CN113727045A - 图像感测设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像感测设备及其操作方法。图像感测设备包括：斜坡信号生成电路，适于基于主偏置电压、共源共栅偏置电压和多个斜坡码信号，生成与模拟增益相对应的斜坡信号；偏置电压生成电路，适于根据模拟增益，生成主偏置电压和共源共栅偏置电压；以及升压电路，适于根据模拟增益，对共源共栅偏置电压的输出端子进行升压。

Description

图像感测设备及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年5月21日提交的韩国专利申请No.10-2020-0060695的优先权，其公开以其整体通过引用并入本文。
技术领域
本公开的各种实施例涉及半导体设计技术，并且更具体地涉及图像感测设备及其操作方法。
背景技术
图像感测设备使用对光起反应的半导体的性质来捕获图像。图像感测设备可以分类为电荷耦合器件(CCD)图像感测设备和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测设备。近来，CMOS图像感测设备被广泛使用，因为CMOS图像感测设备允许模拟和数字控制电路二者直接在单个集成电路(IC)上实现。
发明内容
本公开的各种实施例涉及图像感测设备，即使模拟增益被改变，该图像感测设备也稳定地生成并且使用斜坡信号。本公开的各种实施例还涉及图像感测设备的操作方法。
根据一个实施例，提供了一种图像感测设备。图像感测设备包括斜坡信号生成电路，适于基于主偏置电压、共源共栅偏置电压和多个斜坡码信号生成与模拟增益相对应的斜坡信号。图像感测设备还包括：偏置电压生成电路，适于根据模拟增益生成主偏置电压和共源共栅偏置电压；以及升压电路，适于根据模拟增益对共源共栅偏置电压的输出端子进行升压。
升压电路可以在在模拟增益被改变时的初始时段期间被启用。
升压电路可以通过向共源共栅偏置电压的输出端子添加第一升压电流，对共源共栅偏置电压的输出端子进行升压。
根据一个实施例，提供了一种图像感测设备，该图像感测设备包括：第一级，被耦合在第一电压端子与第二电压端子之间，并且第一级适于基于与模拟增益相对应的偏置电压，向主偏置电压的输出端子供应主电流。图像感测设备还包括第二级，被耦合在第一电压端子与第二电压端子之间，并且第二级适于基于偏置电压，向共源共栅偏置电压的输出端子供应共源共栅电流。图像感测设备还包括第三级，被耦合在第一电压端子与第二电压端子之间，并且第三级适于基于偏置电压和升压控制信号，向共源共栅偏置电压的输出端子供应第一升压电流。图像感测设备还包括斜坡信号生成电路，被耦合在第一电压端子与第二电压端子之间，并且斜坡信号生成电路适于基于主偏置电压、共源共栅偏置电压和多个斜坡码信号，生成斜坡信号，斜坡信号与模拟增益相对应。
升压控制信号可以在模拟增益被改变时的初始时段期间被激活。
根据一个实施例，提供了一种图像感测设备的操作方法。图像感测设备生成并且使用斜坡信号，该斜坡信号的斜率根据模拟增益进行调节。该操作方法包括：基于与第一模拟增益相对应的主偏置电压和共源共栅偏置电压，生成具有第一斜率的斜坡信号；然后将第一模拟增益改变为第二模拟增益；在第二模拟增益被改变时的初始时段期间，对共源共栅偏置电压的输出端子进行升压；以及基于与第二模拟增益相对应的主偏置电压和共源共栅偏置电压，生成具有第二斜率的斜坡信号。
共源共栅偏置电压的输出端子可以通过向共源共栅偏置电压的输出端子添加升压电流来被升压。
根据一个实施例，提供了一种图像感测设备的操作方法。该操作方法包括：基于第二主偏置电压和第二共源共栅偏置电压，调节斜坡信号，由于模拟增益的改变，该第二主偏置电压和第二共源共栅偏置电压分别从第一主偏置电压和第一共源共栅偏置电压转变；以及基于像素信号和经调节的斜坡信号，生成数字信号，其中调节包括：在一经改变的初始时段期间，对第一共源共栅偏置电压进行升压，以减少向第二共源共栅偏置电压的转变时间。
调节还可以包括：在初始时段期间，对第一主偏置电压进行升压，以减少向第二主偏置电压的转变时间。
通过以下参考附图的详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将能够被本发明的本领域普通技术人员更好地理解。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的图像感测设备的框图；
图2是示出在图1的图像感测设备中所采用的斜坡信号生成器的示例的框图；
图3是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的增益生成电路的电路图；
图4是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路和升压电路的一个示例的电路图；
图5是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路和升压电路的另一示例的电路图；
图6是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路和升压电路的又一示例的电路图；
图7是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的斜坡信号生成电路的一个示例的电路图；
图8是示出图1的斜坡信号生成器的操作的示例的定时图；
图9是示出根据本公开的第二实施例的图像感测设备的框图；
图10是示出在图9的图像感测设备中所采用的斜坡信号生成器的框图；
图11是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的增益生成电路的电路图；
图12是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路和升压电路的一个示例的电路图；
图13是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路和升压电路的另一示例的电路图；
图14是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路和升压电路的又一示例的电路图；
