CN112422854A - 图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像传感器。该图像传感器具有图像像素行和图像像素列和行控制电路，该行控制电路控制被发送到该图像像素行中的每个图像像素行的电压。该行控制电路可包括升压器电路，该升压器电路将正电源电压(诸如2.8V)转换成负的或以其他方式小于该正电源电压和/或大于该正电源电压的电压。该升压器电路可具有多个开关，该多个开关控制对放大器的输入，由此允许该电路产生给定范围内的任何期望电压。该升压器电路输出可在该图像像素行中的多个图像像素行之间共享，并且所产生的升压电路可被馈送到该图像像素行中的任何期望的一个或多个图像像素行。

Description

图像传感器

交叉引用

本申请要求2020年7月15日提交的美国专利申请16/947012号和2019年8月21日提交的印度专利申请201911033632号的权益和优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及具有升压控制信号的图像传感器。

背景技术

图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置中，具有图像传感器的电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像传感器像素阵列。列感测电路通常耦接到每个像素列以用于从图像像素读出图像信号。行控制电路通常耦接到每个像素行以用于控制图像像素的操作。在一些布置中，升压控制信号可用于提供具有期望电压的控制信号。然而，常规升压器电路可能缺乏提供可与不同类型的图像传感器像素一起使用的电压范围的能力，或者可能在电路基板上需要太多的面积。

因此，期望能够提供具有改善的电路的成像系统，以提供变化的升压控制信号并减小实现电路所需的基板面积。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：常规升压器电路缺乏提供可与不同类型的图像传感器像素一起使用的电压范围的能力，或者可能在电路基板上需要太多的面积。

根据第一方面，提供了一种图像传感器。图像传感器包括：成像像素阵列，成像像素阵列具有像素行和像素列；和行控制电路，行控制电路耦接到像素行，其中，行控制电路包括在多个像素行之间共享的升压器电路并且升压器电路包括：第一多个开关，第一多个开关耦接到地和电源；放大器，放大器具有第一输入端和第二输入端以及输出端，其中，第一输入端耦接到第一基准电压；第二多个开关，第二多个开关耦接到放大器的输出端；第一电容器，第一电容器耦接在第一多个开关和第二多个开关之间；第二电容器；第三多个开关，第三多个开关耦接在第一多个开关和第二电容器之间；第四多个开关，第四多个开关耦接在第二电容器和放大器的第二输入端之间；和输出开关，其中，节点插置在第一多个开关和输出开关之间，并且其中，第三多个开关耦接到节点。

根据第二方面，提供了一种图像传感器。图像传感器包括：成像像素阵列，成像像素阵列具有像素行和像素列；和行控制电路，行控制电路耦接到像素行，其中，行控制电路包括在多个像素行之间共享的升压器电路，其中，升压器电路包括放大器和多个开关，多个开关被配置为从电源电压产生输出电压，并且其中，开关被配置为在预充电操作期间被置于第一模式以利用升压器电路输出第一电压、在预充电操作期间被置于第二模式以输出不同于第一电压的第二电压、在预充电操作期间被置于第三模式以输出不同于第一电压和第二电压的第三电压以及在预充电操作期间被置于第四模式以输出不同于第一电压、第二电压和第三电压的第四电压。

本文所达到的有益效果是：提供了具有改善的电路的成像系统，该改善的电路能够提供变化的升压控制信号并减小实现电路所需的基板面积。

附图说明

图1为根据一个实施方案的例示性电子设备的示意图。

图2为根据一个实施方案的由具有电压升压器控制电路的行控制电路控制的图像传感器中的例示性图像像素阵列的示意图。

图3为根据一个实施方案的图2中所示类型的例示性升压器电路的电路图。

图4为根据一个实施方案的用于操作图3中所示类型的升压器电路的例示性方法步骤的示意图。

图5为根据一个实施方案的示出用于图3中所示类型的升压器电路的例示性操作模式的状态图。

具体实施方式

本发明的实施方案涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及图像传感器内的升压器电路。本领域的技术人员应当理解，本发明的示例性实施方案可在不具有一些或所有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本发明的实施方案，未详细描述众所周知的操作。

图1为根据本发明的一个实施方案的例示性电子设备的示意图。如图1所示，成像系统10可以是便携式成像系统，诸如相机、机动车成像系统、移动电话、摄像机、视频监控系统或任何其他所需的捕获数字图像数据的成像设备。系统10可包括相机模块12，该相机模块12用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包含透镜阵列14和对应的图像传感器阵列16。透镜阵列14和图像传感器阵列16可被安装在共用包装件内，而且可向处理电路18提供图像数据。图像传感器阵列16可包括一个或多个图像传感器，并且透镜阵列14可包括一个或多个对应透镜。

处理电路18可包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、存储设备诸如随机存取存储器和非易失性存储器，等等)，并且可采用与相机模块12分开和/或构成相机模块12的一部分的部件(例如，这些部件为电路，这种电路构成包括图像传感器阵列16的集成电路的一部分，或者构成相机模块12内与图像传感器阵列16相关的集成电路的一部分)来被实现。如果需要，可使用处理电路18进一步处理并且存储被相机模块12捕获和处理的图像数据。如果需要，已处理图像数据可使用耦接至处理电路18的有线和/或无线通信路径提供给外部设备(如，计算机或其他设备)。

