CN111800595A - 图像传感器和驱动该图像传感器的方法 - Google Patents

Abstract

图像传感器包括相关双采样(CDS)电路。CDS电路包括：比较器，其具有连接到第一节点的第一输入端子、第二输入端子和连接到第二节点的输出端子；多采样脉冲发生器，其具有输入端子和至少一个输出端子；以及多采样电路。多采样电路包括：校正电容器，其设置在CDS电路的输入端子与第一节点之间；以及至少一个采样电容器，其设置在多采样脉冲发生器的至少一个输出端子与第一节点之间。

Description

图像传感器和驱动该图像传感器的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月8日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2019-0040877的优先权，该申请的公开内容以引用方式全部并入本文中。

技术领域

本发明构思的示例性实施例涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种能够减少采样时间的图像传感器和驱动该图像传感器的方法。

背景技术

图像传感器可以包括相关双采样(CDS)电路，每个相关双采样(CDS)电路均布置有像素阵列的各列中的对应的一列。CDS电路可以对从该列输出的信号执行CDS。图像传感器可以将通过CDS采样的复位信号与图像信号之间的差进行比较，并以数字信号的形式输出比较结果。可以使用CDS电路对从每列输出的信号执行单采样或多采样。当对该信号执行多采样时，采样时间可与采样次数成比例地增加。

发明内容

本发明构思的示例性实施例旨在提供一种图像传感器以及驱动该图像传感器的方法，该图像传感器在使用双相关双采样(CDS)执行多采样时能够防止采样时间增加。

根据示例性实施例，图像传感器包括相关双采样(CDS)电路。CDS电路包括：比较器，其具有连接到第一节点的第一输入端子、第二输入端子和连接到第二节点的输出端子；多采样脉冲发生器，其具有输入端子和至少一个输出端子；以及多采样电路。多采样电路包括：校正电容器，其设置在CDS电路的输入端子与第一节点之间；以及至少一个采样电容器，其设置在多采样脉冲发生器的至少一个输出端子与第一节点之间。

根据示例性实施例，图像传感器包括相关双采样(CDS)电路。CDS电路包括：比较器，其具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其中像素信号被输入到第一输入端子，斜坡信号被输入到第二输入端子。所述第一输入端子连接到第一节点，所述输出端子连接到第二节点。CDS电路还包括多采样脉冲发生器，其包括连接到比较器的输出端子的输入端子和连接到比较器的第一输入端子的至少一个输出端子。CDS电路还包括多采样电路。多采样电路包括：校正电容器，其设置在CDS电路的输入端子与比较器的第一输入端子之间；以及至少一个采样电容器，其设置在多采样脉冲发生器与比较器的第一输入端子之间。

根据示例性实施例，驱动包括相关双采样(CDS)电路的图像传感器的方法包括：在复位采样时段中逐渐改变输入到CDS电路的第一输入端子的复位信号的电压值；以及将具有恒定斜率的第一斜坡信号施加到CDS电路的第二输入端子。所述方法还包括：将第一斜坡信号与具有逐渐改变的电压值的复位信号进行比较；以及输出对应的比较结果。所述方法还包括：依次改变输入到CDS电路的第一输入端子的图像信号的电压值；以及在信号采样时段中将具有恒定斜率的第二斜坡信号施加到CDS电路的第二输入端子。所述方法还包括将第二斜坡信号与具有逐渐改变的电压值的图像信号进行比较，以及输出对应的比较结果。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上和其它特征将变得更加显而易见，在附图中：

图1是根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的图像处理装置的示意性框图。

图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的图像传感器的一部分的图。

图3是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的像素阵列的一个单位像素的图。

图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的读出电路的相关双采样(CDS)块的图。

图5A是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块的CDS电路的图。

图5B是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块的CDS电路的图。

图5C是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块的CDS电路的图。

图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的读出电路的模拟至数字转换器(ADC)的图。

图7A是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器的信号的时序图。

图7B是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器的信号的时序图。

图7C是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器的信号的时序图。

图8是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器的信号的时序图。

图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块的CDS电路的图。

图10是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器的信号的时序图。

图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块的CDS电路的图。

具体实施方式

在下文中将参照附图更加充分地描述本发明构思的示例性实施例。在整个附图中同样的附图标记可以指同样的元件。

在本文中使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来将一个元件与另一元件区分开，并且所述元件不受这些术语限制。因此，示例性实施例中的“第一”元件可以在另一示例性实施例中被描述为“第二”元件。

除非上下文中另外清楚地指出，否则每个示例性实施例中的对特征或方面的描述通常应被认为可用于其它示例性实施例中的其它相似特征或方面。

如本文中使用的，单数形式“一”、“一个(种)”和“所述(该)”同样意图包括复数形式，除非上下文中另外清楚地指出。

在下文中，将参照附图描述根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器和驱动该图像传感器的方法。

图1是根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器100的图像处理装置10的示意性框图。图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的图像传感器100的一部分的图。

参照图1和图2，图像处理装置10可以包括图像传感器100和数字信号处理器(DSP)200。图像传感器100可以在DSP 200的控制下感测通过镜头捕获的物体。DSP 200可以传输由图像传感器100感测的图像，并将其输出到显示单元300。

