CN114567736A - 具有高供电噪声抑制的电流转向架构 - Google Patents

具有高供电噪声抑制的电流转向架构 Download PDF

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Abstract

描述了用于实现斜坡电压发生器与提供高供电噪声抑制的电流转向架构的技术。例如，电流转向架构使用采样保持块和驱动器块来控制和驱动电流转向网络。两者都生成跟踪供电电压变化的信号，这些信号用于生成斜坡电压。对于图像传感器应用，当斜坡电压较低时，图像对斜坡噪声的容忍可能非常低，但随着斜坡电压的增加，容忍可能会明显增加。这样，实施例可以被实现为在低斜坡电压下提供高PSR，即使PSR在更高的斜坡电压下退化，同时在整个斜坡电压上维持高线性度。

Description

具有高供电噪声抑制的电流转向架构
技术领域
本发明总体上涉及图像传感器。更具体地，实施例涉及电流转向架构与斜坡发生器电路适用于互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)图像传感器中的像素转换，其中，该电流转向架构提供高供电噪声抑制。
背景技术
许多电子设备包括依赖数字图像传感器的照相机和其他功能。例如，大多数现代智能手机都包括一个或多个依靠数字图像传感硬件和软件来捕获和处理图像的数码相机。这种应用通常使用互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS image sensor，CIS)来执行图像感测。随着时间的推移，消费者希望提高这些图像传感器的性能，包括更高的分辨率和更低的噪声。此外，特别是在(例如，具有固定电池容量的)便携式电子设备中，希望提供这样的功能而不会不利地影响功耗和动态范围。例如，模拟供电即使不占主导地位，也是现代CIS功耗的重要组成部分。因此，在便携式电子设备中实现高性能CIS可能涉及在严格的功率效率和噪声约束下设计模数转换器(analog-to-digital converters，ADC)和其他组件。
CMOS图像传感器中的ADC将模拟像素信息转换为数字代码。传统架构通常包括基于斜坡的ADC，该ADC将模拟像素输出电压(对应于像素检测到的信号强度)与参考斜坡电压进行比较。通常，在整行像素上共享相同的斜坡电压。由于现代图像传感器通常每行可以包括数千个像素，因此通常可以有数千个比较器在该行中用于模数转换，所有这些都基于相同的斜坡电压。比较器和斜坡发生器可能是每行像素中的重要噪声源，并且图像质量可能在很大程度上取决于将该噪声保持在远低于其他像素噪声(例如，随机像素噪声)。
发明内容
实施例包括斜坡电压发生器与提供高供电噪声抑制的电流转向架构。例如，电流转向架构使用采样保持块和驱动器块来控制和驱动电流转向网络。两者都生成跟踪供电电压变化的信号，这些信号用于生成斜坡电压。对于图像传感器应用，当斜坡电压较低时，图像对斜坡噪声的容忍可能非常低，但随着斜坡电压的增加，容忍可能会明显增加。这样，实施例可以被实现为在低斜坡电压下提供高PSR，即使PSR在更高的斜坡电压下退化，同时在整个斜坡电压上维持高线性度。
根据一组实施例，提供了斜坡电压发生器。斜坡电压发生器包括：采样保持块，用于通过在采样模式下从参考电压集中采样电流参考信号集来生成电流参考信号集，并且在保持模式下，将来自采样的电流参考信号集保持为跟踪到供电电压轨道的供电跟踪参考电压集；电流发生器块，用于基于供电电压轨道和电流参考信号集生成斜坡电流；驱动器，用于响应于斜坡开始/停止信号，生成转向控制信号集，以选择性地指示斜坡运行模式和斜坡停止模式的其中一个，使得至少在指示斜坡运行模式时，转向控制信号集被供电跟踪到供电电压轨道；以及电流转向块，与电流发生器块和驱动器耦合，用于响应于指示斜坡运行模式的转向控制信号集，将斜坡电流转向至负载路径，以生成斜坡电压，并且响应于指示斜坡停止模式的转向控制信号集，将参考电流转向至斜坡停止路径(例如，地面路径)，使得在斜坡运行模式下，基于转向控制信号集和电流参考信号集，斜坡电流被供电跟踪到供电电压轨道。一些这样的实施例被实现为模数转换器的一部分，该模数转换器包括斜坡电压发生器并且还包括多个像素转换比较器，每个像素转换比较器与电流转向块的负载路径耦合，以基于将斜坡电压与多个像素响应输入电压中的相应像素响应输入电压进行比较来生成相应的像素输出。
根据另一组实施例，提供了一种用于生成斜坡电压的方法。该方法包括，响应于在第一时间帧中指示斜坡停止模式的斜坡开始/停止信号：配置采样保持块使用未被跟踪到供电电压轨道的非供电跟踪参考电压集来生成电流参考信号集，从而引导电流发生器块基于非供电跟踪参考电压集来生成斜坡电流；以及配置驱动器生成指示斜坡停止模式的转向控制信号集，从而引导电流转向块将斜坡电流转向至斜坡停止路径。该方法还包括，响应于在第二时间帧中指示斜坡运行模式的斜坡开始/停止信号：配置采样保持块通过将来自采样的电流参考信号集保持为跟踪到供电电压轨道的供电跟踪参考电压集来生成电流参考信号集，从而引导电流发生器块基于供电跟踪参考电压集来生成斜坡电流；以及配置驱动器生成指示斜坡运行模式的转向控制信号集，从而通过将斜坡电流转向至负载路径来引导电流转向块生成斜坡电压，使得在斜坡运行模式下，基于转向控制信号集和电流参考信号集，斜坡电流被供电跟踪到供电电压轨道。
附图说明
本文引用并构成本文一部分的附图说明了本公开的实施例。附图和说明一起用于解释本发明的原理。
图1示出了说明性传统像素模数转换器。
图2示出了图1的三个比较器的说明性输入和输出的简化图。
图3示出了根据本文描述的实施例的新型斜坡电压发生器300的框图。
图4示出了根据本文描述的实施例的适用于斜坡电压发生器的驱动器400的简化电路实现方式。
图5示出了根据本文描述的实施例的适用于斜坡电压发生器的包括采样保持块以及电流转向块的部分电流发生器500的简化电路实现方式。
图6示出了根据各种实施例的用于生成斜坡电压的说明性方法600的流程图。
在附图中，相似的组件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，可以通过以区分类似组件的第二标记跟随参考标记来区分相同类型的各种组件。如果在说明书中仅使用第一参考标记，则该描述适用于具有与第二参考标记无关的相同第一参考标记的任何一个类似部件。
具体实施方式
在下面的描述中，为了彻底理解本发明，提供了许多具体细节。然而，本领域技术人员应该理解，本发明可以在没有这些细节中的一个或多个的情况下实现。在其他示例中，为了简洁起见，将不描述本领域已知的特征和技术。
图1示出了说明性的传统像素模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)100。如图所示，传统ADC 100包括与多个比较器150耦合的传统像素斜坡电压发生器110。传统的像素斜坡电压发生器110生成斜坡电压，该斜坡电压基本上可以是从低起始电平开始并以基本线性的方式充电到高终止电平的电压。传统像素斜坡电压发生器110的简化框图被示为包括斜坡控制器120、电流发生器130以及负载140。为了生成斜坡电压输出(VR)145，斜坡控制器120可以断言(assert)斜坡开始信号125。例如，使用开始/停止(S/S)信号，其中斜坡开始对应于信号的一个状态(例如，高)，并且斜坡停止对应于信号的互补状态(例如，低)。