图像传感器阵列16可包含各个图像传感器的阵列，其被配置为通过为每个图像传感器提供滤色器来接收给定颜色的光。用于图像传感器中的图像传感器像素阵列的滤色器可例如为红色滤色器、蓝色滤色器和绿色滤色器。每个滤色器可覆盖相应图像传感器像素阵列的图像传感器像素。还可使用其他滤色器，诸如白色滤色器、双带IR截止滤色器(例如，允许透过可见光和某个范围的红外光的滤色器)等。

图2为具有带有电压升压能力的行控制电路的图像传感器中的例示性图像像素阵列(其可对应于图1的图像传感器阵列16)的示意图。术语“升压”及其派生词在本文中有时可用于表示低于接地基准电压或高于工作电压电源的电压或该电压的生成。作为示例，升压电路可能产生高于工作电压电源的电压。在一些示例中，升压电路可能产生在包括大于正电源电压并且低于地电源电压的电压范围内的电压(例如，-1.0V至4.0V或更大)。具有电压升压能力的行控制电路示于图2中。如图2所示，图像传感器(例如，图1的图像传感器16)可包括具有多个像素201(本文有时称为图像像素201、成像像素201或图像传感器像素201)的像素阵列202以及耦接到图像像素阵列202的行控制电路204。行控制电路204可通过对应的行控制线203向像素201提供像素控制信号(例如，行选择信号、像素复位信号、电荷转移信号等)以控制使用阵列202中的图像传感器像素对图像的捕获和读出。

行控制电路204可包括电压升压器电路206(本文有时称为电压升压电路206、升压电路206或升压器电路206)，以用于提供在控制电路204处生成的具有升压电压幅值的像素控制信号。图像传感器16还可包括列控制和读出电路212以及控制和处理电路208，该控制和处理电路耦接到行控制电路204和列电路212。列控制电路212可经由多个列线211(例如，阵列202中的每列像素201)耦接到阵列202。对应的模数转换器(ADC)214和列放大器216可插置在每个列线211上以便放大由阵列202捕获的模拟信号并且将所捕获的模拟信号转换为对应的数字像素数据。列控制和读出电路212可耦接到外部硬件，诸如处理电路。列控制和读出电路212可基于从控制和处理电路208接收到的信号来执行列读出。列控制和读出电路212可包括列ADC电路214和列放大器216。

实际上，有时可能期望以升压电压幅值向阵列202提供像素控制信号。如果需要，升压器电路206可提供在行控制电路204处生成的具有期望电压升压的信号(例如，像素控制信号)，以生成对应的升压信号(例如，升压行控制信号，诸如升压电荷转移信号、升压行选择信号、升压复位信号等)。例如，系统可具有2.8V的供电电压，该供电电压然后可升压到高达4.0V或更大，以便具有比供电电压更大的电压幅值。升压器电路还可能输出电压幅值小于供电电压的控制信号。例如，对于2.8V的供电电压(V_AAPIX)，该升压器电路可输出介于-1.0V和4.0V之间的控制信号。

来自升压器电路206的信号(本文有时称为升压器信号)可以被提供给每行图像像素阵列202的控制电路。有时，由控制电路生成的信号具有比供电电压更大的幅值可能是有用的(例如，因为它增加了像素的动态范围并且可能需要提供光闪烁抑制)。通过增加像素的动态范围，可在某些条件下增加图像质量，诸如当在低光环境中捕获图像时。其他行信号，诸如电荷转移信号(其被提供给转移晶体管)或增益选择信号(其被提供给耦接到对应的双转换增益电容器的增益选择晶体管)，可由升压器电路在小于地和电源电压之间的电压水平(例如，介于-1.0V和2.8V之间)下输出。

放大器216可被配置为从像素阵列202接收模拟信号(例如，模拟复位或图像电平信号)并且放大模拟信号。模拟信号可包括来自单列像素或来自多列像素的数据，具体取决于应用。ADC 214可从放大器216接收放大的模拟信号，并且在生成数字数据之前对模拟信号执行模数转换操作。数字数据可传输到列控制和读出电路212以便处理和读出。