图15是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的斜坡信号生成电路的电路图；以及
图16是示出图9所示的斜坡信号生成器的操作的定时图。
具体实施方式
下面参考附图描述各种实施例，以便向本公开所属领域的技术人员详细描述本公开，本公开所属的领域的普通技术人员容易地实施本公开的发明。
在整个说明书中，当一个元件被称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，该元件可以直接连接到或耦合到另一元件，或者电连接到或耦合到另一元件，其间插入有一个或多个元件。另外，还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”和“含有”指定所述元件的存在，并且不排除一个或多个其他元件的存在或增加，除非另有说明。在整个说明书的描述中，一些组件以单数形式描述，但是本公开不限于此，并且将理解，组件可以形成为复数个组件。
附图是各种实施例的示意图。这样，可以预期由于例如制造技术和/或公差而导致的与图示的配置和形状的不同。因此，所描述的实施例不应当被解释为限于本文中示出的特定构造和形状，而是可以包括不脱离所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的构造和形状上的偏差。
本文中参考本发明的理想实施例的简化的截面和/或平面图来描述本发明。然而，本发明的实施例不应当被解释为限制发明构思。尽管将示出和描述本发明的一些实施例，但是本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变。
应当理解，附图是所描述的设备的简化示意图，并且可能没有包括众所周知的细节，以避免使本发明的特征模糊。
还应当注意，在不脱离本发明的范围的情况下，一个实施例中存在的特征可以与另一实施例的一个或多个特征一起使用。
还应当注意，在各个附图中，相同的附图标记指代相同的元素。
图1是示出根据本公开的第一实施例的图像感测设备100的框图。
参考图1，图像感测设备100可以包括行控制器110、像素阵列120、斜坡信号生成器130和信号转换器140。
行控制器110可以生成多个行控制信号CTRL，以用于针对每行来控制像素阵列120。例如，行控制器110可以生成第一行控制信号，以用于控制布置在像素阵列120的第一行中的像素，并且生成第n行控制信号，以用于控制布置在像素阵列120的第n行中的像素，其中“n”是大于2的自然数。
像素阵列120可以包括布置在多个行和多个列的相交处的多个像素。多个像素可以在行控制器110的控制下将每行的多个像素信号VPX输出到信号转换器140。
斜坡信号生成器130可以生成斜坡信号VRAMP。斜坡信号生成器130可以根据模拟增益，来调节斜坡信号VRAMP的斜率。例如，斜坡信号生成器130可以根据低模拟增益，生成具有第一斜率的斜坡信号VRAMP，并且根据高模拟增益，生成具有第二斜率的斜坡信号VRAMP，第二斜率与第一斜率不同。
信号转换器140可以基于多个像素信号VPX和斜坡信号VRAMP，生成多个数字信号DADC。例如，信号转换器140可以包括模数转换器(ADC)。
图2是示出图1所示的斜坡信号生成器130的框图。
参考图2，斜坡信号生成器130可以包括增益生成电路131、偏置电压生成电路133、升压电路135和斜坡信号生成电路137。
增益生成电路131可以基于参考电压VREF和增益码信号GC，生成与模拟增益相对应的偏置电压VB。增益码信号GC可以包括指示模拟增益的多个比特。
偏置电压生成电路133可以基于偏置电压VB，生成主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC。也就是说，偏置电压生成电路133可以根据模拟增益，生成主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC。
升压电路135可以基于偏置电压VB，对主偏置电压VM的输出端子、以及共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。也就是说，升压电路135可以根据模拟增益，对主偏置电压VM的输出端子、以及共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。
斜坡信号生成电路137可以基于主偏置电压VM、共源共栅偏置电压VC和斜坡码信号RC，生成与模拟增益相对应的斜坡信号VRAMP。
图3是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的增益生成电路131的电路图。
参考图3，增益生成电路131可以包括第一至第六元件P11、N11、N12、P12、P13和N13。
第一元件P11可以耦合在高电压端子与第二元件N11之间。第一元件P11可以基于参考电压VREF，生成与参考电压VREF相对应的参考电流。例如，第一元件P11可以包括PMOS晶体管。
第二元件N11可以耦合在第一元件P11与低电压端子之间。第二元件N11可以生成与参考电流相对应的参考偏置电压VR。例如，第二元件N11可以包括二极管连接的NMOS晶体管。
第三元件N12可以耦合在第四元件P12与低电压端子之间。第三元件N12可以基于参考偏置电压VR，生成与参考电流相对应的增益电流。由于第二元件N11和第三元件N12以镜像结构彼此耦合，所以增益电流可以是通过对参考电流进行镜像而生成的电流。例如，第三元件N12可以包括NMOS晶体管。
第四元件P12可以耦合在高电压端子与第三元件N12之间。第四元件P12可以基于增益码信号GC，根据模拟增益来调节增益电流，并且生成与增益电流相对应的增益偏置电压VG。例如，第四元件P12可以包括多个PMOS晶体管。由于多个PMOS晶体管是分别通过包括在增益码信号GC中的多个比特来选择的，从而第四元件P12的大小可以根据增益码信号GC来调节。多个PMOS晶体管中的每个PMOS晶体管可以是二极管连接的PMOS晶体管。