响应于斜坡开始信号125，电流发生器130开始使充电电流流过负载140，给负载140充电。作为一个示例，电流发生器130包括晶体管等，以将基本恒定的充电电流注入电容性负载140。将充电电流注入负载140可导致电容性负载140两端的电压(对应于VR 145)随时间基本线性增加。作为另一个示例，电流发生器130包括可编程电流源(例如，由输入代码控制的电流数模转换器)，以将变化的充电电流注入电阻性负载140。可编程电流源的输入代码或其他控制在斜坡周期内被调整，使得注入负载140的变化的充电电流导致电阻性负载140两端的电压(对应于VR 145)随着时间基本线性地增加。
传统像素斜坡电压发生器110的输出，相同的VR 145，与每个比较器150的第一输入端(例如，负输入端)耦合。例如，以这种方式，在图像传感器的一行像素的所有比较器150两端共享相同的斜坡电压。每个比较器150的其他输入端(例如，正输入端)与对应像素的相应像素响应电压152耦合。例如，像素响应电压152是像素的对应于由像素检测到的光强度(例如，光子数)的模拟输出。为了说明，示出了三个比较器150，对应于一行中的三个相邻像素。比较器150依次标示为150i、150j以及150k；并且各像素响应电压152依次标示为152i、152j以及152k。每个比较器150将其相应的像素响应电压152与VR 145进行比较。VR 145可以配置成使得斜坡的开始电平假定低于任何像素响应电压152，并且使得斜坡的结束电平假定高于任何像素响应电压152。
在像素转换周期的某个点，VR 145的线性变化电平将与像素响应电压152的电平交叉，从而触发相应比较器150的输出状态的变化。由于像素响应电压(VP)152的不同电平将导致比较器150的输出端的状态改变的不同时序，该时序可以用作该像素的像素输出电压(VO)154的量度(measure)。例如，可以使用数字计数器来计数从斜坡开始直至像素输出电压154的状态转变所经过的时间，并且最终计数可以是像素响应电压152的模拟值的数字表示。
为了更加清楚，图2示出了图1的三个比较器150的说明性输入和输出的简化图。如图所示，VR 145开始于某个低电平，并随着时间基本线性上升。随着VR 145的增加，它与Vpj152j、Vpi 152i以及最后Vpk 152k的电平交叉。例如，对应于Vpk 152k的像素处的光电探测器具有最高的检测强度，接着是对应于Vpi 152i的光电探测器，最后是对应于Vpj 152j的光电探测器。每当VR 145的上升电平与像素响应电压152的其中一个电平交叉时，对应的像素输出电压154(例如，对应的比较器150的输出)的状态从高变为低。可以看出，例如，Voj154j在最短时间内为高，对应于具有最低检测像素电平的Vpj 152j。
开始斜坡、检测一行中所有像素的斜坡电平交叉的相应时序以及结束斜坡的过程可以被认为是像素行转换周期。许多图像传感器设计使用两阶段转换周期，由此每行中的每个像素在每个周期中使用两个转换阶段来生成ADC结果。例如，在第一阶段中，转换每个像素线上的复位电压。复位电压不包括图像信息，但是它往往包括各种噪声伪像，诸如来自像素斜坡电压发生器110和比较器150的低频噪声。在第二阶段中，转换复位电压加上图像信息。通过减去两个输出，抵消复位电压，同时保留图像信息。因为一些噪声在两个阶段中是共同的，所以只要噪声在两个转换阶段之间没有明显变化，减法就往往会减少像素斜坡电压发生器110和比较器150的噪声影响(例如，大部分低频噪声)。
即使利用这种减法，像素斜坡电压发生器110和比较器150也往往向像素输出(例如，作为像素输出电压154上的伪像)贡献噪声。例如，在图1中可以看出，许多像素诸如整行像素上共享相同的斜坡电压(VR 145)。由于现代图像传感器通常可以在每行中包括数千个像素，因此通常可以在该行中使用数千个比较器150来基于相同的VR 145进行模数转换。许多典型的图像传感器应用被设计成至少工作在非常严格的噪声规格情况下，因为人眼可以检测到甚至远低于随机像素噪声电平的噪声模式。例如，即使像素行的一半所添加的电压噪声比该行中各个像素的随机噪声水平低10倍(例如，小10倍)，人眼也往往会注意到图像失真。一种称为“行时间噪声(row-temporal noise)”的这样的规范涉及像素行的平均噪声的变化。例如，比较器输出(例如，像素输出电压154)可以在不同帧中的一行上平均，并且该平均值在多个帧上的变化可以表示行时间噪声。许多传统的用户图像传感器应用规定了比比较器150和像素噪声电平低大约20倍的最大行时间噪声。因为来自像素斜坡电压发生器的噪声在所有比较器输出上重复，所以任何行的平均噪声往往与VR 145中的噪声强相关。这样，实现行时间噪声规范和/或其他噪声规范可能涉及在VR 145中实现具有非常低噪声的像素斜坡电压发生器。
然而，由于多种原因，实现具有足够低的斜坡噪声的像素斜坡电压发生器可能是困难的。一个原因是，由于一行中的所有ADC(特别是比较器150)都耦合到同一VR 145，来自斜坡发生器的任何噪声都可能是一行中的像素上的相关噪声，即使在非常低的水平下，也可能被人眼注意到。另一个原因是，一行中的任何比较器150的触发(例如，像素输出电压154的状态变化)都会在该行共享的VR 145上表现为反冲电压。在一些情况下，尤其是在存在急剧转变的情况下，由这种反冲电压引起的对VR 145的干扰会导致该行中其他像素的后续误转换。因此，即使在非常低的电平下，像素斜坡电压发生器中的这些和其他噪声源也会导致检测图像模糊和/或其他图像失真。2021年2月28日提交的第17/187,806号、题为“用于图像传感器的像素斜坡发生器”(代理人案号102768-1233164)的美国专利申请中描述了设计用于解决这种噪声相关问题的像素斜坡发生器的一些示例，其全部公开内容通过引用结合于此。
像素转换期间的另一个噪声源是供电波动的结果。例如，维持线性电压斜坡可能涉及小心地维持通过负载的恒定电流，这通常依赖于设计架构来表现出良好的线性度和供电波动的良好抑制(所谓的“供电抑制”或“PSR”)。在传统方法中，线性度和PSR往往可能是相互竞争的设计限制，因此传统架构往往反映线性度和PSR之间的折衷。本文描述的实施例包括各种用于生成高线性度和高PSR的电压斜坡的电路和过程。例如，一种新型电流转向架构使用采样保持块和驱动器块来控制和驱动电流转向网络。采样保持块和驱动块都是为高PSR设计的。具体而言，本文描述的实施例认识到，对于图像传感器应用，当斜坡电压较低时，图像对斜坡噪声的容忍较低，但是图像对斜坡噪声的容忍随着斜坡电压的增加而增加。因此，实施例旨在在低斜坡电压下具有高PSR，这样即使PSR在更高的斜坡电压下退化，同时仍然在电压斜坡上维持高线性度。本文提出的一些实现方式已经通过实验显示将PSR提高了大约20dB。
图3示出了根据本文描述的实施例的新型斜坡电压发生器300的框图。如图所示，斜坡电压发生器300可以包括参考发生器350、斜坡控制器330、电流发生器310以及负载140。参考发生器350可以包括用于生成稳定参考312(例如，稳定参考电压和/或电流)的任何合适的组件，以供电流发生器310用于生成期望的斜坡电压145。例如，参考发生器350包括带隙电压发生器。斜坡控制器330的实施例可以生成任何合适的控制信号，包括斜坡开始/停止信号(S/S)125以及采样/保持信号332。实施例可以包括未明确示出的附加组件，诸如用以在像素转换周期和/或阶段之间重置斜坡电压发生器300的组件的重置块、对所生成的斜坡电压145的斜率提供动态反馈控制的斜率校准引擎等。参考发生器350和斜坡控制器330(例如，重置块、斜率校准引擎以及其他组件)的一些实现方式在已经通过引用结合于此的美国专利申请中进行了描述。