可包括在图像传感器16中的升压器电路206示于图3中。如图3所示，升压器电路206可包括可耦接在电源电压(V_AAPIX)和节点328之间的第一开关302(SW1)。第二开关304(SW2)可耦接在地和节点346之间。节点328可耦接到开关320(SW10)并且通过节点346耦接到电容器326(C_BST)。开关310(SW5)可耦接在开关320(通过节点332)和电容器328(C_FB)(通过节点334和336)之间。开关312(SW6)可耦接在基准电压(V_{REF_FINE})和节点334之间。开关314(SW7)可耦接在地和节点336之间。开关320可通过节点344耦接在节点332与电容器330(C_LOAD)之间，该节点继而可耦接到电路206的输出线(例如，输出V_BOOST)。开关316(SW8)可耦接在地和节点338之间。开关318(SW9)可耦接在基准电压(V_{REF_FINE})和节点338之间。节点338可耦接到电容器328并耦接到放大器324(例如，运算跨导放大器)的输入端。放大器324(OTA)可具有第一输入端和第二输入端。放大器324的第一输入端可耦接到基准电压(V_REF-)，而放大器324的第二输入端可耦接到节点338(BOOST_FDBK)。另外，正电源(V_AA)和地电源(AGND)可耦接到放大器324。放大器324的输出端(AMPOUT)可通过节点342耦接到节点340，该节点340耦接在电容器326和开关308之间。开关308(SW4)可耦接在节点340和地之间，并且开关306(SW3)可耦接在电源电压(V_AAPIX)和节点342之间。

每个开关可任选地打开(例如，关断，从而使开关定位在其之间的部件断开连接)或闭合(例如，接通，从而连接开关定位在其之间的部件)。尽管未在图3中明确标记，但每个开关可具有任选地连接或断开连接的相应的第一端子和第二端子。

在操作期间，升压器电路206可用于提供期望的输出电压(V_BOOST)。作为示例，输出电压V_BOOST可被提供给开关阵列，该开关阵列向图像传感器中的成像像素提供控制信号。可能期望升压器电路能够输出在-1.0V(例如，小于地电压的电压)和4.0V(例如，大于电源电压的电压)之间的范围内可控制的电压。升压器电路206可具有四种操作模式，以使得能够输出介于-1.0V和4.0V之间的电压。在第一操作模式中，开关304(SW2)、开关306(SW3)、开关314(SW7)和开关318(SW9)可在预充电操作期间被接通，并且升压电压可介于-1.0V和0V之间。在第二操作模式中，开关304(SW2)、开关308(SW4)、开关314(SW7)和开关316(SW8)可在预充电操作期间被接通，并且升压电压可介于0V和2.0V之间。在第三操作模式中，开关304(SW2)、开关308(SW4)、开关312(SW6)和开关316(SW8)可在预充电操作期间被接通，并且升压电压可大于2.0V。在第四操作模式中，开关302(SW1)、开关308(SW4)、开关310(SW5)和312(SW6)中的一者以及开关316(SW8)可在预充电操作期间被接通，并且升压电压可大于2.8V。以这种方式，可从升压器电路206输出任何期望的电压以馈送到阵列202内的像素行。

首先，将描述升压器电路在第一操作模式中的操作。在第一操作模式中，可首先完成预充电阶段。在预充电阶段期间，开关304(SW2)、开关306(SW3)、开关314(SW7)和开关318(SW9)可被连接，并且开关302(SW1)、开关308(SW4)、开关310(SW5)、开关312(SW6)、开关316(SW8)和开关320(SW10)可被断开连接。由于开关304(SW2)被接通，因此地电压AGND可被提供给电容器326。开关306(SW3)可将电容器326耦接到电源电压(V_AAPIX)，因此在预充电阶段期间，电容器326耦接在V_AAPIX和地之间。由于开关318导通，因此基准电压(V_{REF_FINE})可被提供给电容器328。开关314(SW7)将电容器328耦接到地，因此在预充电阶段期间，电容器324耦接在V_{REF_FINE}和地之间。以这种方式，节点328处的V_{BOOST_INT}可接地，节点340处的AMPOUT可为V_AAPIX，节点336处的AGND_VREF_NODE可接地，并且节点338处的BOOST_FDBK可为V_{REF_FINE}。

在预充电阶段期间，放大器324(OTA)可在单次升压操作中断开，或者如果在多次升压操作中使用，则可在另一个开关电容器电路的升压阶段中断开。

在预充电阶段完成之后，可进行升压阶段。在升压阶段期间，开关304(SW2)、开关306(SW3)、开关314(SW7)和开关318(SW9)可被断开连接，并且开关310(SW5)和开关320(SW10)可被连接。放大器324(OTA)可被启用，并且基准电压(Vref)可被提供给放大器324的第一输入。节点328处的电压(V_{BOOST_INT})将等于第一输入电压V_REF减去第二输入电压(例如，BOOST_FDBK)V_{REF_FINE}。由于开关320闭合，因此V_BOOST(输出电压)将等于V_{BOOST_INT}。因此，V_BOOST＝V_REF–V_{REF_FINE}并且V_{BOOST_INT}可被控制在-1.0V和0V之间，使得输出电压V_BOOST具有-1.0V和0V之间的期望值(如果V_REF小于V_{REF_FINE})。具体地，可根据需要改变V_REF以改变输出电压。可将放大器324的输出端(AMPOUT)改变至支持V_{BOOST_INT}电压变化的值。

