初始化电压传输到所述充电节点；
第二晶体管，所述第二晶体管联接在电源电压端子与第一节点之间，所述第二晶体管被配置为响应于第二斜坡控制信号而提供电源电压；
第三晶体管，所述第三晶体管联接在所述充电节点与所述第一节点之间，所述第三晶体管被配置为响应于第三斜坡控制信号而操作；
第四晶体管，所述第四晶体管联接在所述第一节点与第二节点之间，所述第四晶体管的栅极端子联接到所述充电节点；以及
第五晶体管，所述第五晶体管被配置为响应于第四斜坡控制信号而将所述驱动电压提供给所述第四晶体管。
9.根据权利要求8所述的斜坡信号发生器，其中，在所述多个斜坡电路中的每一个中：
在所述第一斜坡控制信号的激活期间，所述第一晶体管导通，使得所述初始化电压通过所述充电节点被传输到所述充电晶体管；以及
在所述第三斜坡控制信号和所述第四斜坡控制信号的激活期间，所述第三晶体管和所述第五晶体管导通，以将所述驱动电压传输到所述第四晶体管，使得所述充电晶体管被充入有所述充电节点的电压。
10.根据权利要求8所述的斜坡信号发生器，其中，所述多个斜坡电路中的每一个按照所述第二晶体管在所述第二斜坡控制信号的激活期间导通以将电流施加到对应的斜坡电路的方式配置。
11.根据权利要求8所述的斜坡信号发生器，其中，所述多个斜坡电路中的每一个包括：
第六晶体管，所述第六晶体管被配置为响应于第五斜坡控制信号而输出第一输出电流；以及
第七晶体管，所述第七晶体管被配置为响应于第六斜坡控制信号而输出第二输出电流。
12.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器还包括：
斜坡控制电路，所述斜坡控制电路被配置为生成用于选择所述多个斜坡电路的行线的行控制信号，并且生成用于选择性地操作所述多个斜坡电路中的晶体管的所述斜坡控制信号。
13.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器还包括：
列解码器，所述列解码器被配置为生成用于选择所述多个斜坡电路的列线的列控制信号。
14.根据权利要求1所述的斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器还包括：
电压发生器，所述电压发生器被配置为生成所述初始化电压和所述驱动电压；以及
开关电路，所述开关电路被配置为响应于第七斜坡控制信号而选择性地传输所述初始化电压和所述驱动电压。
15.一种图像传感器，该图像传感器包括：
像素阵列，所述像素阵列被配置为输出与入射光对应的多个像素信号；
斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器被配置为生成斜坡信号；以及
模数转换器ADC，所述模数转换器ADC被配置为响应于所述斜坡信号而将所述多个像素信号转换为数字信号，
其中，所述斜坡信号发生器包括：
斜坡阵列，所述斜坡阵列包括多个斜坡电路，所述斜坡阵列被配置为当所述多个斜坡电路被斜坡控制信号选择性地激活时生成输出电流；以及
电流至电压转换器，所述电流至电压转换器被配置为将所述输出电流转换为电压值，以将所述电压值输出为斜坡信号，
其中，所述多个斜坡电路中的每一个响应于初始化电压而将充电节点的电压初始化，并且基于在接收驱动电压时通过所述充电节点充入的充电晶体管中的电荷来生成输出电流。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个斜坡电路中的每一个包括：
所述充电晶体管，所述充电晶体管被配置为存储所述充电节点的电压；
第一晶体管，所述第一晶体管被配置为响应于第一斜坡控制信号而将所述初始化电压传输到所述充电节点；
第二晶体管，所述第二晶体管联接在电源电压端子与第一节点之间，所述第二晶体管被配置为响应于第二斜坡控制信号而提供电源电压；
第三晶体管，所述第三晶体管联接在所述充电节点与所述第一节点之间，所述第三晶体管被配置为响应于第三斜坡控制信号而操作；
第四晶体管，所述第四晶体管联接在所述第一节点与第二节点之间，所述第四晶体管的栅极端子联接到所述充电节点；以及
第五晶体管，所述第五晶体管被配置为响应于第四斜坡控制信号而将所述驱动电压提供给所述第四晶体管。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，在所述多个斜坡电路中的每一个中：
在所述第一斜坡控制信号的激活期间，所述第一晶体管导通，使得所述初始化电压通过所述充电节点被传输到所述充电晶体管；以及
在所述第三斜坡控制信号和所述第四斜坡控制信号的激活期间，所述第三晶体管和所述第五晶体管导通，以将所述驱动电压传输到所述第四晶体管，使得所述充电晶体管被充入有所述充电节点的电压。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个斜坡电路中的每一个包括：
第六晶体管，所述第六晶体管被配置为响应于第五斜坡控制信号而输出第一输出电流；以及
第七晶体管，所述第七晶体管被配置为响应于第六斜坡控制信号而输出第二输出电流。
19.根据权利要求15所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
斜坡控制电路，所述斜坡控制电路被配置为生成用于选择所述多个斜坡电路的行线的行控制信号，并且生成用于选择性地操作所述多个斜坡电路中的晶体管的所述斜坡控制信号。
20.根据权利要求15所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
电压发生器，所述电压发生器被配置为生成所述初始化电压和所述驱动电压；以及
开关电路，所述开关电路被配置为响应于第七斜坡控制信号而选择性地传输所述初始化电压和所述驱动电压。
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