DSP 200可以包括图像信号处理器210、图像传感器控制器220和接口230。图像信号处理器210可以控制图像传感器控制器220和接口230。

图像传感器100可以包括像素阵列110、时序发生器130、读出电路140和斜坡信号发生器150。

读出电路140可以包括相关双采样(CDS)块142、模拟至数字转换器(ADC)144和缓冲器电路146。

时序发生器130可以包括控制寄存器块132。控制寄存器块132可以根据DSP 200的控制来控制时序发生器130、读出电路140和斜坡信号发生器150。时序发生器130可以产生用于使设置在读出电路140的CDS块142中的开关接通/关断的开关控制信号，并将所产生的开关控制信号传输到CDS块142。时序发生器130可以产生行驱动器控制信号DCS。由时序发生器130产生的行驱动器控制信号DCS可被输入到行驱动器120。控制信号时钟CLKs可从时序发生器130被输入到读出电路140。

行驱动器120可以基于从时序发生器130接收的多个行驱动器控制信号DCS来产生多个行控制信号CS1至CSj(j为正整数)。行驱动器120可以将多个行控制信号CS1至CSj传输到像素阵列110。由于多个行控制信号CS1至CSj中的每一个与像素阵列110的j行中的一行对应，因此可以针对每行控制像素阵列110。多个行控制信号CS1至CSj可以包括例如溢出控制信号、存储控制信号、传输控制信号、复位控制信号和选择控制信号。像素阵列110可以响应于从行驱动器120输入的行控制信号CS1至CSj而将像素信号Vout1至Voutk(k为正整数)传输到读出电路140。像素信号Vout1至Voutk可以包括例如复位信号reset和图像信号Vpix。

斜坡信号发生器150可以基于由时序发生器130产生的控制信号来产生多个斜坡信号Vramp。斜坡信号发生器150可以输出具有恒定的下降或上升斜率的斜坡信号Vramp。斜坡信号发生器150可以将斜坡信号Vramp供应到读出电路140的CDS块142。例如，斜坡信号发生器150可以产生用于对复位信号reset采样的第一斜坡信号Vramp1，并且可以在复位采样时段中将所产生的第一斜坡信号Vramp1供应到CDS块142。斜坡信号发生器150可以产生用于对图像信号Vpix采样的第二斜坡信号Vramp2，并且可以在信号采样时段中将所产生的第二斜坡信号Vramp2供应到CDS块142。

尽管图像信号处理器210在图1中被示出为设置在DSP 200内部，但是图像信号处理器210的位置不限于此。例如，在示例性实施例中，图像传感器100和DSP 200可以各自被实施为单独的芯片，并且可被集成到多芯片封装件中。例如，图像传感器100和DSP 200中的图像信号处理器210可被集成到一个芯片中。

图像信号处理器210可以处理从图像传感器100接收的数字像素信号，产生图像数据，并将图像数据传输到接口230。

图像传感器控制器220可以产生多个控制信号以用于控制行驱动器120、时序发生器130、控制寄存器块132、读出电路140和斜坡信号发生器150，并且可以传输多个控制信号中的每一个。在示例性实施例中，图像传感器控制器220可以使用内部集成电路(I²C)通信方法来控制行驱动器120、时序发生器130、控制寄存器块132、读出电路140和斜坡信号发生器150。

接口230可以将由图像信号处理器210处理的图像数据输出到外部(例如，输出到图像处理装置10的外部)。例如，接口230可以将由图像信号处理器210处理的图像数据输出到显示单元300。显示单元300可以包括能够输出图像的任何装置。

显示单元300可以包括计算机、便携式电话、图像输出终端等。另外，显示单元300可以包括例如薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器或有源矩阵OLED(AMOLED)显示器。

图像处理装置10可以包括便携式电子装置。便携式电子装置可以包括例如膝上型计算机、移动电话、智能电话、平板个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、数字静态照相机、数字摄像机、便携式多媒体播放器(PMP)、移动互联网装置(MID)、可穿戴计算机、物联网(IoT)装置、万物互联(IoE)装置等。

如图2中示出的，像素阵列110可以包括以矩阵形式布置的多个单位像素(unitpixel)112。例如，像素阵列110可以包括以矩阵形式布置的多个单位像素112，多个单位像素112中的每一个连接到多条行线和多条列线。多个单位像素112中的每一个可以产生针对通过光学镜头捕获的对象的数字像素信号。

单位像素112可以包括例如红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器，红色波长区域中的光穿过红色滤色器，绿色波长区域中的光穿过绿色滤色器，蓝色波长区域中的光穿过蓝色滤色器。然而，本发明构思不限于此。例如，在示例性实施例中，单位像素112可以包括另一颜色的波长区域中的光穿过的滤色器或透明滤色器。例如，单位像素112可以包括白色滤色器、青色滤色器、品红色滤色器和/或黄色滤色器。

图3是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的像素阵列110的一个单位像素112的图。

参照图3，一个单位像素112可以包括传输晶体管TG、浮动扩散节点FD、复位晶体管RT、驱动晶体管DT、选择晶体管ST和光电二极管PD。每个单位像素112可以包括图3中示出的构造。每个单位像素112可以使用光电二极管PD来感测光，将感测到的光转换为电信号，并产生图像信号。

传输晶体管TG可以基于输入到其栅极的传输控制信号TX而将从光电二极管PD接收的光电转换信号传输到浮动扩散节点FD。由于由浮动结引起的寄生电容，复位控制信号RST或通过传输晶体管TG传输的光电转换信号可被存储在浮动扩散节点FD中。

复位晶体管RT可以设置在输入电源电压VDD的VDD端子与浮动扩散节点FD之间。复位控制信号RST可从行驱动器120被输入到复位晶体管RT的栅极。复位晶体管RT可以响应于复位控制信号RST而控制浮动扩散节点FD的光电荷。当复位晶体管RT导通时，浮动扩散节点FD可以被复位为电源电压VDD的电平。