接下来，考虑升压器电路在第二操作模式中的操作。在第二操作模式中，可首先完成预充电阶段。在预充电阶段期间，开关304(SW2)、开关308(SW4)、开关314(SW7)和开关316(SW8)可被接通。开关302、306、310、312、318和320可被关断。由于开关304(SW2)被接通，因此地电压(AGND)可被提供给电容器326。开关308(SW4)还可将电容器326耦接到地。类似地，开关314(SW7)和开关316(SW8)可将电容器328的两个板(和BOOST_FDBK)耦接到地。以这种方式，节点328处的V_{BOOST_INT}、节点340处的AMPOUT、AGND_VREF_NODE以及节点338处的BOOST_FDBK均可接地。

在预充电阶段期间，放大器324(OTA)可在单次升压操作中断开，或者如果在多次升压操作中使用，则可在另一个开关电容器电路的升压阶段中断开。

接下来，可进行升压阶段。在升压阶段期间，开关304(SW2)、开关308(SW4)、开关314(SW7)和316(SW8)可打开，而开关310(SW5)和320(SW10)可闭合。放大器324(OTA)可被启用，并且基准电压(Vref)可被提供给放大器324的第一输入端。这使得节点328处的电压(V_{BOOST_INT})变得等于基准电压V_REF。由于开关320闭合，因此V_BOOST(升压器电路206的输出电压)将等于V_{BOOST_INT}。因此，V_BOOST＝V_REF并且V_{BOOST_INT}可被控制在0V和2.0V之间，使得输出电压V_BOOST具有0V和2.0V之间的期望值(取决于基准电压V_REF)。可将放大器324的输出端(AMPOUT)改变至支持V_{BOOST_INT}电压变化的值。

接下来，考虑升压器电路在第三操作模式中的操作。在第三操作模式中，可首先完成预充电阶段。在预充电阶段期间，开关304(SW2)、开关308(SW4)、开关312(SW6)和开关316(SW8)可被接通。开关302、306、310、314、318和320可被关断。由于开关304(SW2)被接通，因此地电压(AGND)被提供给电容器326。开关308(SW4)还将电容器326耦接到地。开关312(SW6)将电容器328耦接到基准电压(V_{REF_FINE})，并且开关316(SW8)将电容器328耦接到地。以这种方式，节点328处的V_{BOOST_INT}、节点340处的AMPOUT以及节点338处的BOOST_FDBK均可接地，并且AGND_VREF_NODE可处于V_{REF_FINE}。

在预充电阶段期间，放大器324(OTA)可在单次升压操作中断开，或者如果在多次升压操作中使用，则可在另一个开关电容器电路的升压阶段中断开。

接下来，可进行升压阶段。在升压阶段期间，开关304(SW2)、开关308(SW4)、开关312(SW6)和316(SW8)可打开，而开关310(SW5)和320(SW10)可闭合。放大器324(OTA)可被启用，并且基准电压(Vref)可被提供给放大器324的第一输入。这使得节点328处的电压(V_{BOOST_INT})变得等于基准电压V_REF。由于开关320闭合，因此V_BOOST(输出电压)将等于V_{BOOST_INT}+AGND_VREF_NODE。因此，V_BOOST＝V_REF+V_{REF_FINE}并且可将V_{BOOST_INT}从2.0V控制到2.0V以上的期望电压，使得输出电压V_BOOST具有2.0V的期望值(取决于基准电压V_REF，假设V_{REF_FINE}为2.0V，但V_{REF_FINE}可具有任何期望值)。可将放大器324的输出端(AMPOUT)改变至支持V_{BOOST_INT}电压变化的值。

最后，考虑升压器电路在第四操作模式中的操作。在第四操作模式中，可首先完成预充电阶段。在预充电阶段期间，开关302(SW1)、开关308(SW4)、开关310(SW5)和312(SW6)中的一者以及开关316(SW8)可被接通。开关304、306、314、318和320连同开关310和312中的一者(例如，如果SW6导通，则SW5可断开，反之亦然)可被关断。由于开关302(SW1)被接通，因此电源电压(V_AAPIX)被提供给电容器326。开关308(SW4)将电容器326耦接到地，因此电容器326耦接在V_AAPIX和地之间。如果开关310(SW5)被接通(意味着开关312断开)，则电容器328可耦接到V_AAPIX。另选地，如果开关312(SW6)被接通(意味着开关310断开)，则电容器328可替代地耦接到V_{REF_FINE}。开关316(SW8)将电容器328耦接到地，因此电容器328可耦接在V_AAPIX和地之间(如果SW5被启用)或者耦接在V_{REF_FINE}和地之间(如果SW6被启用)。以这种方式，节点328处的V_{BOOST_INT}、节点340处的AMPOUT以及节点338处的BOOST_FDBK均可接地，并且AGND_VREF_NODE可处于V_AAPIX(如果开关310被启用)或处于V_{REF_FINE}(如果开关312被启用)。