电流发生器310的实施例包括采样保持块315、电流转向块320以及驱动器325。使用这些组件，电流发生器310可以基于来自斜坡控制器330的斜坡开始/停止信号125，选择性地在斜坡运行模式和斜坡停止模式之间切换(toggle)。基于参考发生器350提供的参考312，电流发生器310可用于生成和维持稳定的斜坡电流。在斜坡运行模式下，实施例可以将参考电流转向至负载路径332(例如，将电流注入负载140)，以在斜坡电压输出节点处生成斜坡电压(VR 145)。如参考图1所述，将稳定斜坡电流注入负载140导致负载140充电。一些实施方式使用电容性负载140，使得注入恒定的斜坡电流可以导致负载140两端的电压线性增加。该线性增加的电压可以用作斜坡电压发生器300的斜坡电压145输出。在斜坡停止模式下，实施例可以将参考电流转向至斜坡停止路径334。
例如，传统的像素斜坡电压发生器通常在生成VR 145时运行电流源，并且(例如，当斜坡完成时)关断电流源，或者将电流源从负载路径去耦，以停止生成VR 145。每次重新导通电流源时，其噪声分量可能略有不同。因此，在两阶段像素转换周期的阶段之间关断和导通电流源会导致两个阶段之间的低频噪声的差异。如果减去来自两个阶段的ADC输出，变化的噪声往往会加倍。在斜坡电压发生器300中，通过在像素转换周期和/或阶段之间转向电流(而不是将其关断)，可以维持相同的低频噪声。因此，当两个转换阶段的ADC 300输出被减去时，来自电流源的现在常见的低频噪声往往被抵消。
斜坡电压发生器300的实施例包括耦合在参考发生器350的输出端和电流转向块320的输入端之间的采样保持块315。采样保持块315可以用于基于采样/保持信号332在采样模式和保持模式之间选择性地切换。当在采样模式下工作时，采样保持块315可以对参考发生器350输出的参考312(例如，参考电压)进行采样。当在保持模式下工作时，采样保持块315可以保持由采样保持块315在采样模式下采样的参考。例如，采样保持块315可以通过维持参考电压、维持参考电流和/或维持任何对应于参考的其他值来保持。采样保持块315的实施例还可以根据需要将电流转向块320从参考发生器350去耦。例如，当采样保持块315处于保持模式时，采样保持块315将电流转向块320从参考发生器350电性去耦(例如，隔离)，使得电流转向块320基于由采样保持块315在保持模式下保持的参考(例如，不是由参考发生器350生成的参考)被参考。在传统的架构中，参考发生器350的组件可以对斜坡生成贡献噪声，并且贡献的噪声甚至在多相像素转换阶段之间也可能发生改变。使用采样保持块315将电流转向块320与参考发生器350隔离可以抑制(或者甚至消除)来自那些参考发生器350组件的噪声。如本文所述，这种隔离可以提供额外的特征，诸如提高供电抑制比。
在一些实施例中，采样保持块315用于在每个斜坡生成周期之前采样和保持参考信号。在其他实施例中，采样保持块315用于在每个像素转换周期之前采样和保持参考信号，其中像素转换周期包括多个阶段，每个阶段包括斜坡生成周期(例如，在整个像素转换周期中使用相同的采样保持参考信号)。在其他实施例中，采样保持块315用于每N个斜坡生成周期对参考信号进行一次采样和保持，其中N是大于1的整数。例如，每十个斜坡生成周期使用相同的采样保持参考信号。在其他实施例中，采样保持块315用于响应于预定的触发条件对参考信号进行采样和保持。例如，可以在从获得最后一个样本起经过预定时间量之后，触发采样保持块315以获得并保持参考信号的新样本，或者可以在倾向于影响参考生成的条件下(例如，在启动时、在检测到功率波动时等)，触发采样保持块315以获得并保持参考信号的新样本。
值得注意的是，虽然使用采样保持块315和电流转向块320可以减少斜坡噪声，但是斜坡电压145的生成仍然对供电电平(Vdd)305的波动敏感。例如，采样保持块315可以保持相对于Vdd 305的参考电平；Vdd 305中的任何波动可以类似地导致所保持的参考的波动。如图所示，电流转向块320可以由驱动器325驱动。例如，驱动器325响应于斜坡开始/停止信号125生成转向控制信号322、324，而不是直接从斜坡控制器330外部控制电流转向块320。采样保持块315以及驱动器325都与Vdd 305耦合，并且用于以跟踪Vdd 305中的波动的方式来保持相应的参考电压电平(本文称为“供电跟踪”)。电流转向块320然后可以用于基于供电跟踪参考和/或信号来生成和维持稳定的斜坡电流。这样，斜坡电压145的生成动态地响应Vdd 305的波动，从而提供高PSR。
斜坡电压发生器300(或其组件)的实施例可以以任何合适的方式实现。例如，斜坡电压发生器300可以包括中央处理单元CPU、专用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)、专用指令集处理器(application-specific instruction-set processor，ASIP)、图形处理单元(graphics processing unit，GPU)、物理处理单元(physics processing unit，PPU)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)、控制器、微控制器单元、精简指令集(reducedinstruction set computer，RISC)处理器、复杂指令集处理器(complex instruction setcomputer，CISC)处理器、微处理器等或者它们的任意组合，或者可以在其上实现。虽然被示出为斜坡电压发生器300的一部分，但是斜坡控制器330可以被实现为与斜坡电压发生器300通信的单独组件。例如，斜坡电压发生器300可以用控制输入节点来实现，并且那些控制输入节点可以与实现斜坡控制器330的单独处理器的信号输出节点耦合。
图4示出了根据本文描述的实施例的适用于斜坡电压发生器的驱动器400的简化电路实现方式。图5示出了根据本文描述的实施例的适用于斜坡电压发生器的包括采样保持块以及电流转向块的部分电流发生器500的简化电路实现方式。为了更加清楚，同时描述图4和图5。图4的驱动器400可以是图3的驱动器325的实现方式。图5的采样保持块和电流转向块可以分别是图3的采样保持块315和电流转向块320的实现方式。
参考图5，电流源晶体管(MP)515将电流注入负载140，负载140被示为斜坡电容器(CL)。负载140块被示为电流转向块320的一部分，但是在其他实施例中，负载140可以被实现为单独的块。CL上累积的电荷导致CL两端的电压增加(例如，线性增加)，这表现为斜坡电压(VR)145。如果MP 515的漏极直接与斜坡电压145节点耦合，变化的斜坡电压145也将改变MP 515的漏极电压，这将以不期望的方式影响MP 515生成的电流。为了减少斜坡电压145变化时斜坡电流的变化，使用了共源共栅晶体管(MC)525。MC 525可以将MP 515的漏极端子维持在相对恒定的电压，从而减少斜坡电流的变化。如图所示，MP 515和MC 525可以被认为是电流发生器块550的组件。例如，电流发生器块550基于Vdd 305、节点514处的电压以及节点524处的电压(附带地，基于节点526处看到的电压，如本文所述)在节点526处生成斜坡电流。