第五元件P13可以耦合在高电压端子与第六元件N13之间。第五元件P13可以基于增益偏置电压VG，生成与增益电流相对应的偏置电流。由于第四元件P12和第五元件P13以镜像结构彼此耦合，所以偏置电流可以是通过对增益电流进行镜像而生成的电流。例如，第五元件P13可以包括PMOS晶体管。
第六元件N13可以耦合在第五元件P13与低电压端子之间。第六元件N13可以生成与偏置电流相对应的偏置电压VB。例如，第六元件N13可以是二极管连接的NMOS晶体管。
图4是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路133和升压电路135的一个示例的电路图。
参考图4，偏置电压生成电路133可以包括主级133B和共源共栅级133A。
主级133B可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。主级133B可以基于与模拟增益相对应的偏置电压VB，生成主偏置电压VM。换言之，主级133B可以基于偏置电压VB，在主偏置电压VM的输出端子处生成主电流。
例如，主级133B可以包括第一元件N24和第二元件P24。第一元件N24可以耦合在低电压端子与第二元件P24之间。第一元件N24可以基于偏置电压VB生成主电流。例如，第一元件N24可以包括NMOS晶体管。第二元件P24可以耦合在高电压端子与第一元件N24之间。第二元件P24可以生成与主电流相对应的主偏置电压VM。例如，第二元件P24可以包括二极管连接的PMOS晶体管。
共源共栅级133A可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。共源共栅级133A可以基于偏置电压VB，生成共源共栅偏置电压VC。换言之，共源共栅级133A可以在共源共栅偏置电压VC的输出端子处，生成共源共栅电流。
例如，共源共栅级133A可以包括第一元件N22和第二元件P22。第一元件N22可以耦合在低电压端子与第二元件P22之间。第一元件N22可以基于偏置电压VB生成共源共栅电流。例如，第一元件N22可以包括NMOS晶体管。第二元件P22可以耦合在高电压端子与第一元件N22之间。第二元件P22可以生成与共源共栅电流相对应的共源共栅偏置电压VC。例如，第二元件P22可以包括二极管连接的PMOS晶体管。
升压电路135可以包括主升压级135B和共源共栅升压级135A。
主升压级135B可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。主升压级135B可以在模拟增益被改变时的初始时段期间，基于偏置电压VB和升压控制信号BST，向主偏置电压VM的输出端子供应主升压电流。换言之，在紧接在模拟增益被改变之后的初始时段期间，主升压级135B可以将主升压电流添加到主偏置电压VM的输出端子。因此，主升压级135B可以在初始时段期间减少主偏置电压VM的稳定时间或转变时间。升压控制信号BST可以在初始时段期间被激活。
例如，主升压级135B可以包括第一元件N23、第一开关元件S23、第二元件P23和第二开关元件S24。第一元件N23可以耦合在低电压端子与第一开关元件S23之间。第一元件N23可以基于偏置电压VB生成主升压电流。例如，第一元件N23可以包括NMOS晶体管。第一开关元件S23可以耦合在第一元件N23与第二元件P23之间。第一开关元件S23可以基于升压控制信号BST，将第一元件N23选择性地耦合到第二元件P23。例如，第一开关元件S23可以在初始时段期间，将第一元件N23与第二元件P23电耦合，并且在除了初始时段之外的其他时段期间，将第一元件N23与第二元件P23电去耦合。第二元件P23可以耦合在高电压端子与第一开关元件S23之间。第二元件P23可以在主偏置电压VM的输出端子处，生成主升压电流。例如，第二元件P23可以包括二极管连接的PMOS晶体管。第二开关元件S24可以耦合在第二元件P23中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与主偏置电压VM的输出端子之间。第二开关元件S24可以基于升压控制信号BST，将第二元件P23中所包括的PMOS晶体管的栅极端子选择性地耦合到主偏置电压VM的输出端子。例如，第二开关元件S24可以在初始时段期间，将第二元件P23中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与主偏置电压VM的输出端子电耦合，并且在除了初始时段之外的其他时段期间，将第二元件P23中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与主偏置电压VM的输出端子电去耦合。
共源共栅升压级135A可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。共源共栅升压级135A可以在初始时段期间，基于偏置电压VB和升压控制信号BST，向共源共栅偏置电压VC的输出端子供应共源共栅升压电流。换言之，共源共栅升压级135A可以在初始时段期间，将共源共栅升压电流添加到共源共栅偏置电压VC的输出端子。因此，共源共栅升压级135A可以在初始时段期间，减少共源共栅偏置电压VC的稳定时间或转变时间。
例如，共源共栅升压级135A可以包括第一元件N21、第一开关元件S21、第二元件P21和第二开关元件S22。第一元件N21可以耦合在低电压端子与第一开关元件S21之间。第一元件N21可以基于偏置电压VB，生成共源共栅升压电流。例如，第一元件N21可以包括NMOS晶体管。第一开关元件S21可以耦合在第一元件N21与第二元件P21之间。第一开关元件S21可以基于升压控制信号BST，将第一元件N21选择性地耦合到第二元件P21。例如，第一开关元件S21可以在初始时段期间，将第一元件N21与第二元件P21电耦合，并且在除了初始时段之外的其他时段期间，将第一元件N21与第二元件P21电去耦合。第二元件P21可以耦合在高电压端子与第一开关元件S21之间。第二元件P21可以在共源共栅偏置电压VC的输出端子处，生成共源共栅升压电流。例如，第二元件P21可以包括二极管连接的PMOS晶体管。第二开关元件S22可以耦合在第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与共源共栅偏置电压VC的输出端子之间。第二开关元件S22可以基于升压控制信号BST，将第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子选择性地耦合到共源共栅偏置电压VC的输出端子。例如，第二开关元件S22可以在初始时段期间，将第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与共源共栅偏置电压VC的输出端子电耦合，并且在除了初始时段之外的其他时段期间，将第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与共源共栅偏置电压VC的输出端子电去耦合。
