CN117412192A - 比较器、包括比较器的图像传感器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及比较器、包括比较器的图像传感器及其操作方法。图像传感器包括：控制器；比较器，该比较器被配置为生成比较信号，该比较器包括：第一电容器，该第一电容器对控制电压进行采样；第二电容器，该第二电容器对参考电压进行采样；第一开关，该第一开关对施加到第一电容器的电压进行调节；第二开关，该第二开关对施加到第二电容器的电压进行调节；第一反馈开关，该第一反馈开关将比较器的第一输出端子连接到比较器的第一输入端子；以及第二反馈开关，该第二反馈开关将比较器的第二输出端子连接到比较器的第二输入端子；以及电压生成器，该电压生成器基于比较信号提升控制电压。控制器对与比较器的失调电压相对应的反馈电压进行存储。

Description

比较器、包括比较器的图像传感器及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年7月15日提交至韩国知识产权局的第10-2022-0087688号韩国专利申请的优先权，其整体公开通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及图像传感器，更具体地，涉及图像传感器及其操作方法。

背景技术

图像传感器总体上可以被分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。近期，具有低制造成本、低功耗和与外围电路易集成的CMOS图像传感器受到了很多关注。

图像传感器可以包括具有多个像素的像素阵列。多个像素中的每一个可以包括晶体管。电压生成器可以生成控制电压并且可以将生成的控制电压传输到晶体管。然而，当控制电压的准确度低时，晶体管可能发生故障。

例如，像素的输出信号的线性可能被劣化，或者输出信号中可能包括噪音。通过施加不精确的控制电压，像素中可能发生漏电流，或者像素的输出信号可能变得不可靠。

电压生成器可以通过对控制电压和参考电压进行比较来提升供应到像素的控制电压。为了提高供应到像素的控制电压的准确度，有必要最小化电压比较器的失调电压的影响。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种图像传感器，其包括控制器、比较器和电压生成器，该比较器被配置为生成比较信号，该比较器包括：第一电容器，该第一电容器对用于控制像素的控制电压进行采样；第二电容器，该第二电容器对与控制电压相对应的参考电压进行采样；第一开关，该第一开关对施加到第一电容器的电压进行调节；第二开关，该第二开关对施加到第二电容器的电压进行调节；第一反馈开关，该第一反馈开关将比较器的第一输出端子连接到比较器的第一输入端子；以及第二反馈开关，该第二反馈开关将比较器的第二输出端子连接到比较器的第二输入端子；该电压生成器被配置为基于比较信号提升控制电压，其中，比较器被配置为通过对第一电容器的电压和第二电容器的电压进行比较来生成比较信号，以及其中，控制器被配置为：控制第一开关和第二开关以将接地电压施加到第一电容器和第二电容器，导通第一反馈开关和第二反馈开关，以及将与比较器的失调电压相对应的反馈电压存储在第一电容器和第二电容器中。

根据本公开的另一个方面，提供一种比较器，其包括：电容器组，该电容器组被配置为对用于控制像素的控制电压和预定的参考电压进行采样；放大器，该放大器被配置为通过对由电容器组采样的电压进行比较来生成比较信号；以及开关组，该开关组被配置为调节施加到电容器组的电压，以及控制放大器的反馈，其中，电容器组被配置为在放大器的比较信号被反馈的第一时段期间，对与放大器的失调电压相对应的反馈电压进行存储，以及被配置为在控制电压和参考电压被施加到放大器的第二时段期间，将反馈电压和失调电压相加。

根据本公开的又一个方面，提供一种操作图像传感器的方法，该方法包括：将与比较器的失调电压相对应的反馈电压存储在第一电容器和第二电容器中，第一电容器对用于控制像素的控制电压进行采样，以及第二电容器对与控制电压相对应的参考电压进行采样；对应于控制电压和参考电压的输入，将失调电压和反馈电压相加；基于控制电压与参考电压之间的差以及反馈电压与失调电压之和，生成比较信号；以及基于比较信号，提升控制电压。

附图说明

下面将参考附图更全面地描述示例性实施例；然而，它们可以以不同的形式体现并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达示例实施例的范围。

在附图中，为了图示清楚，尺寸可能被放大。应当理解，当一个元件被称为在两个元件“之间”时，其可以是这两个元件之间的唯一元件，或者也可以存在一个或更多个中间元件。贯穿本文相同附图标记指代相同元件。