如参考图3所述，代替斜坡电流导通和关断的是，电流转向块320将CL(在斜坡运行模式下)和地面307(在斜坡停止模式下)之间的斜坡电流转向。在一些实施方式中，在斜坡停止模式下，电流被转向到不是CL路径的任何合适的斜坡停止路径，并且斜坡停止路径可以是或可以不是地面路径。电流转向块320可以包括斜坡路径晶体管(MR)530和斜坡停止路径晶体管(MG)535两个晶体管。每个电流路径可以根据相应的转向控制信号322、324来控制。例如，这些信号中的第一个是斜坡运行信号322，这些信号中的第二个是斜坡停止信号324，并且斜坡运行信号322和斜坡停止信号324是互补的。在图示的配置中，MR 530和MG 535都是PMOS晶体管。这样，当斜坡运行信号322为低并且斜坡停止信号324为高时，MR 530导通，MG 535关断，使得斜坡电流通过负载路径被转向到CL中。当斜坡运行信号322为高并且斜坡停止信号324为低时，MR 530关断，MG 535导通，使得斜坡电流通过斜坡停止路径被转向至地面307(或者除负载路径之外的任何其他合适的路径)。
为了提高供电抑制(power supply rejection，PSR)，MP 515和MC 525的栅极电压由采样保持块315采样和保持。第一保持电容器(CP)510和第一保持开关(SWP)512用于在MP515的栅极节点514处采样(例如，来自参考发生器350的，未示出)参考电压312。第二保持电容器(CC)520和第二保持开关(SWC)522用于采样MC 525的栅极节点524处的共源共栅电压505。CP 510和CC 520各自耦合在供电电压(Vdd)305和它们相应的栅极节点514、524之间。这样，一旦打开它们相应的开关512、522(例如，CP 510和CC 520分别从参考电压312和共源共栅电压505去耦)，CP 510和CC 520在Vdd 305和它们相应的栅极节点514、524之间维持基本固定的电位差，从而确保节点514和524处的栅极电压跟踪Vdd 305。例如，如果Vdd 305增加毫伏，节点514和524处的栅极电压将类似地增加毫伏。MP 515的源极节点也与同一个Vdd305耦合。这样，当Vdd 305改变时，MP 515的栅极和源极节点都将改变相同的量，并且将导致节点516处的漏极电压也改变该量以跟踪Vdd 305。
如果MP 515的三个端子之间的电压差保持恒定，则即使Vdd 305有波动，MP 515提供的电流也将保持恒定。这表现为完美的PSR。然而，如上所述，MP 515的相同漏极节点516也与MC 525的源极节点耦合，以帮助斜坡电压145发生变化的情况下维持恒定电流。因为MC525具有非零栅漏电容(CC_GD)，所以MC 525的栅极节点524处的栅极电压将不会完美地跟踪Vdd 305(例如，节点516处其源极的Vdd 305跟踪将不会与其栅极节点524处的Vdd 305跟踪完全相同)。这样，由负载140看到的输出斜坡电流(例如，在MC 525的漏极节点526看到的电流)仍然可以随着Vdd 305的变化而变化。
一种方法是最小化晶体管MC 525的尺寸。较小的共源共栅晶体管往往具有较小的CC_GD，使得最小化共源共栅的尺寸可以最小化Vdd 305灵敏度的主要来源。然而，较小的晶体管往往具有较高的饱和电压，因此正常工作需要较大的漏源电压裕量。增加漏源电压裕量可以包括降低最大可实现斜坡电压145(例如，限制斜坡底部和顶部之间的电压范围)，或者降低较大电压下的斜坡线性度。例如，对于小的共源共栅晶体管，随着斜坡电压145的增加，电阻往往被击穿，降低了晶体管响应的线性度。这种非线性响应在图像传感器应用中可能是无法容忍的。传统上，可能会产生折衷：PSR规范建议最小化MC 525的尺寸以最小化CC_GD；而线性度规格建议最大化MC 525的尺寸，以便电阻在较大的斜坡电压下不会击穿。
实施例试图通过利用供电跟踪信号驱动电流转向块320而不是直接使用Vdd 305和地面307来在不牺牲线性度的情况下提高PSR。一般而言，部分电流发生器500的操作可以考虑为三种模式。在第一种模式下，来自节点526的斜坡电流通过电流转向块320转向到斜坡停止路径，不会生成斜坡电压145，并且线性度和PSR可以被认为基本上与操作无关。在第二种模式下，来自节点526的斜坡电流通过电流转向块320转向到负载140，并且斜坡电压145仍然生成在相对低的电压电平。在第二种模式下，线性度和PSR都与斜坡生成性能高度相关。与MC 525相关的PSR问题可以由MR 530解决，并且斜坡电压足够低，从而可以通过MR530维持线性度。在第三种模式下，来自节点526的斜坡电流仍然通过电流转向块320转向到负载140，但是斜坡电压145现在已经增加到相对高的电压电平。在第三种模式下，线性度仍然与斜坡生成性能高度相关，但PSR效应不那么重要(例如，在较高的信号电平下可以容忍较低的SNR)。在这些较高的电压电平下，MR 530开始击穿，使得MR 530不再能够被依赖于解决与MC 525相关的PSR问题，或者线性度问题；然而，MC 525仍然可以维持用于可靠的斜坡生成的线性度。
为了在这些操作模式下维持良好的PSR，电流转向块320被设计成由供电跟踪参考和信号驱动。例如，跟踪转向控制信号322、324到Vdd 305可以帮助确保MC 525的漏极节点526类似地跟踪到Vdd 305。如上所述，MC 525的源极(在节点516)和MC 525的栅极(在节点524)已经用于跟踪Vdd 305。通过电流转向块320参考的供电跟踪，MP 515和MC 525两者的所有三个节点都可以用作供电跟踪节点，从而提供高PSR。
转到图4，所示的驱动器400生成转向控制信号322、324，以被供电跟踪到Vdd 305。如图所示，驱动器400接收斜坡开始/停止信号125，并输出斜坡运行信号322和斜坡停止信号324。驱动器400包括两个反相器410和415、延迟块420以及地面参考块440。驱动器400耦合在图5中使用的相同的Vdd 305和地面307参考之间。反相器410和415各自具有耦合到Vdd305的正端子和耦合到地面参考块440的地面参考节点(Vgh)435的负端子。延迟块420用于输出斜坡开始/停止信号125的延迟和反相版本作为延迟的斜坡停止/开始信号422。
地面参考块440的实施例耦合在Vgh 435和地面307(例如，地面轨道)之间，并且用于基于斜坡开始/停止信号125(或基于延迟的斜坡停止/开始信号422)选择性地在地面跟踪模式或供电跟踪模式的其中一个下工作。例如，当斜坡开始/停止信号125为高时，地面参考块440工作在供电跟踪模式下，当斜坡开始/停止信号125为低时，地面参考块440工作在地面跟踪模式下。在地面跟踪模式下，Vgh 435有效地跟踪地面轨道，而不是供电跟踪到Vdd305(即，供电电压轨道)；在供电跟踪模式下，Vgh 435保持在供电跟踪地面电平，使得Vgh435保持远离Vdd 305的基本固定的距离(电位差)。地面参考块440包括地面参考晶体管(Mgh)430和地面参考电容器(CG)425。Mgh 430耦合在Vgh 435和地面307之间，并且Mgh 430的栅极耦合到延迟块420的输出端。Mgh 430被示为NMOS晶体管，使得当延迟块420的输出为高时(当斜坡开始/停止信号125为低时)，Mgh 430导通，而当延迟块420的输出为低时(当斜坡开始/停止信号125为高时)，Mgh 430关断。