图5是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路133和升压电路135的另一示例的电路图。图6是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路133和升压电路135的又一示例的电路图。
与图4所示的示例相比，图5所示的示例和图6所示的示例还可以具有以下特征：共源共栅升压电流可以被调谐。以上特征可以进一步减少共源共栅偏置电压VC的稳定时间。在下文中，将仅描述用于调谐共源共栅升压电流的配置。
参考图5，共源共栅升压级135A中所包括的第一元件N21可以基于控制码信号CC，调节共源共栅升压电流。例如，第一元件N21可以包括多个NMOS晶体管。多个NMOS晶体管分别通过被包括在控制码信号CC中的多个比特来选择，从而第一元件N21的大小可以根据控制码信号CC来调节。
参考图6，共源共栅升压级135A中所包括的第二元件P21可以基于控制码信号CC，调节共源共栅升压电流。例如，第二元件P21可以包括多个PMOS晶体管。多个PMOS晶体管分别通过被包括在控制码信号CC中的多个比特来选择，从而第二元件P21的大小可以根据控制码信号CC来调节。多个PMOS晶体管中的每个PMOS晶体管可以是二极管连接的PMOS晶体管。
尽管本实施例描述了其中共源共栅升压电流被调谐的一个示例，但是本公开不一定限于此，并且主升压电流也可以被调谐。例如，主升压级135B可以按照与图5或图6所示的共源共栅升压级135A相同的方式进行设计。然而，主升压级135B可以根据与控制码信号CC不同的控制码信号来控制。
图7是示出在图2的斜坡信号生成器中所采用的斜坡信号生成电路137的电路图。
参考图7，斜坡信号生成电路137可以包括多个主电流单元P31至P3n、多个共源共栅电流单元P41至P4n、多个开关元件S31至S3n以及电流-电压转换器RR。
多个主电流单元P31至P3n可以分别耦合在高电压端子与多个共源共栅电流单元P41至P4n之间。多个主电流单元P31至P3n中的每个主电流单元可以基于主偏置电压VM，生成单位斜坡电流。例如，多个主电流单元P31至P3n中的每个可以包括PMOS晶体管。
多个共源共栅电流单元P41至P4n可以分别耦合在多个主电流单元P31至P3n与多个开关元件S31至S3n之间。多个共源共栅电流单元P41至P4n可以分别与多个主电流单元P31至P3n一起生成单位斜坡电流。例如，多个共源共栅电流单元P41至P4n中的每个共源共栅电流单元可以包括PMOS晶体管。
多个开关元件S31至S3n可以分别耦合在多个共源共栅电流单元P41至P4n与斜坡信号VRAMP的输出端子之间。多个开关元件S31至S3n可以分别基于被包括在斜坡码信号RC中的多个比特，被顺序地控制。
电流-电压转换器RR可以耦合在斜坡信号VRAMP的输出端子与低电压端子之间。电流-电压转换器RR可以将供应给斜坡信号VRAMP的输出端子的多个单位斜坡电流的经加和的电流，转换成斜坡信号VRAMP。例如，电流-电压转换器RR可以包括电阻器。
在下文中，将描述根据本公开的第一实施例的图像感测设备100的操作，图像感测设备100具有上述配置。
当行控制器110顺序地生成行控制信号CTRL时，行控制信号CTRL在每个行时间被分配给像素阵列120的每行，像素阵列120可以基于行控制信号CTRL，生成针对每行的多个像素信号VPX。
斜坡信号生成器130可以生成斜坡信号VRAMP，斜坡信号VRAMP对于每个行时间在预定摆动范围内斜坡变化。斜坡信号生成器130可以根据模拟增益，调节斜坡信号VRAMP的斜率。也就是说，当模拟增益被改变时，斜坡信号生成器130可以改变斜坡信号VRAMP的斜率。
信号转换器140可以基于斜坡信号VRAMP和多个像素信号VPX，生成多个数字信号DADC。
图8是示出图1所示的斜坡信号生成器130的操作的定时图。
参考图8，斜坡信号生成器130可以根据模拟增益，调节斜坡信号VRAMP的斜率。特别地，斜坡信号生成器130可以生成主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC的电压水平根据模拟增益来调节，并且斜坡信号生成器130可以基于主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，调节斜坡信号VRAMP的斜率。其更详细的描述如下。
斜坡信号生成器130可以根据低模拟增益，生成如下主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，该主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC均具有第一电压水平，并且斜坡信号生成器130可以基于均具有第一电压水平的主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，生成具有第一斜率的斜坡信号VRAMP，该斜坡信号VRAMP与低模拟增益相对应。