图1是示出根据本公开的实施例的图像传感器的示意图。

图2是示出比较器的失调电压的框图。

图3是示出根据本公开的实施例的生成其中失调电压的影响被减小的比较信号的比较器的电路图。

图4是示出与图3中示出的电路图相对应的信号的时序图。

图5是示出根据本公开的实施例的提升控制电压的方法的示意图。

图6是示出图5中示出的输入/输出控制信号的示意图。

图7是示出根据本公开的实施例的减小比较器的失调电压的影响的方法的流程图。

图8是示出根据本公开的实施例的存储反馈电压的方法的流程图。

图9是示出根据本公开的实施例的生成比较信号的方法的流程图。

图10是示出根据本公开的实施例的包括图像传感器的电子设备的框图。

具体实施方式

本文公开的具体结构或功能描述仅仅是说明性的，用于描述根据本公开的构思的实施例的目的。根据本公开的构思的实施例可以以多种形式实施并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。

在下文中，将参考附图对本公开的示例性实施例进行详细地描述，以便使本领域的技术人员能够容易地实施本公开的技术精神。

实施例提供了图像传感器及其操作方法，这能够通过减小比较器的失调电压的影响来改善比较信号的准确度并基于比较信号提升控制电压。

图1是示出根据本公开的实施例的图像传感器的示意图。

参考图1，图像传感器100可以包括像素阵列110、电压生成器120、比较器130和控制器140。图像传感器100可以基于在电压生成器120中生成的控制电压而生成像素数据。

像素阵列110可以包括用于输出入射光的光学信息的多个像素。具体地，多个像素中的每一个可以累积根据入射光生成的光电荷并且可以生成与累积的光电荷相对应的像素信号。像素中的每一个可以包括用于将光信号转换成电信号的光电转换元件(例如，光电二极管、光电晶体管、光电门或钳位光电二极管)，以及用于处理电信号的至少一个晶体管。在本公开的实施例中，像素中的每一个可以包括传输晶体管、复位晶体管和选择晶体管。

电压生成器120可以生成施加到像素的控制电压。电压生成器120可以将控制电压传输到每个像素中所包括的晶体管。传输到相应晶体管的控制电压可以彼此不同。

比较器130可以通过对在电压生成器120中生成的控制电压和参考电压进行比较来生成比较信号。比较器130可以包括内部放大器和电容器组，该电容器组对用于控制像素的控制电压和与控制电压相对应的参考电压进行采样。在本公开的实施例中，失调电压可以通过内部放大器而包括在比较器130中。失调电压可能降低比较信号的准确度。

在本公开的实施例中，比较器130可以包括调节施加到电容器组的电压的开关以及控制比较信号的反馈的反馈开关。

控制器140可以生成用于控制电压生成器120和比较器130的操作的控制信号。控制器140可以控制比较器130中所包括的开关和反馈开关。控制器140可以减小比较信号中所包括的比较器130的失调电压的影响。

比较器130可以基于控制电压、参考电压、反馈电压和失调电压生成比较信号。比较器130可以基于反馈电压与失调电压之和来减小比较信号中的比较器130的失调电压的影响。比较器130可以生成其中失调电压的影响通过比较器130的增益比而被减小的比较信号。

在本公开的实施例中，电压生成器120可以基于比较信号提升控制电压。电压生成器120可以在升压时间增大控制电压。随着升压时间变得更长，电压生成器120可以进一步增大控制电压。

图2是示出比较器的失调电压的框图。

参考图2，比较器可以通过对第一信号和第二信号之间的差进行放大来生成输出信号。比较器可以包括内部放大器和失调电压。输出信号的准确度可以通过比较器中所包括的失调电压而降低。

理论上，比较器可以通过对第一信号和第二信号之间的差进行放大来输出输出信号。基于比较器中所包括的失调电压，错误可能被包括在输出信号中。输出信号的准确度能够通过减小失调电压对输出信号的影响来提高。

在本公开的实施例中，比较器130可以对应于在电压生成器120中生成的控制电压的变化而生成指示控制电压的升压程度的比较信号。像素可以因对比较信号中所包括的失调电压的影响而发生故障。例如，对于每一像素，复位像素的复位电平可以彼此不同。即使在复位操作之后，电荷也可能保留在像素中所包括的晶体管中。像素输出的线性可能减小。像素输出中包括噪音，因此可靠性可能被劣化。像素内部可能生成暗电流。