当斜坡开始/停止信号125为低时，延迟块420的输出为高，Mgh 430导通，Vgh 435耦合到地面307。这样，当斜坡开始/停止信号125为低时，第一反相器410的输出(也即斜坡运行信号322)拉高至Vdd 305，第二反相器415的输出(也即斜坡停止信号324)拉低至地面307。在图5中，可以看出，高斜坡运行信号322将关断MR 530，低斜坡停止信号324将导通MG535，从而将斜坡电流转向至斜坡停止路径(例如，地面307)。
当斜坡开始/停止信号125变高时，第一反相器410的输出(也即斜坡运行信号322)拉低至Vgh 435，第二反相器415的输出(也即斜坡停止信号324)拉高至Vdd 305。在图5中，可以看出，低斜坡运行信号322将导通MR 530，高斜坡停止信号324将关断MG 535，从而将斜坡电流转向至负载140。在(由延迟块420生成的)小的延迟之后，延迟块420的输出(例如，延迟的斜坡停止/开始信号422)变低，关断Vgh 435，并且地面307电平被保持为CG 425两端远离Vdd 305的绝对电位差。在这种配置中，与Vgh 435在地面307不同，Vgh 435是供电跟踪地面参考；Vdd 305的任何变化都将反映为Vgh 435的相同变化。随着第一反相器410的输出被拉低至Vgh 435(而不是地面307)，斜坡运行信号322是供电跟踪信号。
如上所述，延迟块420使得在斜坡开始/停止信号125变为高的时刻和延迟块420的输出变为低的时刻之间存在延迟。在该延迟期间(例如，在斜坡开始/停止信号125变为高之后)，Vgh 435通过Mgh 430连接到地面307。斜坡运行信号322仅在延迟之后变成供电跟踪信号。延迟量可以用于允许反相器410和415的寄生电容(例如，至少斜坡运行信号322节点的寄生电容)放电到地面307。例如，当斜坡开始/停止信号125变高时，第一反相器410的输出节点(例如，斜坡运行信号322的节点)被拉低，并且当输出节点被拉高时，输出节点可以具有从紧接之前存储在寄生电容中的特定电荷。通过在斜坡运行信号322节点从高转变为低之后的短时间内使Vgh 435通过Mgh430连接到地面307，寄生电容可以放电，并且在将Vgh435转换为供电跟踪参考节点之前，斜坡运行信号322节点可以被完全拉到地面307。
如上所述，配置斜坡运行信号322供电跟踪至Vdd 305，并且还允许MC525的漏极(在节点526处)供电跟踪至Vdd 305，则斜坡电流对于Vdd 305的波动可以非常鲁棒。这样，斜坡电压145可以以高PSR生成。实验表明，这种实现方式可以将输出电流变化降低10倍以上(例如，20-dB)。Vgh 435节点处的寄生电容可能导致其余的一些PSR退化，该寄生电容可能包括Mgh430的漏极-源极和漏极-栅极电容。然而，这些寄生电容往往对性能影响很小，因为Mgh 430在斜坡生成期间关断。寄生电容的另一个来源可以是MR 530的漏极-栅极电容。然而，如上所述，一些实现方式仅依赖于MR 530在相对低的斜坡电压145电平下表现良好，使得MR 530可以使用最小的实际设备来实现。实际上，相对较大的MC 525往往提供相对较小的饱和电压，以在较大的斜坡电压上实现良好的线性度，但是较大的MC 525往往具有较差的PSR性能。相对较小的Mgh 430在相对较低的斜坡电压145电平(其中高SNR更为关键)下提供良好的PSR性能，即使较小的Mgh 430将往往具有相对较大的饱和电压，并且往往随着斜坡电压145的增加而崩溃。
图6示出了根据各种实施例的用于生成斜坡电压的说明性方法600的流程图。方法600的实施例可以使用诸如参考图3-图5所描述的斜坡电压发生器和/或其组件来执行。实施例始于阶段604，检测斜坡开始/停止信号125的状态。斜坡开始/停止信号125可以指示在斜坡停止模式或斜坡运行模式下工作。例如，在CMOS图像传感器的像素进行像素转换过程期间，斜坡开始/停止信号125可以通过在第一时间帧中指示在斜坡停止模式下工作而开始，在第二时间帧切换到斜坡运行模式进行像素转换(例如，生成用于像素转换的斜坡电压)，在像素转换之后切换回斜坡停止模式。作为另一示例，在两阶段像素转换过程期间，斜坡开始/停止信号125可以在第一时间帧中以斜坡停止模式开始，在第二时间帧切换到斜坡运行模式实现像素转换的第一阶段(例如，生成用于像素转换的斜坡电压)，在第三时间帧中的各阶段之间切换回斜坡停止模式，在第四时间帧切换回斜坡运行模式实现像素转换的第二阶段(例如，生成用于第二像素转换阶段的另一斜坡电压)，并在像素转换的第二阶段完成后切换回斜坡停止模式。
响应于在阶段604检测到斜坡开始/停止信号125指示斜坡停止模式，实施例可以执行阶段610和614。在阶段610，实施例可以配置采样保持块，以使用未被跟踪到供电电压轨道的非供电跟踪参考电压集来生成电流参考信号集，从而引导电流发生器块基于非供电跟踪参考电压集来生成斜坡电流。在阶段614，实施例可以配置驱动器以生成指示斜坡停止模式的转向控制信号集，从而引导电流转向块将斜坡电流转向至斜坡停止路径。
响应于在阶段604检测到斜坡开始/停止信号125指示斜坡运行模式，实施例可以执行阶段620和624。在阶段620，实施例可以配置采样保持块，以通过将来自采样的电流参考信号集保持为跟踪到供电电压轨道的供电跟踪参考电压集，来生成电流参考信号集，从而引导电流发生器块基于供电跟踪参考电压集来生成斜坡电流。在阶段624，实施例可以配置驱动器生成指示斜坡运行模式的转向控制信号集，从而通过将斜坡电流转向至负载路径来引导电流转向块生成斜坡电压。可以执行阶段620和624，使得在斜坡运行模式下，基于转向控制信号集和电流参考信号集，斜坡电流被供电跟踪到供电电压轨道。
在一些实施例中，在阶段614中配置驱动器包括配置驱动器的地面参考块在地面跟踪模式下工作，以将地面轨道采样为地面参考节点上的地面电平。在这样的实施例中，在阶段624配置驱动器包括配置驱动器的地面参考块在源极跟踪模式下工作，以将地面参考节点处的地面电平保持为供电跟踪到供电电压轨道。在这样的实施例中，转向控制信号集中的每个转向控制信号基于供电电压轨道或地面参考节点的其中一个选择性地生成(例如，高信号电平对应于供电电压轨道的电压电平，低信号电平对应于地面参考节点处的电压电平)。在一些这样的实施例中，在阶段614中配置驱动器生成指示斜坡停止模式的转向控制信号集包括驱动第一反相器输出转向控制信号集中的第一转向控制信号以对应于供电电压轨道，并且驱动第二反相器输出转向控制信号集中的第二转向控制信号以对应于地面参考节点处的地面轨道；在阶段624中配置驱动器生成指示斜坡运行模式的转向控制信号集包括驱动第一反相器输出转向控制信号集中的第一转向控制信号以对应于地面参考节点处的供电跟踪地面电平，并且驱动第二反相器输出转向控制信号集中的第二转向控制信号以对应于供电电压轨道。