驱动晶体管DT被形成为具有源极跟随器结构，驱动晶体管DT的栅极连接到浮动扩散节点FD，驱动晶体管DT的源极连接到VDD端子。驱动晶体管DT可以根据浮动扩散节点FD的电压的幅值将电源电压VDD提供到选择晶体管ST。

选择晶体管ST可以响应于选择信号SEL而导通。当选择晶体管ST导通时，选择晶体管ST可以输出从驱动晶体管DT提供的电压作为像素信号Vout。从每个单位像素112输出的像素信号Vout可被传输到读出电路140的CDS块142。

图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的读出电路140的CDS块142的图。

参照图4，从单位像素112输出的像素信号Vout可能具有由像素之间的固有特性差异引起的偏差(例如，固定模式噪声(FPN)、复位噪声等)。这里，像素信号Vout可以包括在复位采样时段中输出的复位信号reset和在信号采样时段中输出的图像信号Vpix。减少FPN和复位噪声可以改善图像传感器100的性能。因此，可以通过CDS块142来执行CDS，这可以减少FPN和复位噪声。

CDS块142可以包括输出输出信号CDS_OUT的多个CDS电路1000。多个CDS电路1000中的每一个可以连接到布置在像素阵列110中的多条列线COL中的每一条。

图5A是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块142的CDS电路1000的图。

参照图5A，CDS电路1000可以包括比较器1100、多采样电路1200和多采样脉冲发生器1300。这里，术语“比较器”和“比较器电路”可以互换地使用，并且术语“多采样脉冲发生器”和“多采样脉冲发生器电路”可以互换地使用。每个CDS电路1000可以对从每条列线输出的像素信号Vout(复位信号和图像信号)执行CDS。

比较器1100可以包括第一输入端子(负(-)输入端子)、第二输入端子(正(+)输入端子)和输出端子，其中，像素信号Vout(复位信号和图像信号)从单位像素112被输入到第一输入端子，斜坡信号Vramp从斜坡信号发生器150被输入到第二输入端子。

比较器1100可以将通过CDS采样的像素信号Vout的电压(即，第一节点N1的电压Vx)与斜坡信号Vramp的电压(例如，电压电平)进行比较。这里，在复位采样时段中，复位信号reset可被输入到比较器1100的第一输入端子，并且第一斜坡信号Vramp1可被输入到第二输入端子。在信号采样时段中，图像信号Vpix可被输入到比较器1100的第一输入端子，并且第二斜坡信号Vramp2可被输入到第二输入端子。

比较器1100可以根据通过CDS采样的像素信号Vout(复位信号和图像信号)的电压与斜坡信号Vramp的电压的比较结果来产生CDS输出信号CDS_OUT。比较器1100可以将所产生的CDS输出信号CDS_OUT输出到ADC 144。在此情况下，从比较器1100输出的CDS输出信号CDS_OUT可以对应于图像信号Vpix与复位信号reset之间的差值。斜坡信号Vramp可被用于输出图像信号Vpix与复位信号reset之差。可以根据斜坡信号Vramp的斜率来确定并输出图像信号Vpix与复位信号reset之差。

多采样电路1200可以包括校正电容器Cx、多个采样电容器C1和C2、以及第一开关SW1。校正电容器Cx在此也可以被称作稳定电容器。

第一开关SW1可以响应于在复位采样时段中从时序发生器130输入的自动归零控制信号而将第一节点N1连接到第二节点N2(输出节点)，其中第一节点N1连接到比较器1100的第一输入端子。当第一开关SW1接通时，第一节点N1的电压值可以复位为输出端子的电压值，这可以去除复位噪声和比较器1100的偏移。

校正电容器Cx可以设置在CDS电路1000的输入端子(像素信号Vout被输入到该输入端子)与比较器1100的第一输入端子(负(-)输入端子)之间。比较器1100的第一输入端子连接到第一节点N1。

校正电容器Cx可以设置在CDS电路1000的输入端子与第一节点N1之间。校正电容器Cx阻挡可被输出并被包括在像素信号Vout中的直流(DC)电压，使得经校正的电压值被输出。

第一采样电容器C1的第一端子可以连接到多采样脉冲发生器1300的第一输出端子，第一采样电容器C1的第二端子可以连接到第一节点N1。从多采样脉冲发生器1300输出的第一多采样脉冲MS1可被施加到第一采样电容器C1。

第二采样电容器C2的第一端子可以连接到多采样脉冲发生器1300的第二输出端子，第二采样电容器C2的第二端子可以连接到第一节点N1。从多采样脉冲发生器1300输出的第二多采样脉冲MS2可被施加到第二采样电容器C2。

第一采样电容器C1和第二采样电容器C2在此也可以被称作多采样电容器。

多采样脉冲发生器1300的输入端子可以连接到第二节点N2。

多采样脉冲发生器1300可以基于比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT来产生并输出第一多采样脉冲MS1和第二多采样脉冲MS2。

例如，在复位采样时段中，多采样脉冲发生器1300可以接收比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT，并且在经过第一时间之后，将第一多采样脉冲MS1输出到第一采样电容器C1。另外，在复位采样时段中，多采样脉冲发生器1300可以接收比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT，并且在经过第二时间之后，将第二多采样脉冲MS2输出到第二采样电容器C2。在这种情况下，多采样脉冲发生器1300可以输出第一多采样脉冲MS1，然后输出第二多采样脉冲MS2。即，可以在输出第一多采样脉冲MS1之后输出第二多采样脉冲MS2。