当低模拟增益改变为高模拟增益时，斜坡信号生成器130可以生成如下主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，该主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC均具有与第一电压水平不同的第二电压水平。特别地，当低模拟增益改变为高模拟增益时，在模拟增益被改变时的初始时段期间，斜坡信号生成器130可以对主偏置电压VM的输出端子、以及共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。换言之，斜坡信号生成器130可以将主升压电流添加到主偏置电压VM的输出端子，并且将共源共栅升压电流添加到共源共栅偏置电压VC的输出端子。因此，由于主偏置电压VM的输出端子、以及共源共栅偏置电压VC的输出端子在初始时段期间进行升压，所以主偏置电压VM的稳定时间或转变时间、以及共源共栅偏置电压VC的稳定时间可以最小化。
斜坡信号生成器130可以基于如下主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，生成具有与第一斜率不同的第二斜率的斜坡信号VRAMP，该主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC均具有第二电压水平、且与高模拟增益相对应。
斜坡信号生成器130可以通过如下调谐来优化共源共栅偏置电压VC的稳定时间，该调谐即基于控制码信号CC来调节共源共栅升压电流。备选地，斜坡信号生成器130可以通过如下来优化共源共栅偏置电压VC的稳定时间、以及主偏置电压VM的稳定时间：第一调谐，即基于控制码信号CC来调节共源共栅升压电流的调谐；以及第二调谐，即基于其他控制码信号来调节主升压电流的调谐。
由于将高模拟增益改变为低模拟增益的过程与上述过程相似，因此将省略其详细描述。
根据本公开的第一实施例，当模拟增益被改变时，主偏置电压的稳定时间和共源共栅偏置电压的稳定时间可以减少。
图9是示出根据本公开的第二实施例的图像感测设备200的框图。
参考图9，图像感测设备200可以包括行控制器210、像素阵列220、斜坡信号生成器230和信号转换器240。
行控制器210可以生成多个行控制信号CTRL，以用于针对每行来控制像素阵列220。例如，行控制器210可以生成第一行控制信号，以用于控制布置在像素阵列220的第一行中的像素，并且生成第n行控制信号，以用于控制布置在像素阵列220的第n行中的像素，其中“n”是大于2的自然数。
像素阵列220可以包括多个像素，多个像素被布置在多个行和多个列的相交处。多个像素可以在行控制器210的控制下，将针对每行的多个像素信号VPX输出到信号转换器240。
斜坡信号生成器230可以生成斜坡信号VRAMP。斜坡信号生成器230可以根据模拟增益，调节斜坡信号VRAMP的斜率。例如，斜坡信号生成器230可以根据低模拟增益，生成具有第一斜率的斜坡信号VRAMP，并且根据高模拟增益，生成具有第二斜率的斜坡信号VRAMP，第二斜率与第一斜率不同。
信号转换器240可以基于多个像素信号VPX、以及斜坡信号VRAMP，生成多个数字信号DADC。例如，信号转换器240可以包括模数转换器(ADC)。
图10是示出图9所示的斜坡信号生成器230的框图。
参考图10，斜坡信号生成器230可以包括增益生成电路231、偏置电压生成电路233、升压电路235和斜坡信号生成电路237。
增益生成电路231可以基于参考电压VREF和增益码信号GC，生成与模拟增益相对应的偏置电压VB。增益码信号GC可以包括指示模拟增益的多个比特。
偏置电压生成电路233可以基于偏置电压VB，生成主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC。也就是说，偏置电压生成电路233可以根据模拟增益，生成主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC。
升压电路235可以基于偏置电压VB，对共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。也就是说，升压电路235可以根据模拟增益，对共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。
斜坡信号生成电路237可以基于主偏置电压VM、共源共栅偏置电压VC和斜坡码信号RC，生成与模拟增益相对应的斜坡信号VRAMP。
图11是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的增益生成电路231的电路图。
参考图11，增益生成电路231可以包括第一至第六元件P11、N11、N12、P12、P13和N13。
第一元件P11可以耦合在高电压端子与第二元件N11之间。第一元件P11可以基于参考电压VREF，生成与参考电压VREF相对应的参考电流。例如，第一元件P11可以包括PMOS晶体管。
第二元件N11可以耦合在第一元件P11与低电压端子之间。第二元件N11可以生成与参考电流相对应的参考偏置电压VR。例如，第二元件N11可以包括二极管连接的NMOS晶体管。
第三元件N12可以耦合在第四元件P12和低电压端子之间。第三元件N12可以基于参考偏置电压VR，生成与参考电流相对应的增益电流。由于第二元件N11和第三元件N12以镜像结构彼此耦合，所以增益电流可以是通过对参考电流进行镜像而生成的电流。例如，第三元件N12可以包括NMOS晶体管。
第四元件P12可以耦合在高电压端子与第三元件N12之间。第四元件P12可以基于增益码信号GC，根据模拟增益来调节增益电流，并且生成与增益电流相对应的增益偏置电压VG。例如，第四元件P12可以包括多个PMOS晶体管。由于多个PMOS晶体管分别通过被包括在增益码信号GC中的多个比特来选择，第四元件P12的大小可以根据增益码信号GC来调节。多个PMOS晶体管中的每个PMOS晶体管可以是二极管连接的PMOS晶体管。
第五元件P13可以耦合在高电压端子与第六元件N13之间。第五元件P13可以基于增益偏置电压VG，生成与增益电流相对应的偏置电流。由于第四元件P12和第五元件P13以镜像结构彼此耦合，所以偏置电流可以是通过对增益电流进行镜像而生成的电流。例如，第五元件P13可以包括PMOS晶体管。
第六元件N13可以耦合在第五元件P13与低电压端子之间。第六元件N13可以生成与偏置电流相对应的偏置电压VB。例如，第六元件N13可以是二极管连接的NMOS晶体管。
图12是示出在图10的斜坡信号生成器中采用的偏置电压生成电路233和升压电路235的示例的电路图。