在预充电阶段期间，放大器324(OTA)可在单次升压操作中断开，或者如果在多次升压操作中使用，则可在另一个开关电容器电路的升压阶段中断开。

接下来，可进行升压阶段。在升压阶段期间，开关302(SW1)、开关308(SW4)、开关310(SW5)和312(SW6)中的一者以及开关316(SW8)可断开，并且开关310(SW5)和320(SW10)可闭合。放大器324(OTA)可被启用，并且基准电压(Vref)可被提供给放大器324的第一输入端。这使得节点328处的电压(V_{BOOST_INT})变得等于基准电压V_REF。由于开关320闭合，因此V_BOOST(输出电压)将等于V_{BOOST_INT}+AGND_VREF_NODE。因此，V_BOOST＝V_REF+V_AAPIX(如果开关310在预充电阶段期间被启用)并且可将V_{BOOST_INT}从2.8V控制到2.8V以上的期望电压，使得输出电压V_BOOST具有2.8V的期望值(取决于基准电压V_REF，假设V_AAPIX为2.8V)。例如，可在2.8V和4.8V之间调节V_BOOST。另选地，V_BOOST＝V_REF+V_{REF_FINE}(如果开关312在预充电阶段期间被启用)并且可将V_{BOOST_INT}从2.0V控制到2.0V以上，使得输出电压V_BOOST具有2.0V的期望值(取决于基准电压V_REF，假设V_{REF_FINE}为2.0V)。例如，可在2.0V和4.0V之间调节V_BOOST。可将放大器324的输出端(AMPOUT)改变至支持V_{BOOST_INT}电压变化的值。

总而言之，图3的升压器电路可利用单个电路支持-1.0V和4.0V之间(或更高)的输出电压范围。如果需要，第一模式可支持介于-1.0V和0V之间的输出电压范围，第二模式可支持介于0V和2.0V之间的输出电压范围，第三模式可支持介于2.0V和4.0V之间的输出电压范围，并且第四模式可支持介于2.0V和4.0V之间或介于2.8V和4.8V之间的输出电压范围。该升压电压范围可与以光闪烁抑制或溢出模式操作的图像传感器结合使用，因为升压器电路可被动态地配置为在这些模式的读取、快门、光闪烁抑制和部分脉冲操作期间提供所需的输出。具体地，当V_AAPIX和V_AA为2.8V，V_REF在0V和2V之间并且V_{REF_FINE}为2V时，图3的电路可支持介于-1.0V和4.0V之间的输出电压。然而，一般来讲，这些电压可根据需要而变化以实现期望的V_BOOST输出电压。

在任何操作模式中，升压电压V_BOOST可被输出到阵列202内的每个像素行。具体地，每个像素行可通过相应的开关连接到升压器电路206的输出线，使得V_BOOST能够被馈送到一个或多个像素行。以这种方式，可将变化的电压(取决于升压器电路被操作的模式以及每个像素行的相应开关被激活/去激活的时间)馈送到任何期望的像素行。

示于图3中的开关可具有任何期望结构。例如，可使用物理地连接两个端子或使两个端子断开连接的开关(例如，单极单投开关)。作为另外一种选择，形成在半导体中的晶体管可用于接通或关断电路中的信号流。这些示例仅仅是示例性的，并且电路中的每个开关可具有任何期望的相应结构。

由于升压器电路具有开关SW1至SW10并且可使V_BOOST在期望的电压范围内改变，因此升压器电路206可被简化为可与阵列202的每个行共享输出电压的单个电路(与每个像素行需要单独升压器电路的传统解决方案相反)。具体地，每个行可具有单个开关、两个开关或三个开关以选择何时从升压器电路206而不是单独的开关SW1至SW10接收电压。这可使得实现升压器电路206所需的基板面积减小。

图4为用于操作升压器电路204的例示性方法步骤的示意图。在步骤402处，可启用开关以将电路206预充电至期望电压。例如，在第一模式中，在预充电阶段期间连接开关SW2、SW3、SW7和SW9。这由于开关SW3被接通而将AMPOUT设定至V_AAPIX并且由于开关SW9被接通而将BOOST_FDBK设定至V_{REF_FINE}。对于第二模式、第三模式和第四模式，可连接不同的开关，如上文结合图3所述。在步骤404处，可将这些开关断开连接，并且可向放大器324的输入端提供期望的基准电压(V_REF)。例如，V_REF可介于0V和2.0V之间。在步骤406处，可将开关SW5和SW10连接到来自电路206的输出V_BOOST。

应当注意，图4中示出的步骤的顺序仅为例示性的。如果需要，可在该方法中的不同点处切换或执行某些步骤(例如，将V_REF供应到放大器324以及启用开关SW5和SW10)的顺序。

示出了用于升压器电路206的例示性操作模式的状态图示于图5中。当在第一操作模式中操作时502，升压器电路可输出-1.0V和0V之间的电压。当在第二操作模式中操作时504，升压器电路可输出0V和2.0V之间的电压。当在第三操作模式中操作时506，升压器电路可输出2.0V和4.0V之间的电压。当在第四操作模式中操作时508，升压器电路可输出2.8V和4.8V之间的电压。一般来讲，在每种操作模式中，可调节基准电压V_REF以提供来自电路206的期望的输出电压。例如，这可允许升压器电路206与需要用于控制信号的不同电压范围的图像传感器像素和阵列兼容，并且可用于控制光闪烁抑制部件、溢出电荷部件和电荷转移部件。此外，通过提供-1.0V至0V的电压，升压器电路206可允许对应的像素具有更快的稳定时间。升压器电路206的使用还可允许更少的控制线连接到图像传感器中的每个单独像素，因为升压器电路可向像素提供期望范围的电压。