例如，在信号采样时段中，多采样脉冲发生器1300可以接收比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT，并且在经过第一时间之后，将第一多采样脉冲MS1输出到第一采样电容器C1。另外，在信号采样时段中，多采样脉冲发生器1300可以接收比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT，并且在经过第二时间之后，将第二多采样脉冲MS2输出到第二采样电容器C2。在这种情况下，多采样脉冲发生器1300可以输出第一多采样脉冲MS1，然后输出第二多采样脉冲MS2。即，可以在输出第一多采样脉冲MS1之后输出第二多采样脉冲MS2。

如上所述，图5A中示出的CDS电路1000通过使用连接到第一节点N1的校正电容器Cx、第一采样电容器C1和第二采样电容器C2可以在复位采样时段中对复位信号reset执行三次采样并且可以在信号采样时段中对图像信号Vpix执行三次采样。然而，本发明构思不限于此。例如，根据示例性实施例，可以根据连接到第一节点N1的采样电容器的数量来调整多采样的次数。

图5B是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块142的CDS电路1000-1的图。

参照图5B，在多采样电路1200-1中，校正电容器Cx和第一采样电容器C1可以连接到CDS电路1000-1的第一节点N1。与图5A的CDS电路1000相比，省略了第二采样电容器C2。为了便于解释，在此可以省略对先前描述的元件和技术方面的进一步的描述。

在复位采样时段中，多采样脉冲发生器1300可以接收比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT，并且在经过第一时间之后，将第一多采样脉冲MS1输出到第一采样电容器C1。即，第一多采样脉冲MS1可被施加到第一采样电容器C1。

例如，在信号采样时段中，多采样脉冲发生器1300可以接收比较器1100的CDS输出信号CDS_OUT，并且在经过第一时间之后，将第一多采样脉冲MS1输出到第一采样电容器C1。即，第一多采样脉冲MS1可被施加到第一采样电容器C1。

图5B中示出的CDS电路1000-1通过使用连接到第一节点N1的校正电容器Cx和第一采样电容器C1可以在复位采样时段中对复位信号reset执行两次采样，并且可以在信号采样时段中对图像信号Vpix执行两次采样。

图5C是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块142的CDS电路1000-2的图。

参照图5C，在多采样电路1200-2中，校正电容器Cx、第一采样电容器C1、第二采样电容器C2和第三采样电容器C3可以连接到CDS电路1000-2的第一节点N1。与图5A的CDS电路1000相比，还包括额外的第三采样电容器C3，并且可以从多采样脉冲发生器1300输出第三多采样脉冲MS3，并将其施加到第三采样电容器C3。第三采样电容器C3在此也可以被称作多采样电容器。为了便于解释，在此可以省略对先前描述的元件和技术方面的进一步的描述。

例如，根据示例性实施例的CDS电路1000-2可以包括至少三个采样电容器C1、C2和C3。因此，CDS电路1000-2可以在复位采样时段中对复位信号reset执行多次采样。另外，CDS电路1000-2可以在信号采样时段中对图像信号Vpix执行多次采样。

如图5A至图5C中示出的，可以根据连接到第一节点N1的采样电容器的数量来调整复位采样和信号采样的次数。当额外设置采样电容器时，可以进一步增加复位采样和信号采样的次数。

图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的读出电路140的ADC 144的图。

参照图6，ADC 144可以响应于从时序发生器130接收的时钟信号CLKs而从CDS块142接收CDS输出信号CDS_OUT。ADC 144可以将模拟图像信号转换为数字图像信号，并输出所产生的数字图像信号。

缓冲器电路146可以锁存并放大从ADC 144输出的数字图像信号，以将经放大的数字图像信号传输到DSP 200。

ADC 144可以包括多个计数器(CNT)144a、多个存储器144b和多个放大器(AMP)144c。多个CNT 144a中的每一个可以连接到CDS电路1000的第二节点N2。多个CNT 144a中的每一个可以输出直到复位信号reset和第一斜坡信号Vramp1变得彼此相等的点的计数的结果作为数字信号。另外，多个CNT 144a中的每一个可以输出直到图像信号Vpix和第二斜坡信号Vramp2变得彼此相等的点的计数的结果作为数字信号。多个CNT 144a可以包括递增/递减计数器和逐位反向计数器。

多个存储器144b可以基于从时序发生器130输入的控制信号来进行操作。多个存储器144b可以暂时存储多个CNT 144a的数字信号，然后可以将数字信号输出到多个AMP144c。多个存储器144b可以各自包括例如静态随机存取存储器(SRAM)。然而，存储器144b不限于此。多个AMP 144c可以使输入的数字信号放大，然后将经放大的数字信号传输到DSP200。

图7A是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器100的信号的时序图。在下文中，将描述驱动包括如图5A中示出的其中设置两个采样电容器的CDS电路1000的图像传感器100的方法的示例。

参照图5A和图7A，从单位像素输出的像素信号Vout可以包括复位信号reset和图像信号Vpix。复位信号reset可以在复位采样时段中被输入到CDS电路1000，图像信号Vpix可以在信号采样时段中被输入到CDS电路1000。

CDS电路1000可以输出在复位采样时段中被输出的复位信号reset与在信号采样时段中被输出的图像信号Vpix之差。为此，CDS电路1000可以使用第一斜坡信号Vramp1和第二斜坡信号Vramp2来确定复位信号reset与图像信号Vpix之差。另外，CDS电路1000可以根据第一斜坡信号Vramp1的斜率和第二斜坡信号Vramp2的斜率来输出比较信号。

将描述根据示例性实施例的在复位采样时段中驱动图像传感器100的方法。

在用于对复位信号reset进行采样的复位采样时段中，复位信号reset可从单位像素112被输入到CDS电路1000。基本同时，第一斜坡信号Vramp1可从斜坡信号发生器150被输入到CDS电路1000。在此情况下，复位信号reset可被输入到比较器1100的第一输入端子，第一斜坡信号Vramp1可被输入到第二输入端子。