参考图12，偏置电压生成电路233可以包括主级233B和共源共栅级233A。
主级233B可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。主级233B可以基于与模拟增益相对应的偏置电压VB，生成主偏置电压VM。换言之，主级233B可以基于偏置电压VB，在主偏置电压VM的输出端子处生成主电流。
例如，主级233B可以包括第一元件N24和第二元件P24。第一元件N24可以耦合在低电压端子与第二元件P24之间。第一元件N24可以基于偏置电压VB生成主电流。例如，第一元件N24可以包括NMOS晶体管。第二元件P24可以耦合在高电压端子与第一元件N24之间。第二元件P24可以生成与主电流相对应的主偏置电压VM。例如，第二元件P24可以包括二极管连接的PMOS晶体管。
共源共栅级233A可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。共源共栅级233A可以基于偏置电压VB，生成共源共栅偏置电压VC。换言之，共源共栅级233A可以在共源共栅偏置电压VC的输出端子处，生成共源共栅电流。
例如，共源共栅级233A可以包括第一元件N22和第二元件P22。第一元件N22可以耦合在低电压端子与第二元件P22之间。第一元件N22可以基于偏置电压VB，生成共源共栅电流。例如，第一元件N22可以包括NMOS晶体管。第二元件P22可以耦合在高电压端子与第一元件N22之间。第二元件P22可以生成与共源共栅电流相对应的共源共栅偏置电压VC。例如，第二元件P22可以包括二极管连接的PMOS晶体管。
升压电路235可以包括共源共栅升压级，用于对共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。在下文中，升压电路235被称为“共源共栅升压级”。
共源共栅升压级235可以耦合在高电压端子与低电压端子之间。共源共栅升压级235可以基于偏置电压VB和升压控制信号BST，向共源共栅偏置电压VC的输出端子供应共源共栅升压电流。换言之，共源共栅升压级235可以在初始时段期间，将共源共栅升压电流添加到共源共栅偏置电压VC的输出端子。因此，共源共栅升压级235可以在初始时段期间，减少共源共栅偏置电压VC的稳定时间或转变时间。
例如，共源共栅升压级235可以包括第一元件N21、第一开关元件S21、第二元件P21和第二开关元件S22。第一元件N21可以耦合在低电压端子与第一开关元件S21之间。第一元件N21可以基于偏置电压VB，生成共源共栅升压电流。例如，第一元件N21可以包括NMOS晶体管。第一开关元件S21可以耦合在第一元件N21与第二元件P21之间。第一开关元件S21可以基于升压控制信号BST，将第一元件N21选择性地耦合到第二元件P21。例如，第一开关元件S21可以在初始时段期间，将第一元件N21与第二元件P21电耦合，并且第一开关元件S21可以在除了初始时段之外的其他时段期间，将第一元件N21与第二元件P21电去耦合。第二元件P21可以耦合在高电压端子与第一开关元件S21之间。第二元件P21可以在共源共栅偏置电压VC的输出端子处，生成共源共栅升压电流。例如，第二元件P21可以包括二极管连接的PMOS晶体管。第二开关元件S22可以耦合在第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与共源共栅偏置电压VC的输出端子之间。第二开关元件S22可以基于升压控制信号BST，将第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子选择性地耦合到共源共栅偏置电压VC的输出端子。例如，第二开关元件S22可以在初始时段期间，将第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与共源共栅偏置电压VC的输出端子电耦合，并且第二开关元件S22可以在除了初始时段之外的其他时段期间，将第二元件P21中所包括的PMOS晶体管的栅极端子与共源共栅偏置电压VC的输出端子电去耦合。
图13是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路233和升压电路235的另一示例的电路图。图14是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的偏置电压生成电路233和升压电路235的又一示例的电路图。
与图12所示的示例相比，图13所示的示例和图14所示的示例还可以具有如下特征：共源共栅升压电流可以被调谐。以上特征可以进一步减少共源共栅偏置电压VC的稳定时间。在下文中，将仅描述用于调谐共源共栅升压电流的配置。
参考图13，共源共栅升压级235中所包括的第一元件N21可以基于控制码信号CC，调节共源共栅升压电流。例如，第一元件N21可以包括多个NMOS晶体管。多个NMOS晶体管分别通过被包括在控制码信号CC中的多个比特来选择，使得第一元件N21的大小可以根据控制码信号CC来调节。
参考图14，共源共栅升压级235中所包括的第二元件P21可以基于控制码信号CC，调节共源共栅升压电流。例如，第二元件P21可以包括多个PMOS晶体管。多个PMOS晶体管分别通过被包括在控制码信号CC中的多个比特来选择，使得第二元件P21的大小可以根据控制码信号CC来调节。多个PMOS晶体管中的每个PMOS晶体管可以是二极管连接的PMOS晶体管。
图15是示出在图10的斜坡信号生成器中所采用的斜坡信号生成电路237的电路图。
参考图15，斜坡信号生成电路237可以包括多个主电流单元P31至P3n、多个共源共栅电流单元P41至P4n、多个开关元件S31至S3n以及电流-电压转换器RR。
多个主电流单元P31至P3n可以分别耦合在高电压端子与多个共源共栅电流单元P41至P4n之间。多个主电流单元P31至P3n中的每个主电流单元可以基于主偏置电压VM，生成单位斜坡电流。例如，多个主电流单元P31至P3n中的每个主电流单元可以包括PMOS晶体管。