应当注意，本文包括的电压的示例(例如，V_AAPIX为2.8V，V_REFUB为2.0V等)仅仅是例示性的。一般来讲，本文所述的每个参考电压和供电电压可以是任何期望电压。

此外，尽管已经描述了具体的操作模式，但这些仅仅是例示性的。一般来讲，升压器电路206可以在任何期望的操作模式中操作以产生任何期望的升压电压。一般来讲，升压电压可在公式(1)中示出：

V_BOOST＝AGND_VREF_NODE+(V_REF–BOOST_FDBK) (1)

其中ANGD_VREF_NODE、V_REF和BOOST_FDBK是上文结合图2所述的电压。一般来讲，可在预充电阶段期间以任何期望的方式调节开关SW1至SW10(例如，连接和断开连接)以将AGND_VREF_NODE和BOOST_FDBK设定为期望的电压电平，并且可调节V_REF(例如，至放大器324的输入)以产生期望的输出电压V_BOOST。

在各种实施方案中，一种图像传感器可包括：成像像素阵列，该成像像素阵列具有像素行和像素列；以及行控制电路，该行控制电路耦接到像素行。该行控制电路可包括升压器电路，该升压器电路具有：第一多个开关，该第一多个开关耦接到地和电源；放大器，该放大器具有第一输入端和第二输入端以及输出端，其中第一输入端耦接到第一基准电压；第二多个开关，该第二多个开关耦接到放大器的输出端；第一电容器，该第一电容器耦接在第一多个开关和第二多个开关之间；第二电容器；第三多个开关，该第三多个开关耦接在第一多个开关和第二电容器之间；第四多个开关，该第四多个开关耦接在第二电容器和放大器的第二输入端之间；和输出开关，其中节点插置在第一多个开关和输出开关之间，并且其中第三多个开关耦接到该节点。

在一些实施方案中，第一多个开关可包括：第一开关，该第一开关耦接到位于放大器的输出端和输出开关之间的第一附加节点，其中第一开关耦接到电源电压；和第二开关，该第二开关耦接到第二附加节点，其中第一附加节点位于第二附加节点和输出开关之间，并且其中第二开关耦接到地。

在一些实施方案中，第二多个开关可包括：第三开关，该第三开关耦接在第一电容器和电源电压之间，其中第三开关耦接到电源电压；和第四开关，该第四开关耦接到位于第一电容器和放大器的输出端之间的第三附加节点，其中第四开关耦接到地。

在一些实施方案中，第三多个开关可包括：第五开关，该第五开关耦接到位于第一节点和输出开关之间的第四附加节点，其中第二电容器耦接在第五开关和放大器的第二输入端之间；第六开关，该第六开关耦接到位于第五开关和第二电容器之间的第五附加节点，其中第六开关耦接到第二基准电压；以及第七开关，该第七开关耦接到位于第五节点和第二电容器之间的第六附加节点，其中第七开关耦接到地。

在一些实施方案中，第四多个开关可包括第八开关和第九开关，该第八开关和该第九开关并联耦接到第二电容器和放大器的第二输入端之间的第二节点，其中第八开关耦接到地并且其中第九开关耦接到第二基准电压。

在一些实施方案中，输出开关可耦接到输出节点，并且升压器电路还可包括耦接到输出节点的第三电容器。

在一些实施方案中，电源电压可为2.8V。

在一些实施方案中，第二开关、第三开关、第七开关和第九开关被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出介于-1.0V和0V之间的电压。

在一些实施方案中，第二开关、第四开关、第七开关和第八开关被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出介于0V和2.0V之间的电压。

在一些实施方案中，第二开关、第四开关、第六开关和第八开关被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出2.0V以上的电压。

在一些实施方案中，第一开关、第四开关、第八开关以及第五开关和第六开关中的至少一者被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出2.8V以上的电压。

在各种实施方案中，提供了一种操作图像传感器的方法，该图像传感器具有：像素阵列，该像素阵列被布置成行和列；以及行控制电路，该行控制电路包括在多个像素行之间共享的升压器电路，该方法可包括：通过接通电路内的期望开关并且将电路内的放大器的第一输入端连接到电源电压来对升压器电路预充电；将开关断开连接并且将基准电压供应到放大器的第二输入端以从放大器输出升压输出电压；以及使用与像素行中的相应一个或多个像素行对应的开关将升压输出电压引导到像素行中的一个或多个像素行。

在一些实施方案中，将电路内的放大器的第一输入端连接到电源电压包括将电路内的放大器的第一输入端连接到正电源电压，并且其中将开关断开连接并将基准电压供应到放大器的第二输入端以从放大器输出升压输出电压包括输出负升压输出电压。