为了提高比较信号的准确度，需要减小比较信号中的比较器的失调电压的影响的方法。在本公开的实施例中，控制器可以临时地存储与比较器内部的失调电压相对应的反馈电压，使得能够减小比较信号中所包括的失调电压的影响。

图3是示出根据本公开的实施例的生成其中失调电压的影响被减小的比较信号的比较器的电路图。

参考图3，比较器130可以通过对控制电压与参考电压之间的差进行比较来输出比较信号。比较器130可以包括失调电压320和具有增益A的内部放大器310。第一开关S1可以将控制电压或接地电压传输到第一电容器C1。第一电容器C1可以连接到失调电压320，并且失调电压320可以连接到内部放大器310的正输入端子。第二开关S2可以将参考电压或接地电压传输第二电容器C2。第二电容器C2可以连接到内部放大器310的负输入端子。内部放大器310可以通过负输出端子和正输出端子输出比较信号。第一反馈开关S3可以将第一电容器C1和失调电压320之间的节点连接到内部放大器310的负输出端子。第二反馈开关S4可以将第二电容器C2和内部放大器310的负输入端子之间的节点连接到内部放大器310的正输出端子。

在本公开的实施例中，控制器140可以控制第一开关S1、第二开关S2、第一反馈开关S3和第二反馈开关S4。控制器140可以通过将控制信号传输到比较器130中所包括的开关来将与比较器130的失调电压320相对应的反馈电压存储到第一电容器C1和第二电容器C2中。控制器140可以通过将失调电压320与反馈电压相加来减小比较信号中所包括的失调电压320的影响。

控制器140可以控制第一开关S1和第二开关S2以将接地电压施加到第一电容器C1和第二电容器C2。内部放大器310可以通过比较器130的输出端子输出与失调电压320相对应的反馈电压。控制器140可以导通第一反馈开关S3和第二反馈开关S4。反馈电压可以被施加到第一电容器C1和第二电容器C2。第一电容器C1和第二电容器C2可以对反馈电压进行采样和存储。在本公开的实施例中，接地电压被施加到第一电容器C1和第二电容器C2以及第一反馈开关S3和第二反馈开关S4被导通使得比较信号被反馈的时段可以被称为第一时段。

控制器140可以控制第一开关S1使得控制电压被施加到第一电容器C1，以及可以控制第二开关S2使得参考电压被施加到第二电容器C2。控制电压、参考电压、反馈电压和失调电压320可以通过内部放大器310的输入端子输入。反馈电压和失调电压可以相加。控制器140可以关断第一反馈开关S3和第二反馈开关S4。在本公开的实施例中，控制电压被施加到第一电容器C1、参考电压被施加到第二电容器C2以及第一反馈开关S3和第二反馈开关S4被关断使得比较信号没有被反馈的时段可以被称为第二时段。

在本公开的实施例中，反馈电压的大小可以是失调电压320的大小的A/(A+1)倍。反馈电压的电位方向和失调电压320的电位方向可以彼此相对。反馈电压与失调电压320之和可以是失调电压/(A+1)。反馈电压与失调电压320之和可以与控制电压与参考电压之间的差相加以输入到内部放大器310。比较器130的比较信号可以表达为如下公式。

比较信号＝A*[Vos/(1+A)+参考电压-控制电压]

这里，Vos是失调电压320。

在本公开的实施例中，比较信号中所包括的失调电压320的影响可以是Vos/(1+A)。比较器130的增益A可以是显著大于1的值。比较信号中所包括的失调电压320的影响可以变为Vos/A。控制器140可以通过比较器130的增益A比来减小比较信号中的失调电压320的影响。

图4是示出与图3中示出的电路图相对应的信号的时序图。

参考图4，示出了根据时间变化的控制电压、反馈电压和比较信号。参考电压可以被不断地维持。第一时段可以是时间t0到时间t1之间的时段。在本公开的实施例中，在第一时段期间，与比较器的失调电压相对应的反馈电压可以被存储在第一电容器和第二电容器中。第二时段可以是时间t1到时间t3之间的时段。在本公开的实施例中，在第二时段期间，可以输出通过对控制电压与参考电压之间的差进行比较的比较信号。