多个共源共栅电流单元P41至P4n可以分别耦合在多个主电流单元P31至P3n与多个开关元件S31至S3n之间。多个共源共栅电流单元P41至P4n可以分别与多个主电流单元P31至P3n一起生成单位斜坡电流。例如，多个共源共栅电流单元P41至P4n中的每个共源共栅电流单元可以包括PMOS晶体管。
多个开关元件S31至S3n可以分别耦合在多个共源共栅电流单元P41至P4n与斜坡信号VRAMP的输出端子之间。多个开关元件S31至S3n可以分别基于斜坡码信号RC中所包括的多个比特，被顺序地控制。
电流-电压转换器RR可以耦合在斜坡信号VRAMP的输出端子与低电压端子之间。电流-电压转换器RR可以将供应给斜坡信号VRAMP的输出端子的多个单位斜坡电流的经加和的电流，转换成斜坡信号VRAMP。例如，电流-电压转换器RR可以包括电阻器。
在下文中，将描述根据本公开的第二实施例的图像感测设备200的操作，图像感测设备200具有上述配置。
当行控制器210顺序地生成行控制信号CTRL时，行控制信号CTRL在每行时间被分配给像素阵列220的每行，像素阵列220可以基于行控制信号CTRL，生成针对每行的多个像素信号VPX。
斜坡信号生成器230可以生成斜坡信号VRAMP，斜坡信号VRAMP对于每个行时间在预定摆动范围内斜坡变化。斜坡信号生成器230可以根据模拟增益，调节斜坡信号VRAMP的斜率。也就是说，当模拟增益被改变时，斜坡信号生成器230可以改变斜坡信号VRAMP的斜率。
信号转换器240可以基于斜坡信号VRAMP和多个像素信号VPX，生成多个数字信号DADC。
图16是示出图9所示的斜坡信号生成器230的操作的定时图。
参考图16，斜坡信号生成器230可以根据模拟增益，调节斜坡信号VRAMP的斜率。具体地，斜坡信号生成器230可以生成主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC的电压水平根据模拟增益来调节，并且斜坡信号生成器230可以基于主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，调节斜坡信号VRAMP的斜率。其更详细的描述如下。
斜坡信号生成器230可以根据低模拟增益，生成如下主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，该主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC均具有第一电压水平，并且斜坡信号生成器230可以基于与低模拟增益相对应的、均具有第一电压水平的主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，生成具有第一斜率的斜坡信号VRAMP。
当低模拟增益改变为高模拟增益时，斜坡信号生成器230可以生成如下主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC，该主偏置电压VM和共源共栅偏置电压VC均具有与第一电压水平不同的第二电压水平。特别地，当低模拟增益改变为高模拟增益时，在模拟增益被改变时的初始时段期间，斜坡信号生成器230可以对共源共栅偏置电压VC的输出端子进行升压。换言之，斜坡信号生成器230可以将共源共栅升压电流添加到共源共栅偏置电压VC的输出端子。因此，由于共源共栅偏置电压VC的输出端子在初始时段期间进行升压，共源共栅偏置电压VC的稳定时间或转变时间可以最小化。
斜坡信号生成器230可以通过调谐来优化共源共栅偏置电压VC的稳定时间，调谐即基于控制码信号CC来调节共源共栅升压电流。
由于将高模拟增益改变为低模拟增益的过程与上述过程相似，因此将省略其详细描述。
根据本公开的第二实施例，当模拟增益被改变时，共源共栅偏置电压的稳定时间可以减少。
根据本公开的实施例，即使模拟增益被改变，图像感测设备的操作可靠性也可以通过稳定地生成和使用斜坡信号来改进。
尽管已经参考实施例对本发明进行了具体描述，但是应当注意，所公开的实施例是出于说明性目的而非限制性目的而被提供。此外，本领域技术人员将理解，在本发明的范围内，通过各种替换、改变和修改，各种实施例是可能的。
本文中已经公开了示例实施例，并且尽管采用了特定术语，但是这些术语仅在一般性和描述性意义上使用和解释，而不是出于限制的目的。在某些情况下，对于本申请的本领域普通技术人员而言很清楚的是，结合特定实施例描述的特征、特性和/或元素可以单独使用或者与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元素组合使用，除非另外特别指出。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (22)

1.一种图像感测设备，包括：
斜坡信号生成电路，适于基于主偏置电压、共源共栅偏置电压和多个斜坡码信号，生成斜坡信号，所述斜坡信号与模拟增益相对应；
偏置电压生成电路，适于根据所述模拟增益，生成所述主偏置电压和所述共源共栅偏置电压；以及
升压电路，适于根据所述模拟增益，对所述共源共栅偏置电压的输出端子进行升压。
2.根据权利要求1所述的图像感测设备，其中所述升压电路在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被启用。
3.根据权利要求1所述的图像感测设备，其中所述升压电路通过向所述共源共栅偏置电压的所述输出端子添加第一升压电流，来对所述共源共栅偏置电压的所述输出端子进行升压。
4.根据权利要求1所述的图像感测设备，其中所述升压电路包括：
第一元件，被耦合在第一电压端子与第一耦合节点之间，并且所述第一元件适于基于与所述模拟增益相对应的偏置电压，生成第一升压电流；
第一开关元件，被耦合在所述第一耦合节点与第二耦合节点之间，并且所述第一开关元件适于基于升压控制信号，来将所述第一耦合节点选择性地耦合到所述第二耦合节点，所述升压控制信号在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被激活；
第二元件，被耦合在所述第二耦合节点与第二电压端子之间，并且所述第二元件适于将所述第一升压电流供应给供应节点；以及
第二开关元件，被耦合在所述供应节点与所述共源共栅偏置电压的所述输出端子之间，并且所述第二开关元件适于基于所述升压控制信号，将所述供应节点选择性地耦合到所述共源共栅偏置电压的所述输出端子。