在一些实施方案中，将电路内的放大器的第一输入端连接到电源电压包括将电路内的放大器的第一输入端连接到2.8V，并且将开关断开连接并将基准电压供应到放大器的第二输入端以从放大器输出升压输出电压包括输出大于2.8V的电压。

在各种实施方案中，一种图像传感器可包括：成像像素阵列，该成像像素阵列具有像素行和像素列；以及行控制电路，该行控制电路耦接到像素行。该行控制电路可包括在多个像素行之间共享的升压器电路，该升压器电路可包括放大器和多个开关，该多个开关被配置为从电源电压产生输出电压，并且这些开关可被配置为在预充电操作期间被置于第一模式以利用升压器电路输出第一电压、在预充电操作期间被置于第二模式以输出不同于第一电压的第二电压、在预充电操作期间被置于第三模式以输出不同于第一电压和第二电压的第三电压以及在预充电操作期间被置于第四模式以输出不同于第一电压、第二电压和第三电压的第四电压。

在一些实施方案中，电源电压为2.8V。

在一些实施方案中，第一电压介于-1.0V和0V之间。

在一些实施方案中，第二电压为0V至2.0V，第三电压大于2.0V，并且第四电压大于2.8V。

在一些实施方案中，电源电压为正电压，第一电压为负电压，并且第四电压大于电源电压。

在一些实施方案中，每个像素行具有耦接到升压器电路的开关，并且输出电压可被配置为通过接通耦接到升压器电路的开关来被馈送到相应的像素行。

根据一个实施方案，一种图像传感器可包括成像像素阵列和行控制电路，该成像像素阵列具有像素行和像素列；以及行控制电路，该行控制电路耦接到像素行，其中该行控制电路包括在多个像素行之间共享的升压器电路。该升压器电路可包括：第一多个开关，该第一多个开关耦接到地和电源；放大器，该放大器具有第一输入端和第二输入端以及输出端，其中第一输入端耦接到第一基准电压；第二多个开关，该第二多个开关耦接到放大器的输出端；第一电容器，该第一电容器耦接在第一多个开关和第二多个开关之间；第二电容器；第三多个开关，该第三多个开关耦接在第一多个开关和第二电容器之间；第四多个开关，该第四多个开关耦接在第二电容器和放大器的第二输入端之间；和输出开关，其中节点插置在第一多个开关和输出开关之间，并且其中第三多个开关耦接到该节点。

根据另一个实施方案，第一多个开关可包括：第一开关，该第一开关耦接到位于放大器的输出端和输出开关之间的第一附加节点，其中第一开关耦接到电源电压；和第二开关，该第二开关耦接到第二附加节点，其中第一附加节点位于在第二附加节点和输出开关之间，并且其中第二开关耦接到地。第二多个开关可包括：第三开关，该第三开关耦接在第一电容器和电源电压之间，其中第三开关耦接到电源电压；和第四开关，该第四开关耦接到位于第一电容器和放大器的输出端之间的第三附加节点，其中第四开关耦接到地。第三多个开关可包括：第五开关，该第五开关耦接到位于第一节点和输出开关之间的第四附加节点，其中第二电容器耦接在位于第五开关和放大器的第二输入端之间；第六开关，该第六开关耦接到位于第五开关和第二电容器之间的第五附加节点，其中第六开关耦接到第二基准电压；和第七开关，该第七开关耦接到位于第五节点和第二电容器之间的第六附加节点，其中第七开关耦接到地。第四多个开关可包括第八开关和第九开关，该第八开关和该第九开关并联耦接到位于第二电容器与放大器的第二输入端之间的第二节点，其中第八开关耦接到地并且其中第九开关耦接到第二参考电压。

根据另一个实施方案，输出开关可耦接到输出节点并且电源电压可为2.8V。升压器电路还可包括耦接到输出节点的第三电容器。

根据另一个实施方案，第二开关、第三开关、第七开关和第九开关可被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出介于-1.0V和0V之间的电压。

根据另一个实施方案，第二开关、第四开关、第七开关和第八开关可被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出介于0V和2.0V之间的电压。

根据另一个实施方案，第二开关、第四开关、第六开关和第八开关可被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出2.0V以上的电压。

根据另一个实施方案，第一开关、第四开关、第八开关，以及第五开关和第六开关中的至少一者可被配置为在预充电操作期间被接通以从升压器电路输出2.8V以上的电压。

根据一个实施方案，一种图像传感器可包括：成像像素阵列，该成像像素阵列具有像素行和像素列；以及行控制电路，该行控制电路耦接到像素行。该行控制电路可包括在多个像素行之间共享的升压器电路，并且该升压器电路可包括放大器和多个开关，该多个开关被配置为从电源电压产生输出电压。这些开关可被配置为在预充电操作期间被置于第一模式以利用升压器电路来输出第一电压、在预充电操作期间被置于第二模式以输出不同于第一电压的第二电压、在预充电操作期间被置于第三模式以输出不同于第一电压和第二电压的第三电压并且在预充电操作期间被置于第四模式以输出不同于第一电压、第二电压和第三电压的第四电压。