在复位采样时段开始时具有第一电压值的复位信号reset可被输入到比较器1100的第一输入端子。

在经过预设的第一时间之后，第一多采样脉冲MS1可从多采样脉冲发生器1300被施加到第一采样电容器C1。当第一多采样脉冲MS1从多采样脉冲发生器1300被施加到第一采样电容器C1时，连接到比较器1100的第一输入端子(负(-)输入端子)的第一节点N1的电压Vx的值可以降低至低于第一电压值的第二电压值。在这种情况下，由于产生第一斜坡信号Vramp1以便随着时间的推移从高电压降至低电压，因此复位信号reset的电压值可以针对多采样从第一电压值逐渐降低至第二电压值。

接着，在第一多采样脉冲MS1被施加到第一采样电容器C1的状态下，第二多采样脉冲MS2可从多采样脉冲发生器1300被施加到第二采样电容器C2。当第二多采样脉冲MS2从多采样脉冲发生器1300被施加到第二采样电容器C2时，连接到比较器1100的第一输入端子(负(-)输入端子)的第一节点N1的电压Vx的值可以降低至低于第二电压值的第三电压值。在这种情况下，由于产生第一斜坡信号Vramp1以便随着时间的推移从高电压降至低电压，因此复位信号reset的电压值可以针对多采样从第二电压值逐渐降低至第三电压值。

在复位采样时段中，第一多采样脉冲MS1可被施加到第一采样电容器C1持续对应于第一时间的时间。第二多采样脉冲MS2可被施加到第二采样电容器C2持续比第一时间的持续时间短的第二时间。多采样脉冲发生器1300可以保持第一多采样脉冲MS1的输出，直到完成第二多采样脉冲MS2的输出。在复位采样时段中，第一多采样脉冲MS1和第二多采样脉冲MS2的输出的起始点不同，但是它们的结束点可以相同。

如上所述，在复位采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的复位信号reset的电压值可以从第一电压值逐渐降低至第二电压值和第三电压值，并且可以将第一电压值、第二电压值和第三电压值依次与第一斜坡信号Vramp1进行比较。可以通过输出第一斜坡信号Vramp1与第一电压值的比较结果、与第二电压值的比较结果以及与第三电压值的比较结果作为CDS输出信号CDS_OUT来对复位信号reset执行多采样。ADC 144的多个CNT144a中的每一个可以基于从CDS电路1000输入的CDS输出信号CDS_OUT，对时钟信号进行计数直到第一斜坡信号Vramp1和复位信号reset变得相同的多个点。

现在将描述根据示例性实施例的在信号采样时段中驱动图像传感器100的方法。

在用于对图像信号Vpix进行采样的信号采样时段中，图像信号Vpix可从单位像素112被输入到CDS电路1000。基本同时，第二斜坡信号Vramp2可从斜坡信号发生器150被输入到CDS电路1000。在这种情况下，图像信号Vpix可被输入到比较器1100的第一输入端子，第二斜坡信号Vramp2可被输入到第二输入端子。

在信号采样时段开始时，具有第一电压值的图像信号Vpix可被输入到比较器1100的第一输入端子。

在经过预设的第一时间之后，第一多采样脉冲MS1可从多采样脉冲发生器1300被施加到第一采样电容器C1。当第一多采样脉冲MS1从多采样脉冲发生器1300被施加到第一采样电容器C1时，连接到比较器1100的第一输入端子(负(-)输入端子)的第一节点N1的电压Vx的值可以降低至低于第一电压值的第二电压值。在这种情况下，由于产生第二斜坡信号Vramp2以便随着时间的推移从高电压降至低电压，因此图像信号Vpix的电压值可以针对多采样从第一电压值逐渐降低至第二电压值。

接着，在第一多采样脉冲MS1被施加到第一采样电容器C1的状态下，第二多采样脉冲MS2可从多采样脉冲发生器1300被施加到第二采样电容器C2。当第二多采样脉冲MS2从多采样脉冲发生器1300被施加到第二采样电容器C2时，连接到比较器1100的第一输入端子(负(-)输入端子)的第一节点N1的电压Vx的值可以降低至低于第二电压值的第三电压值。在这种情况下，由于产生第二斜坡信号Vramp2以便随着时间的推移从高电压降至低电压，因此图像信号Vpix的电压值可以针对多采样从第二电压值逐渐降低至第三电压值。

在信号采样时段中，第一多采样脉冲MS1可被施加到第一采样电容器C1持续对应于第一时间的时间。第二多采样脉冲MS2可被施加到第二采样电容器C2持续短于第一时间的持续时间的第二时间。多采样脉冲发生器1300可以保持第一多采样脉冲MS1的输出，直到完成第二多采样脉冲MS2的输出。在信号采样时段中，第一多采样脉冲MS1和第二多采样脉冲MS2的输出的起始点不同，但是它们的结束点可以相同。

如上所述，在信号采样时段中，输入到比较器1100的第一输入端子的图像信号Vpix的电压值可以从第一电压值逐渐降低至第二电压值和第三电压值，并且可以将第一电压值、第二电压值和第三电压值依次与第二斜坡信号Vramp2进行比较。可以通过输出第二斜坡信号Vramp2与第一电压值的比较结果、与第二电压值的比较结果以及与第三电压值的比较结果作为CDS输出信号CDS_OUT来对图像信号Vpix执行多采样。ADC 144的多个CNT144a中的每一个可对时钟信号进行计数直到第二斜坡信号Vramp2和图像信号Vpix变得相同的多个点。