在一些实施例中，斜坡开始/停止信号125在阶段604被检测为以触发阶段610和614的方式在第一时间帧中指示斜坡停止模式，并且斜坡开始/停止信号125在阶段604被检测为以触发阶段620和624的方式在第二时间帧中指示斜坡运行模式。在一些这样的实施例中，从斜坡停止模式(例如，包括阶段610和614)切换到斜坡运行模式(例如，包括阶段620和624)涉及中间阶段，使得第二时间帧在对应于第三时间帧的延迟之后跟随第一时间帧(例如，第三时间帧是第一时间帧和第二时间帧之间的小延迟时间)。在第三时间帧中，斜坡开始/停止信号125改变状态以指示斜坡运行模式，但是转向控制信号集参考地面轨道，而不是参考供电跟踪地面参考。如阶段622所指示的，响应于在第三时间帧中指示斜坡运行模式的斜坡开始/停止信号125，配置驱动器包括生成指示斜坡运行模式的转向控制信号集，同时继续配置驱动器的地面参考块在地面跟踪模式下工作，以将地面轨道采样为地面参考节点上的地面电平，从而生成转向控制信号集中的至少一个转向控制信号以对应于地面参考节点处的地面轨道(非供电跟踪的)。在延迟之后(例如，在第二时间帧中，在第三时间帧之后)，斜坡开始/停止信号125继续指示斜坡运行模式，但是转向控制信号集参考供电跟踪地面参考。
在一些实施例中，电流参考信号集包括：第一电流参考信号，其被生成用于驱动电流源晶体管的栅极，该电流源晶体管具有与供电电压轨道耦合的第一源极端子，并且具有第一漏极端子；和第二电流参考信号，该第二电流参考信号被生成用于驱动共源共栅晶体管的栅极，该共源共栅晶体管具有与第一漏极端子耦合的第二源极端子和输出斜坡电流的第二漏极端子。在一些这样的实施例中，响应于在第一时间帧中指示斜坡停止模式的斜坡开始/停止信号，在阶段610配置采样保持块包括闭合第一保持开关以将第一电压参考源的输出采样到第一栅极节点上作为非供电跟踪参考电压集中的第一非供电跟踪参考电压，并且闭合第二保持开关以将第二电压参考源的输出采样到第二栅极节点上作为非供电跟踪参考电压集中的第二非供电跟踪参考电压。在一些这样的实施例中，响应于在第二时间帧中指示斜坡运行模式的斜坡开始/停止信号，在阶段620中配置采样保持块包括打开第一保持开关以将第一电压参考源的输出从第一栅极节点去耦，并且将第一栅极节点保持在第一保持电容器两端的相对于供电电压轨道的第一电位差作为供电跟踪参考电压集中的第一供电跟踪参考电压，以及打开第二保持开关以将第二电压参考源的输出从第二栅极节点去耦，并且将第二栅极节点保持在第二保持电容器两端的相对于供电电压轨道的第二电位差作为供电跟踪参考电压集中的第二供电跟踪参考电压。在这样的实施例中，第一栅极节点对应于第一电流参考信号，第二栅极节点对应于第二电流参考信号。
方法600示出了分别发生在斜坡停止模式或斜坡运行模式操作的一部分的阶段610和620。在一些实施例中，阶段610中的采样和保持发生在斜坡停止模式的每个周期中，阶段620中的采样和保持发生在斜坡运行模式操作的每个周期中。在其他实施例中，阶段610和/或620中的采样和保持发生在的周期少于斜坡停止模式和/或斜坡运行模式的所有周期，例如斜坡停止模式和/或斜坡运行模式的多个周期中的每个周期。这样，在阶段610和/或620中生成的相同电流参考信号可以分别用于支持阶段614和/或624的多次迭代。例如，相同的电流参考信号可以用于每组N个(例如，五十个)斜坡生成周期、某个预定时间窗口期间出现的所有周期、所有直到检测到某个预定触发条件的周期等。
应当理解，当元件或组件在本文中被称为“连接到”或“耦合到”另一个元件或组件时，它可以连接或耦合到其他元件或组件，或者也可以存在中间元件或组件。相反，当元件或组件被称为“直接连接”或“直接耦合”另一个元件或组件时，它们之间不存在中间元件或组件。应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用来描述各种元件、组件，但是这些元件、组件、区域不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件与另一个元件、组件区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件可以被称为第二元件、组件。如本文所用，术语“逻辑低”、“低状态”、“低电平”、“逻辑低电平”、“低”或“0”可互换使用。术语“逻辑高”、“高状态”、“高电平”、“逻辑高电平”、“高”或“1”可互换使用。
如本文所用，术语“一”、“一个”和“该”可包括单数和复数引用。将进一步理解，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变体，当在本说明书中使用时，指定了所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。相反，当在本说明书中使用时，术语“由……组成”指定所陈述特征、步骤、操作、元件和/或组件，并且排除了附加的特征、步骤、操作、元件和/或组件。此外，如本文所使用的，词语“和/或”可以指代并涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何可能的组合。
虽然本文参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在被解释为限制性的。相反，说明性实施例的目的是使本领域技术人员更好地理解本发明的精神。为了不模糊本发明的范围，省略了众所周知的工艺和制造技术的许多细节。参考说明书，对说明性实施例以及其他实施例的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，所附权利要求旨在包含任何这样的修改。
此外，本发明优选实施例的一些特征可以有利地使用，而不需要相应地使用其他特征。因此，上述描述应该被认为仅仅是对本发明原理的说明，而不是对本发明的限制。本领域技术人员将意识到落入本发明范围内的上述实施例的变化。因此，本发明不限于上述具体实施例和说明，而是由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (17)

1.一种斜坡电压发生器，包括：
采样保持块，用于通过在采样模式下从参考电压集中采样电流参考信号集来生成所述电流参考信号集，并且在保持模式下，将来自所述采样的所述电流参考信号集保持为跟踪到供电电压轨道的供电跟踪参考电压集；
电流发生器块，用于基于所述供电电压轨道和所述电流参考信号集生成斜坡电流；
驱动器，用于响应于斜坡开始/停止信号，生成转向控制信号集，以选择性地指示斜坡运行模式和斜坡停止模式的其中一个，使得将所述转向控制信号集至少在指示所述斜坡运行模式时，供电跟踪到所述供电电压轨道；以及
电流转向块，与所述电流发生器块和所述驱动器耦合，用于响应于指示所述斜坡运行模式的所述转向控制信号集，将所述斜坡电流转向至负载路径以生成斜坡电压，并且响应于指示所述斜坡停止模式的所述转向控制信号集将所述参考电流转向至斜坡停止路径，其中，所述斜坡停止路径是与所述负载路径分离的电流路径，
使得在所述斜坡运行模式下，基于所述转向控制信号集和所述电流参考信号集，所述斜坡电流被供电跟踪到所述供电电压轨道。
2.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，其中，所述驱动器包括：
地面参考块，耦合在地面参考节点和地面轨道之间，并且用于基于所述斜坡开始/停止信号选择性地在地面跟踪模式或供电跟踪模式的其中一个下工作，使得在所述地面跟踪模式下，将所述地面轨道采样为所述地面参考节点上的地面电平，并且在所述供电跟踪模式下，将所述地面电平保持供电跟踪至所述供电电压轨道，