在控制电压被输入到像素之后，控制电压的电压电平可以改变。在第一时段期间，控制电压可以减小。在第一时段期间，接地电压可以被施加到比较器。在第一时段期间，比较信号可以被反馈。对应于控制电压的减小，与失调电压相对应的反馈电压可以增大。在第一时段期间，比较器可以输出低值。

在第二时段期间，控制电压可以被提升。控制电压可以增大直到控制电压变得与参考电压相同为止。在第二时段期间，控制电压和参考电压可以被输入到比较器。比较器可以通过对控制电压和参考电压进行比较来输出比较信号。电压生成器可以基于比较信号而增大控制信号。

在图4中，电压生成器可以增大控制电压直到时间t2为止。控制电压可以从时间t1增大到时间t2。从时间t1到时间t2，比较器可以输出高值。在本公开的实施例中，高值可以被称为第一逻辑值。

在时间t2之后，当控制电压与参考电压相同时，比较器可以输出低值。当控制电压达到参考电压时，电压生成器可以暂停控制电压的升压操作。

在本公开的实施例中，比较器维持第一逻辑值的时间可以被称为升压时间。电压生成器可以在升压时间增大控制电压。升压时间可以基于输入到比较器的输入端子的控制电压、参考电压、反馈电压和失调电压而被确定。随着控制电压和参考电压之间的差变更大，控制器可以增加升压时间。

图5是示出根据本公开的实施例的提升控制电压的方法的示意图。

参考图5，比较器可以从电压生成器接收控制电压。比较器可以通过对参考电压和控制电压进行比较来生成比较信号。时钟管理器可以基于从比较器接收的比较信号，将泵时钟信号CLK_pump传输到电压生成器。电压生成器可以根据泵时钟信号CLK_pump提升控制电压。

时钟管理器可以接收时钟信号CLK。时钟信号CLK可以仅在第二时段期间被激活。时钟管理器可以基于比较信号将激活的时钟信号CLK的一部分传输到电压生成器。

电压生成器可以将生成的控制电压传输到像素阵列。在第一时段期间，控制电压可以减小。控制电压可以输入到比较器。比较器可以通过对控制电压和参考电压进行比较来将控制电压的减小程度反馈给电压生成器。电压生成器可以被反馈控制电压的减小程度并且可以提升控制电压。

比较器可以将表示控制电压的减小程度的比较信号传输到时钟管理器。在本公开的实施例中，比较器可以包括失调电压。控制器可以通过控制比较器中所包括的开关来减小比较信号中所包括的失调电压的影响。控制器可以控制比较器以生成其中失调电压的影响通过比较器的增益比而被减小的比较信号。

对应于当比较信号不是第一逻辑值时，时钟管理器可以屏蔽时钟信号CLK。时钟管理器可以生成泵时钟信号CLK_pump，该泵时钟信号CLK_pump包括对应于升压时段的时钟信号CLK。时钟管理器可以将通过屏蔽时钟信号CLK的一部分而获得的泵时钟信号CLK_pump传输到电压生成器。

电压生成器可以基于泵时钟信号CLK_pump而增大控制电压。电压生成器可以将增大的电压传输到像素阵列。在本公开的实施例中，对应于控制电压的变化，比较器可以反馈比较信号，以及控制电压可以基于与比较信号相对应的泵时钟信号CLK_pump而变得等于参考电压。从电压生成器供应的控制电压的准确度能够被提高。

图6是示出图5中示出的输入/输出控制信号的示意图。

参考图6，对应于控制电压的变化，可以示出比较信号和泵时钟信号CLK_pump。第一周期中的控制电压的变化程度和第二周期中的控制电压的变化程度可以彼此不同。

在第一周期中，从时间t0到时间t1，控制电压可以被提供到像素阵列。当控制电压被提供到像素阵列时，接地电压可以被施加到比较器。当接地电压被施加时，比较器可以对与失调电压相对应的反馈电压进行采样和存储。

在第一周期中，从时间t1到时间t3，控制电压和参考电压可以被比较。当控制电压和参考电压被比较时，可以提升控制电压。在从时间t2到时间t3，控制电压可以被不断地维持其中控制电压变得与参考电压相同。