图7B是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器100的信号的时序图。在下文中，将描述驱动包括如图5B中示出的其中设置一个采样电容器的CDS电路1000-1的图像传感器100的方法的示例。

参照图5B和图7B，在复位采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的复位信号reset的电压值可以从第一电压值逐渐降低至第二电压值，并且可以将第一电压值和第二电压值依次与第一斜坡信号Vramp1进行比较。可以通过输出第一斜坡信号Vramp1与第一电压值的比较结果以及与第二电压值的比较结果作为CDS输出信号CDS_OUT来对复位信号reset执行多采样。

在信号采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的图像信号Vpix的电压值可以从第一电压值逐渐降低至第二电压值，并且可以将第一电压值和第二电压值依次与第二斜坡信号Vramp2进行比较。可以通过输出第二斜坡信号Vramp2与第一电压值的比较结果以及与第二电压值的比较结果作为CDS输出信号CDS_OUT来对图像信号Vpix执行多采样。

图7C是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器100的信号的时序图。在下文中，将描述驱动包括如图5C中示出的其中设置三个采样电容器的CDS电路1000-2的图像传感器100的方法的示例。

参照图5C和图7C，在复位采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的复位信号reset的电压值可以从第一电压值逐渐降低至第二电压值、第三电压值和第四电压值，并且可以将第一电压值、第二电压值、第三电压值和第四电压值依次与第一斜坡信号Vramp1进行比较。可以通过输出第一斜坡信号Vramp1与第一电压值的比较结果、与第二电压值的比较结果、与第三电压值的比较结果以及与第四电压值的比较结果作为CDS输出信号CDS_OUT来对复位信号reset执行多采样。

在信号采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的图像信号Vpix的电压值可以从第一电压值逐渐降低至第二电压值、第三电压值和第四电压值，并且可以将第一电压值、第二电压值、第三电压值和第四电压值依次与第二斜坡信号Vramp2进行比较。可以通过输出第二斜坡信号Vramp2与第一电压值的比较结果、与第二电压值的比较结果、与第三电压值的比较结果以及与第四电压值的比较结果作为CDS输出信号CDS_OUT来对图像信号Vpix执行多采样。

图8是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器100的信号的时序图。

参照图5A和图8，在复位采样时段中，随着时间的推移从低电压升高至高电压的第一斜坡信号Vramp1可被输入到CDS电路1000。在这种情况下，多采样脉冲发生器1300可以产生用于使复位信号reset的电压值从第一值增大至第二值的第一多采样脉冲MS1，并且可以将所产生的第一多采样脉冲MS1施加到第一采样电容器C1。当第一多采样脉冲MS1被施加到第一采样电容器C1时，复位信号reset的电压值可以升高至高于第一电压值的第二电压值。

在第一多采样脉冲MS1被施加到第一采样电容器C1的状态下，多采样脉冲发生器1300可以产生用于使复位信号reset的电压值从第二值升高至第三值的第二多采样脉冲MS2，并且可以将所产生的第二多采样脉冲MS2施加到第二采样电容器C2。当第二多采样脉冲MS2被施加到第二采样电容器C2时，复位信号reset的电压值可以升高至高于第二电压值的第三电压值。

如上所述，在复位采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的复位信号reset的电压值可以从第一电压值逐渐升高至第二电压值和第三电压值，使得可以对复位信号reset执行多采样。

在信号采样时段中，随着时间的推移从低电压升高至高电压的第二斜坡信号Vramp2可被输入到CDS电路1000。在这种情况下，多采样脉冲发生器1300可以产生用于使图像信号Vpix的电压值从第一值升高至第二值的第一多采样脉冲MS1，并且可以将所产生的第一多采样脉冲MS1施加到第一采样电容器C1。当第一多采样脉冲MS1被施加到第一采样电容器C1时，图像信号Vpix的电压值可以逐渐升高至高于第一电压值的第二电压值。

在第一多采样脉冲MS1被施加到第一采样电容器C1的状态下，多采样脉冲发生器1300可以产生用于使图像信号Vpix的电压值从第二值升高至第三值的第二多采样脉冲MS2，并且可以将所产生的第二多采样脉冲MS2施加到第二采样电容器C2。当第二多采样脉冲MS2被施加到第二采样电容器C2时，图像信号Vpix的电压值可以逐渐升高至高于第二电压值的第三电压值。

如上所述，在信号采样时段中，被输入到比较器1100的第一输入端子的图像信号Vpix的电压值可以从第一电压值逐渐升高至第二电压值和第三电压值，使得可以对图像信号Vpix执行多采样。

图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块142的CDS电路1000-3的图。

参照图9，CDS电路1000-3可以包括比较器1100、多采样电路1200-3和多采样脉冲发生器1300。为了便于解释，在此可以省略对先前描述的元件和技术方面的进一步的描述。

多采样电路1200-3可以包括校正电容器Cx、多个采样电容器C1和C2、第一开关SW1以及第二开关SW2。

第一开关SW1可以响应于在复位采样时段中从时序发生器130输入的自动归零控制信号而将比较器1100的第一节点N1连接到第二节点N2。当第一开关SW1接通时，可以使第一节点N1的电压值复位为输出端子的电压值，以去除复位噪声和比较器1100的偏移。

第二开关SW2的第一端子可以连接到参考电压Vref端子，第二端子可以连接到比较器1100的输出端子。第二开关SW2可以响应于在复位采样时段和信号采样时段中从时序发生器130输入的复位控制信号RCS而使连接到比较器1100的输出端子的第二节点N2的电压值复位。比较器1100的输出信号的稳定时间可以根据斜坡信号Vramp达到偏移电平的时间而变化，并且总采样时间由于需要等待直到比较器1100的输出信号稳定而增加。