其中，当所述斜坡开始/停止信号指示在所述斜坡运行模式下工作，并且所述地面参考块在所述供电跟踪模式下工作时，生成指示所述斜坡运行模式的所述转向控制信号集中的至少一个转向控制信号，以供电跟踪至所述供电电压轨道。
3.根据权利要求2所述的斜坡电压发生器，其中，所述地面参考块包括：
地面参考电容器，耦合在所述地面参考节点和所述供电电压轨道之间；以及
地面参考晶体管，耦合在所述地面参考节点和所述地面轨道之间，并且被配置成使得：
所述地面参考晶体管在所述地面跟踪模式下导通，以通过所述地面参考晶体管将所述地面参考节点耦合至所述地面轨道；并且
所述地面参考晶体管在所述供电跟踪模式下关断，以将所述地面电平保持为所述地面参考电容器两端的相对于所述供电电压轨道的电位差。
4.根据权利要求2所述的斜坡电压发生器，其中，所述驱动器还包括：
第一反相器和第二反相器，每个反相器具有耦合到所述供电电压轨道的相应正端子和耦合到所述地面参考节点的相应负端子，
其中，所述第一反相器响应于所述斜坡开始/停止信号生成所述转向控制信号集中的第一转向控制信号，并且
所述第二反相器将生成所述转向控制信号集中的第二转向控制信号，作为所述第一转向控制信号的补充。
5.根据权利要求2所述的斜坡电压发生器，其中，所述驱动器还包括：
延迟块，与所述地面参考块耦合，以通过延迟和反转所述斜坡开始/停止信号来生成延迟的斜坡停止/开始信号，其中，所述地面参考块用于基于所述延迟的斜坡停止/开始信号选择性地在所述地面跟踪模式或所述供电跟踪模式的其中一个下工作，使得：
响应于所述斜坡开始/停止信号被去断言和所述延迟的斜坡停止/开始信号被断言，所述地面参考块在所述地面跟踪模式下工作，并且所述转向控制信号集指示所述斜坡停止模式；
响应于所述斜坡开始/停止信号被断言和所述延迟的斜坡停止/开始信号被断言，所述地面参考块在所述地面跟踪模式下工作，并且所述转向控制信号集利用没有被供电跟踪到所述供电电压轨道的所述转向控制信号集指示所述斜坡运行模式；并且
响应于所述斜坡开始/停止信号被断言和所述延迟的斜坡停止/开始信号被去断言，所述地面参考块在所述供电跟踪模式下工作，并且所述转向控制信号集利用被供电跟踪到所述供电电压轨道的所述转向控制信号集指示所述斜坡运行模式。
6.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，其中：
所述电流参考信号集包括基于采样第一参考电压生成的第一电流参考信号和基于采样第二参考电压生成的第二电流参考信号；
所述电流发生器块包括：
电流源晶体管，具有与所述第一电流参考信号耦合的第一栅极端子、与所述供电电压轨道耦合的第一源极端子以及第一漏极端子；和
共源共栅晶体管，具有与所述第二电流参考信号耦合的第二栅极端子、与所述第一漏极端子耦合的第二源极端子以及与所述电流转向块耦合的第二漏极端子。
7.根据权利要求6所述的斜坡电压发生器，其中，所述采样保持块包括：
第一保持电容器和第一保持开关，其中，所述第一保持电容器耦合在所述供电电压轨道和第一栅极节点之间并且所述第一保持开关耦合在第一电压参考源和所述第一栅极节点之间，其中，当所述第一保持开关闭合时，所述第一电压参考源的输出被采样为所述第一栅极节点上的所述第一参考电压，并且基于对所述第一参考电压的所述采样，所述第一栅极节点与所述第一电压参考源去耦并且保持在所述第一保持电容器两端的远离所述供电电压轨道的基本固定的电位差；以及
第二保持电容器和第二保持开关，其中，所述第二保持电容器耦合在所述供电电压轨道和第二栅极节点之间并且所述第二保持开关耦合在第二电压参考源和所述第二栅极节点之间，其中，当所述第二保持开关闭合时，所述第二电压参考源的输出被采样为所述第二栅极节点上的所述第二参考电压，并且基于所述第二参考电压的所述采样，所述第二栅极节点与所述第二电压参考源去耦并且保持在所述第二保持电容器两端的远离所述供电电压轨道的基本固定的电位差，
其中，所述第一电流参考信号被生成为所述第一栅极节点处的电压电平，并且所述第二电流参考信号被生成为所述第二栅极节点处的电压电平。
8.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，其中：
所述电流发生器块包括尺寸被设置为具有低饱和电压的共源共栅晶体管；并且
所述电流转向块的所述负载路径包括尺寸被设置为具有低栅漏电容的开关晶体管。
9.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，还包括：
参考发生器，用于基于与电流镜耦合的带隙电压发生器生成至少一个所述参考电压。
10.根据权利要求1所述的斜坡电压发生器，还包括：
斜坡控制器，与所述驱动器和所述采样保持块耦合，并且用于生成斜坡控制信号集，其中，所述斜坡控制信号集至少包括所述斜坡开始/停止信号和采样/保持信号，其中，所述斜坡开始/停止信号用于引导所述驱动器在所述斜坡运行模式或所述斜坡停止模式下选择性地工作，所述采样/保持信号用于引导所述采样保持块在所述采样模式或所述保持模式下选择性地工作。
11.一种模数转换器，包括：
权利要求1所述的斜坡电压发生器；以及
多个像素转换比较器，每个像素转换比较器与所述电流转向块的所述负载路径耦合，以基于所述斜坡电压与多个像素响应输入电压中的相应像素响应输入电压的比较来生成相应的像素输出。
12.一种用于生成斜坡电压的方法，包括：
响应于在第一时间帧中指示斜坡停止模式的斜坡开始/停止信号：
配置采样保持块使用未被跟踪到供电电压轨道的非供电跟踪参考电压集来生成电流参考信号集，从而引导电流发生器块基于所述非供电跟踪参考电压集来生成斜坡电流；并且
配置驱动器生成指示所述斜坡停止模式的转向控制信号集，从而引导电流转向块将所述斜坡电流转向至斜坡停止路径，其中，所述斜坡停止路径是与所述负载路径分离的电流路径；以及
响应于在第二时间帧中指示斜坡运行模式的所述斜坡开始/停止信号：
配置所述采样保持块通过将来自所述采样的所述电流参考信号集保持为跟踪到所述供电电压轨道的供电跟踪参考电压集来生成所述电流参考信号集，从而引导所述电流发生器块基于所述供电跟踪参考电压集来生成所述斜坡电流；并且
配置所述驱动器生成指示所述斜坡运行模式的所述转向控制信号集，从而通过将所述斜坡电流转向至负载路径来引导所述电流转向块生成所述斜坡电压，
使得在所述斜坡运行模式下，基于所述转向控制信号集和所述电流参考信号集，所述斜坡电流被供电跟踪到所述供电电压轨道。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
响应于在所述第一时间帧中指示所述斜坡停止模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述驱动器包括配置所述驱动器的地面参考块在地面跟踪模式下工作，以将地面轨道采样为地面参考节点上的地面电平；
响应于在所述第二时间帧中指示所述斜坡运行模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述驱动器包括配置所述驱动器的所述地面参考块在源极跟踪模式下工作，以将所述地面参考节点处的所述地面电平保持为供电跟踪到所述供电电压轨道；和
基于所述供电电压轨道或所述地面参考节点的其中一个，选择性地生成所述转向控制信号集中的每个转向控制信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