5.根据权利要求4所述的图像感测设备，其中所述第一元件基于多个控制码信号来调节所述第一升压电流。
6.根据权利要求4所述的图像感测设备，其中所述第二元件基于多个控制码信号来调节所述第一升压电流。
7.根据权利要求1所述的图像感测设备，其中所述升压电路根据所述模拟增益，对所述主偏置电压的输出端子进行升压。
8.根据权利要求7所述的图像感测设备，其中所述升压电路在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被启用。
9.根据权利要求7所述的图像感测设备，其中所述升压电路通过向所述主偏置电压的所述输出端子添加第二升压电流，对所述主偏置电压的所述输出端子进行升压。
10.根据权利要求7所述的图像感测设备，其中所述升压电路包括：
第三元件，被耦合在第一电压端子与第三耦合节点之间，并且所述第三元件适于基于与所述模拟增益相对应的偏置电压，生成第二升压电流；
第三开关元件，被耦合在所述第三耦合节点与第四耦合节点之间，并且所述第三开关元件适于基于升压控制信号，将所述第三耦合节点选择性地耦合到所述第四耦合节点，所述升压控制信号在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被激活；
第四元件，被耦合在所述第四耦合节点与第二电压端子之间，并且所述第四元件适于将所述第二升压电流供应给供应节点；以及
第四开关元件，被耦合在所述供应节点与所述主偏置电压的所述输出端子之间，并且所述第四开关元件适于基于所述升压控制信号，将所述供应节点选择性地耦合到所述主偏置电压的所述输出端子。
11.一种图像感测设备，包括：
第一级，被耦合在第一电压端子与第二电压端子之间，并且所述第一级适于基于与模拟增益相对应的偏置电压，向主偏置电压的输出端子供应主电流；
第二级，被耦合在所述第一电压端子与所述第二电压端子之间，并且所述第二级适于基于所述偏置电压，向共源共栅偏置电压的输出端子供应共源共栅电流；
第三级，被耦合在所述第一电压端子与所述第二电压端子之间，并且所述第三级适于基于所述偏置电压和升压控制信号，向所述共源共栅偏置电压的所述输出端子供应第一升压电流；以及
斜坡信号生成电路，被耦合在所述第一电压端子与所述第二电压端子之间，并且所述斜坡信号生成电路适于基于所述主偏置电压、所述共源共栅偏置电压和多个斜坡码信号，生成斜坡信号，所述斜坡信号与所述模拟增益相对应。
12.根据权利要求11所述的图像感测设备，其中所述升压控制信号在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被激活。
13.根据权利要求11所述的图像感测设备，其中所述第三级包括：
第一元件，被耦合在所述第一电压端子与第一耦合节点之间，并且所述第一元件适于基于所述偏置电压，生成所述第一升压电流；
第一开关元件，被耦合在所述第一耦合节点与第二耦合节点之间，并且所述第一开关元件适于基于所述升压控制信号，将所述第一耦合节点选择性地耦合到所述第二耦合节点，所述升压控制信号在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被激活；
第二元件，被耦合在所述第二耦合节点与所述第二电压端子之间，并且所述第二元件适于将所述第一升压电流供应给供应节点；以及
第二开关元件，被耦合在所述供应节点与所述共源共栅偏置电压的所述输出端子之间，并且所述第二开关元件适于基于所述升压控制信号，将所述供应节点选择性地耦合到所述共源共栅偏置电压的所述输出端子。
14.根据权利要求13所述的图像感测设备，其中所述第一元件基于多个控制码信号来调节所述第一升压电流。
15.根据权利要求13所述的图像感测设备，其中所述第二元件基于多个控制码信号来调节所述第一升压电流。
16.根据权利要求11所述的图像感测设备，还包括第四级，所述第四级被耦合在所述第一电压端子与所述第二电压端子之间，并且所述第四级适于基于所述偏置电压和所述升压控制信号，向所述主偏置电压的所述输出端子供应第二升压电流。
17.根据权利要求16所述的图像感测设备，其中所述第四级包括：
第三元件，被耦合在所述第一电压端子与第三耦合节点之间，并且所述第三元件适于基于所述偏置电压，生成所述第二升压电流；
第三开关元件，被耦合在所述第三耦合节点与第四耦合节点之间，并且所述第三开关元件适于基于所述升压控制信号，将所述第三耦合节点选择性地耦合到所述第四耦合节点，所述升压控制信号在所述模拟增益被改变时的初始时段期间被激活；
第四元件，被耦合在所述第四耦合节点与所述第二电压端子之间，并且所述第四元件适于将所述第二升压电流供应给供应节点；以及
第四开关元件，被耦合在所述供应节点与所述主偏置电压的所述输出端子之间，并且所述第四开关元件适于基于所述升压控制信号，将所述供应节点选择性地耦合到所述主偏置电压的所述输出端子。
18.一种图像感测设备的操作方法，所述图像感测设备生成并且使用斜坡信号，所述斜坡信号的斜率根据模拟增益而被调节，所述操作方法包括：
基于与第一模拟增益相对应的主偏置电压和共源共栅偏置电压，生成具有第一斜率的所述斜坡信号；
将所述第一模拟增益改变为第二模拟增益；
在所述第二模拟增益被改变时的初始时段期间，对所述共源共栅偏置电压的输出端子进行升压；以及
基于与所述第二模拟增益相对应的所述主偏置电压和所述共源共栅偏置电压，生成具有第二斜率的所述斜坡信号。
19.根据权利要求18所述的操作方法，其中所述共源共栅偏置电压的所述输出端子通过向所述共源共栅偏置电压的所述输出端子添加升压电流来被升压。
20.根据权利要求18所述的操作方法，其中对所述共源共栅偏置电压的所述输出端子进行升压包括：
在所述初始时段期间，基于多个控制码信号调节升压电流；以及
向所述共源共栅偏置电压的所述输出端子添加所述升压电流。
21.根据权利要求18所述的操作方法，还包括：在生成具有所述第二斜率的所述斜坡信号之前，在所述初始时段期间对所述主偏置电压的输出端子进行升压。
22.根据权利要求21所述的操作方法，其中所述主偏置电压的所述输出端子通过向所述主偏置电压的所述输出端子添加升压电流来被升压。
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