在CDS电路1000-3中，第二开关SW2可以设置在比较器1100的输出端子与参考电压Vref端子之间，第二开关SW2可以在复位采样时段和信号采样时段中接通。当第二开关SW2接通时，参考电压Vref可以被供应到第二节点N2，从而可以减少比较器1100的输出信号的稳定时间。即，比较器1100的输出电压可以被设定为参考电压Vref的电平，并且可以立即开始后续操作，从而减少总采样时间。这里，参考电压Vref可以具有电源电压VDD的电平、接地电压GND的电平、或者在电源电压VDD与接地电压GND之间的预设电压的电平。

图10是根据本发明构思的示例性实施例的用于驱动图1的图像传感器100的信号的时序图。在下文中，将描述驱动包括如图9中示出的CDS电路1000-3的图像传感器100的方法的示例。

参照图10，在复位采样时段中，复位信号reset可从单位像素112被输入到CDS电路1000-3，并且第一斜坡信号Vramp1可从斜坡信号发生器150被输入到CDS电路1000-3。在这种情况下，复位信号reset可被输入到比较器1100的第一输入端子，并且第一斜坡信号Vramp1可被输入到第二输入端子。基本同时，复位控制信号RCS可被施加到第二开关SW2，并且第二开关SW2可以响应于复位控制信号而接通。参考电压Vref可以通过第二开关SW2被供应到第二节点N2，使得第二节点N2的电压可被复位为参考电压Vref的电平。

在复位采样时段中，CDS电路1000-3可以将输入到比较器1100的第一输入端子的复位信号reset的电压值从第一电压值逐渐降低至第二电压值和第三电压值，使得可以对复位信号reset执行多采样。

接着，在信号采样时段中，图像信号Vpix可从单位像素112被输入到CDS电路1000-3，并且第二斜坡信号Vramp2可以从斜坡信号发生器150被输入到CDS电路1000-3。在这种情况下，图像信号Vpix可被输入到比较器1100的第一输入端子，并且第二斜坡信号Vramp2可被输入到第二输入端子。基本同时，复位控制信号可以被施加到第二开关SW2，并且第二开关SW2可以响应于复位控制信号而接通。参考电压Vref可以通过第二开关SW2被供应到第二节点N2，使得第二节点N2的电压可被复位为参考电压Vref的电平。

如上所述，在信号采样时段中，CDS电路1000-3可以将输入到比较器1100的第一输入端子的图像信号Vpix的电压值从第一电压值逐渐降低至第二电压值和第三电压值，使得可以对图像信号Vpix执行多采样。

图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的图4的CDS块142的CDS电路1000-4的图。

参照图7A和图11，CDS电路1000-4可以包括比较器1100、多采样电路1200-4和多采样脉冲发生器1300。为了便于解释，可以在此省略对先前描述的元件和技术方面的进一步的描述。

多采样电路1200-4可以包括校正电容器Cx、多个采样电容器C1和C2、耦合电容器Cy、以及第一开关SW1。耦合电容器Cy的第一端子可以连接到比较器1100的第一输入端子，并且第二端子可以连接到比较器1100的输出端子。

CDS电路1000-4可以调整第一电容(第一电容为校正电容器Cx、第一电容器C1以及第二电容器C2的所有电容之和)与耦合电容器Cy的第二电容之比，以在复位采样时段和信号采样时段中使输出信号放大。为此，可将能够调整电容的可变电容器用作耦合电容器Cy。然而，本发明构思不限于此。例如，根据示例性实施例，一个或多个采样电容器C1、C2以及校正电容器Cx可以被实施为具有可变电容的电容器，耦合电容器Cy可以被实施为具有固定电容的电容器。

例如，CDS电路1000-4的第一电容与第二电容的之比可以被设定为M:1(M为自然数)。因此，CDS电路1000-4可以输出减小到1/M的信号。例如，CDS电路1000-4的第一电容与第二电容之比可以被设定为1:M。因此，CDS电路1000-4可以输出放大到M倍的信号，或者输出减小到1/M的信号。然而，本发明构思不限于此。例如，根据示例性实施例，可以设定1:1的比，使得CDS电路1000-4的第一电容和第二电容大致彼此相等。

在复位采样时段中，CDS电路1000-4可以将输入到比较器1100的第一输入端子的复位信号reset的电压值从第一电压值逐渐降低至第二电压值和第三电压值，从而可以对复位信号reset执行多采样。

在信号采样时段中，CDS电路1000-4可以将输入到比较器1100的第一输入端子的图像信号Vpix的电压值从第一电压值逐渐降低至第二电压值和第三电压值，从而可以对图像信号Vpix执行多采样。

根据本发明构思的示例性实施例，当使用双CDS执行多采样时，可以减少采样时间。

如在本发明构思的领域中的传统，根据功能块、单元和/或模块来描述并且在附图中示出了示例性实施例。本领域技术人员将理解，这些块、单元和/或模块通过可以使用基于半导体的制造技术或其它制造技术来形成的电子(或光学)电路(诸如，逻辑电路、分立部件、微处理器、硬连线电路、存储元件、布线连接等)而被物理地实施。在由微处理器或类似物来实施块、单元和/或模块的情况下，可以使用软件(例如，微代码)对它们进行编程以执行在本文中讨论的各种功能，并且可以可选择地由固件和/或软件来驱动。可替换地，每个块、单元和/或模块可以由专用硬件来实施，或者作为执行某些功能的专用硬件和执行其它功能的处理器(例如，一个或多个被编程的微处理器和相关电路)的组合来实施。