响应于在所述第一时间帧中指示所述斜坡停止模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述驱动器生成指示所述斜坡停止模式的所述转向控制信号集包括驱动所述第一反相器输出所述转向控制信号集中的第一转向控制信号以对应于所述供电电压轨道，并且驱动第二反相器输出转向控制信号集中的第二转向控制信号以对应于所述地面参考节点处的地面轨道；和
响应于在所述第二时间帧中指示所述斜坡运行模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述驱动器生成指示所述斜坡运行模式的所述转向控制信号集包括驱动所述第一反相器输出所述转向控制信号集中的所述第一转向控制信号以对应于所述地面参考节点处的所述供电跟踪地面电平，并驱动所述第二反相器输出所述转向控制信号集中的所述第二转向控制信号以对应于所述供电电压轨道。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在对应于所述斜坡开始/停止信号指示所述斜坡运行模式的第三时间帧的延迟之后，所述第二时间帧跟随所述第一时间帧，并且所述方法还包括：
响应于在所述第三时间帧中指示所述斜坡运行模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述驱动器包括生成指示所述斜坡运行模式的所述转向控制信号集，同时继续配置所述驱动器的所述地面参考块在所述地面跟踪模式下工作，以将所述地面轨道采样为所述地面参考节点上的所述地面电平，使得生成所述转向控制信号集中的至少一个转向控制信号以对应于所述地面参考节点处的所述地面轨道。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述电流参考信号集包括：
第一电流参考信号，被生成用于驱动电流源晶体管的栅极，其中，所述电流源晶体管具有与所述供电电压轨道耦合的第一源极端子，并且具有第一漏极端子；以及
第二电流参考信号，被生成用于驱动共源共栅晶体管的栅极，所述共源共栅晶体管具有与所述第一漏极端子耦合的第二源极端子和输出所述斜坡电流的第二漏极端子。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：
响应于在所述第一时间帧中指示所述斜坡停止模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述采样保持块包括闭合第一保持开关，以将第一电压参考源的输出采样到第一栅极节点上作为所述非供电跟踪参考电压集中的第一非供电跟踪参考电压，并且闭合第二保持开关，以将第二电压参考源的输出采样到第二栅极节点上作为所述非供电跟踪参考电压集中的第二非供电跟踪参考电压；并且
响应于在所述第二时间帧中指示所述斜坡运行模式的所述斜坡开始/停止信号，配置所述采样保持块包括打开所述第一保持开关以将所述第一电压参考源的所述输出从所述第一栅极节点去耦，并且将所述第一栅极节点保持在第一保持电容器两端的相对于所述供电电压轨道的第一电位差作为所述供电跟踪参考电压集中的第一供电跟踪参考电压，并且打开所述第二保持开关以将所述第二电压参考源的所述输出从所述第二栅极节点去耦，并且将所述第二栅极节点保持在第二保持电容器两端的相对于所述供电电压轨道的第二电位差作为所述供电跟踪参考电压集中的第二供电跟踪参考电压，
其中，所述第一栅极节点对应于所述第一电流参考信号，并且所述第二栅极节点对应于所述第二电流参考信号。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11470272B1 (en) * 2021-06-03 2022-10-11 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. CMOS image sensing with sampled bandgap reference
US12022223B2 (en) * 2022-07-14 2024-06-25 Smart Sens Technology (HK) Co., Ltd. CMOS image sensor with internal reference voltage and current detecting circuit and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107888850A (zh) * 2016-09-27 2018-04-06 豪威科技股份有限公司 用于双斜坡模/数转换器的斜坡信号发生器
US20180167573A1 (en) * 2016-12-12 2018-06-14 Omnivision Technologies, Inc. Current injection for fast ramp start-up during analog-to-digital operations
CN109040630A (zh) * 2017-06-08 2018-12-18 三星电子株式会社 图像传感器的斜坡信号发生器和包括其的图像传感器
CN110944130A (zh) * 2018-09-21 2020-03-31 爱思开海力士有限公司 斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101557316B1 (ko) * 2009-02-13 2015-10-19 삼성전자주식회사 램프 생성기 및 이를 포함하는 이미지 센서
US11172150B1 (en) * 2020-04-18 2021-11-09 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Dual ramp pixel readout
US11303293B1 (en) * 2021-02-28 2022-04-12 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Pixel ramp generator for image sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107888850A (zh) * 2016-09-27 2018-04-06 豪威科技股份有限公司 用于双斜坡模/数转换器的斜坡信号发生器
US20180167573A1 (en) * 2016-12-12 2018-06-14 Omnivision Technologies, Inc. Current injection for fast ramp start-up during analog-to-digital operations
CN109040630A (zh) * 2017-06-08 2018-12-18 三星电子株式会社 图像传感器的斜坡信号发生器和包括其的图像传感器
CN110944130A (zh) * 2018-09-21 2020-03-31 爱思开海力士有限公司 斜坡信号发生器和包括该斜坡信号发生器的图像传感器

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