根据另一个实施方案，电源电压可为2.8V，第一电压可介于-1.0V和0V之间，第二电压可为0V至2.0V，第三电压可大于2.0V，并且第四电压可大于2.8V。

根据另一个实施方案，电源电压为正电压，第一电压为负电压，并且第四电压大于电源电压，其中每个像素行具有耦接到升压器电路的开关，并且其中输出电压被配置为通过接通耦接到升压器电路的开关来被馈送到相应的像素行。

前述内容仅仅是对本发明原理的例示性说明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和实质的前提下进行多种修改。上述实施方案可单个实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

成像像素阵列，所述成像像素阵列具有像素行和像素列；和

行控制电路，所述行控制电路耦接到所述像素行，其中，所述行控制电路包括在多个像素行之间共享的升压器电路并且所述升压器电路包括：

第一多个开关，所述第一多个开关耦接到地和电源；

放大器，所述放大器具有第一输入端和第二输入端以及输出端，其中，所述第一输入端耦接到第一基准电压；

第二多个开关，所述第二多个开关耦接到所述放大器的所述输出端；

第一电容器，所述第一电容器耦接在所述第一多个开关和所述第二多个开关之间；

第二电容器；

第三多个开关，所述第三多个开关耦接在所述第一多个开关和所述第二电容器之间；

第四多个开关，所述第四多个开关耦接在所述第二电容器和所述放大器的所述第二输入端之间；和

输出开关，其中，节点插置在所述第一多个开关和所述输出开关之间，并且其中，所述第三多个开关耦接到所述节点。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一多个开关包括：

第一开关，所述第一开关耦接到位于所述放大器的所述输出端和所述输出开关之间的第一附加节点，其中所述，第一开关耦接到所述电源电压；和

第二开关，所述第二开关耦接到第二附加节点，其中，所述第一附加节点位于所述第二附加节点和所述输出开关之间，并且其中所述第二开关耦接到地；

其中，所述第二多个开关包括：

第三开关，所述第三开关耦接在所述第一电容器和所述电源电压之间，其中所述第三开关耦接到所述电源电压；和

第四开关，所述第四开关耦接到位于所述第一电容器和所述放大器的所述输出端之间的第三附加节点，其中所述第四开关耦接到地；

其中，所述第三多个晶体管包括：

第五开关，所述第五开关耦接到位于所述第一节点与所述输出开关之间的第四附加节点，其中所述第二电容器耦接在所述第五开关和所述放大器的所述第二输入端之间；

第六开关，所述第六开关耦接到位于所述第五开关和所述第二电容器之间的第五附加节点，其中所述第六开关耦接到第二基准电压；和

第七开关，所述第七开关耦接到位于所述第五节点和所述第二电容器之间的第六附加节点，其中所述第七开关耦接到地；并且

其中，所述第四多个晶体管包括：

第八开关和第九开关，所述第八开关和所述第九开关并联耦接到位于所述第二电容器和所述放大器的所述第二输入端之间的第二节点，其中所述第八开关耦接到地并且其中所述第九开关耦接到所述第二基准电压。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述输出开关耦接到输出节点并且所述电源电压为2.8V，所述升压器电路还包括耦接到所述输出节点的第三电容器。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第二开关、所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关被配置为在预充电操作期间被接通以从所述升压器电路输出介于-1.0V和0V之间的电压。

5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第二开关、所述第四开关、所述第七开关和所述第八开关被配置为在预充电操作期间被接通以从所述升压器电路输出介于0V和2.0V之间的电压。

6.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第二开关、所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关被配置为在预充电操作期间被接通以从所述升压器电路输出2.0V以上的电压。

7.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述第五开关和所述第六开关中的至少一者、所述第一开关、所述第四开关以及所述第八开关被配置为在预充电操作期间被接通以从所述升压器电路输出2.8V以上的电压。

8.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

成像像素阵列，所述成像像素阵列具有像素行和像素列；和

行控制电路，所述行控制电路耦接到所述像素行，其中，所述行控制电路包括在多个像素行之间共享的升压器电路，其中，所述升压器电路包括放大器和多个开关，所述多个开关被配置为从电源电压产生输出电压，并且其中，所述开关被配置为在预充电操作期间被置于第一模式以利用所述升压器电路输出第一电压、在预充电操作期间被置于第二模式以输出不同于所述第一电压的第二电压、在预充电操作期间被置于第三模式以输出不同于所述第一电压和所述第二电压的第三电压以及在预充电操作期间被置于第四模式以输出不同于所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压的第四电压。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述电源电压为2.8V，其中所述第一电压介于-1.0V和0V之间，所述第二电压为0V至2.0V，所述第三电压大于2.0V，并且所述第四电压大于2.8V。

10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述电源电压为正电压，所述第一电压为负电压，并且所述第四电压大于所述电源电压，其中，每个像素行具有耦接到所述升压器电路的开关，并且其中，所述输出电压被配置为通过接通耦接到所述升压器电路的所述开关来被馈送到相应的像素行。

Images