尽管已经参照本发明构思的示例性实施例具体示出并描述了本发明构思，但是本领域技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求所限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：

相关双采样电路，包括：

比较器，其具有连接到第一节点的第一输入端子、第二输入端子和连接到第二节点的输出端子；

多采样脉冲发生器，其具有输入端子和至少一个输出端子；以及

多采样电路，

其中，所述多采样电路包括：

校正电容器，其设置在所述相关双采样电路的输入端子与所述第一节点之间；以及

至少一个采样电容器，其设置在所述多采样脉冲发生器的所述至少一个输出端子与所述第一节点之间。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：

所述多采样脉冲发生器的所述至少一个输出端子包括第一输出端子和第二输出端子；以及

所述至少一个采样电容器包括：

第一采样电容器，其设置在所述多采样脉冲发生器的第一输出端子与所述第一节点之间；以及

第二采样电容器，其设置在所述多采样脉冲发生器的第二输出端子与所述第一节点之间。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中：

所述多采样脉冲发生器的所述至少一个输出端子还包括第三输出端子；并且

所述至少一个采样电容器还包括第三采样电容器，所述第三采样电容器设置在所述多采样脉冲发生器的第三输出端子与所述第一节点之间。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多采样电路还包括：

第一开关，其设置在所述第一节点与所述第二节点之间。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多采样脉冲发生器的输入端子连接到所述第二节点。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多采样电路还包括：

开关，其设置在所述第二节点与参考电压端子之间。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多采样电路还包括：

耦合电容器，其设置在所述第一节点与所述第二节点之间。

8.一种图像传感器，包括：

相关双采样电路，其包括：

比较器，其包括第一输入端子、第二输入端子和输出端子，像素信号被输入到所述第一输入端子，斜坡信号被输入到所述第二输入端子，

其中，所述第一输入端子连接到第一节点，并且所述输出端子连接到第二节点；

多采样脉冲发生器，其包括输入端子和至少一个输出端子，所述输入端子连接到所述比较器的输出端子，所述至少一个输出端子连接到所述比较器的第一输入端子；以及

多采样电路，

其中，所述多采样电路包括：

校正电容器，其设置在所述相关双采样电路的输入端子与所述比较器的第一输入端子之间；以及

至少一个采样电容器，其设置在所述多采样脉冲发生器与所述比较器的第一输入端子之间。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中：

所述多采样脉冲发生器的所述至少一个输出端子包括第一输出端子和第二输出端子；并且

所述至少一个采样电容器包括第一采样电容器和第二采样电容器，

其中，所述第一采样电容器设置在所述多采样脉冲发生器的第一输出端子与所述比较器的第一输入端子之间；并且

所述第二采样电容器设置在所述多采样脉冲发生器的第二输出端子与所述比较器的第一输入端子之间。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，基于输出到所述多采样脉冲发生器的输入端子的所述比较器的输出信号，所述多采样脉冲发生器经由所述多采样脉冲发生器的第一输出端子将第一多采样信号输出到所述第一采样电容器，并且经由所述多采样脉冲发生器的第二输出端子将第二多采样信号输出到所述第二采样电容器。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，在复位采样时段中第一多采样脉冲被输入到所述第一采样电容器，并且被输入到所述第一节点的复位信号的电压值从第一电压值变为第二电压值。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，在所述第一多采样脉冲被施加到所述第一采样电容器的状态下第二多采样脉冲被输入到所述第二采样电容器，并且被输入到所述第一节点的所述复位信号的电压值从所述第二电压值变为第三电压值。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中：

在所述复位采样时段中所述斜坡信号被施加到所述比较器的第二输入端子；

在所述复位采样时段中所述斜坡信号具有恒定下降的斜率；并且

所述相关双采样电路将所述复位信号的电压值从所述第一电压值逐渐降低至所述第二电压值，然后从所述第二电压值逐渐降低至所述第三电压值。

14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述比较器将所述斜坡信号依次与所述复位信号的所述第一电压值至所述第三电压值进行比较并输出对应的比较结果。

15.根据权利要求12所述的图像传感器，其中：

在所述复位采样时段中所述斜坡信号被施加到所述比较器的第二输入端子；

在所述复位采样时段中所述斜坡信号具有恒定上升的斜率；并且

所述相关双采样电路将所述复位信号的电压值从所述第一电压值逐渐升高至所述第二电压值，然后从所述第二电压值逐渐升高至所述第三电压值。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述比较器将所述斜坡信号依次与所述复位信号的所述第一电压值至所述第三电压值进行比较并输出对应的比较结果。

17.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，在信号采样时段中所述第一多采样脉冲被输入到所述第一采样电容器，并且被输入到所述第一节点的图像信号的电压值从所述第一电压值变为所述第二电压值。

18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，在所述第一多采样脉冲被施加到所述第一采样电容器的状态下第二多采样脉冲被输入到所述第二采样电容器，并且被输入到所述第一节点的所述图像信号的电压值从所述第二电压值变为第三电压值。

19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中：

在所述信号采样时段中所述斜坡信号被施加到所述比较器的第二输入端子，

在所述信号采样时段中所述斜坡信号具有恒定下降的斜率，并且

所述相关双采样电路将所述图像信号的电压值从所述第一电压值逐渐降低至所述第二电压值，然后从所述第二电压值逐渐降低至所述第三电压值。

20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述比较器将所述斜坡信号依次与所述图像信号的所述第一电压值至所述第三电压值进行比较并输出对应的比较结果。

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