与第一周期相同，在对应于第二周期的时段期间，可以对比较器的失调电压进行采样，以及通过对控制电压和参考电压进行比较，控制信号可以基于比较信号而提升。与第一周期不同，在第二周期期间，控制电压的变化可以不同。由于控制电压与参考电压之间的差变化，比较信号维持第一逻辑值的时间可以变化。在图6中，在第一周期期间的控制电压的变化可以比第二周期期间的控制电压的变化大。对应于第一周期的升压时间可以比对应于第二周期的升压时间长。

对应于第二时段，时钟信号CLK可以被激活。在图6中，时钟信号CLK可以只在时间t1和时间t3之间以及只在时间t4和时间t6之间被激活。在时钟信号CLK中，在第二时段期间，四个单位时钟信号可以被激活。时钟管理器可以输出与其中比较信号在激活的时钟信号CLK中维持第一逻辑值的时段相对应的时钟信号作为泵时钟信号CLK_pump。

在图6中，比较信号在第一周期期间维持第一逻辑值的时段P1和比较信号在第二周期期间维持第一逻辑值的时段P2可以彼此不同。P1可以是与三个单位时钟信号相对应的时段。P2可以是与两个单位时钟信号相对应的时段。

由于在第一周期期间的控制电压的变化大于第二周期期间的控制电压的变化，比较信号在第一周期期间维持第一逻辑值的时段比比较信号在第二周期期间维持第一逻辑值的时段长。在第一周期期间，可以输出包括四个单位时钟信号中的三个单位时钟信号的泵时钟信号CLK_pump。电压生成器可以增大与三个单位时钟信号相对应的控制电压。

类似地，在第二周期期间，可以输出包括两个单位时钟信号的泵时钟信号CLK_pump。电压生成器可以基于两个单位时钟信号增大控制电压。

在控制电压变得与参考电压相同之后，比较信号可以维持第二逻辑值。在本公开的实施例中，低值可以被称为第二逻辑值。在第一周期中，从时间t2到时间t3，可以输出第二逻辑值作为比较信号。当比较信号维持第二逻辑值时，时钟信号CLK可以被屏蔽。在第二周期中，从时间t5到时间t6，可以输出第二逻辑值作为比较信号。

在图6中，在时段P1和时段P2期间，可以提升控制电压。升压时间可以基于控制电压与参考电压之间的差和反馈电压与失调电压之和来确定。随着控制电压与参考电压之间的差以及反馈电压与失调电压之和变得更大，控制器可以增加升压时间。

图7是示出根据本公开的实施例的减小比较器的失调电压的影响的方法的流程图。

参考图7，图像传感器可以提高施加到像素的控制电压的准确度。图像传感器可以基于通过对控制电压和参考电压进行比较而获得的比较结果来提升在电压生成器中生成的控制电压。图像传感器可以在控制电压和参考电压被比较之前存储比较器的失调电压，从而比较信号中所包括的失调电压的影响能够被减小。

在步骤S710中，控制器可以控制比较器以将与比较器的失调电压相对应的反馈电压存储到第一电容器和第二电容器中，第一电容器对用于控制像素的控制电压进行采样，以及第二电容器对与控制电压相对应的参考电压进行采样。控制器可以控制比较器，使得只有失调电压被施加到比较器。比较器可以对反馈电压进行采样，反馈电压可以被存储到比较器中所包括的电容器中。

在步骤S720中，对应于控制电压和参考电压的输入，比较器可以将失调电压和反馈电压相加。控制器可以将控制电压和参考电压施加到比较器。控制器可以控制比较器使得比较器的输出不反馈到输入端子。反馈电压的电位方向和失调电压的电位方向可以彼此不同。反馈电压与失调电压之和的大小可以小于失调电压的大小。

在步骤S730中，比较器可以基于控制电压、参考电压以及失调电压与反馈电压之和来生成比较信号。失调电压的影响可以被包括在比较信号中。控制器可以将反馈电压存储在电容器中，从而减小比较信号中包括的失调电压的影响。

反馈电压可以被存储在比较器中所包括的第一电容器和第二电容器中。第一电容器可以对控制电压进行采样，以及第二电容器可以对参考电压进行采样。比较器可以通过对第一电容器的电压和第二电容器的电压之间的差进行放大来输出比较信号。第一电容器的电压和第二电容器的电压的差可以是通过对反馈电压与失调电压之和与控制电压与参考电压之间的差进行相加而获得的值。

在步骤S740中，电压生成器可以基于比较信号来提升控制电压。电压生成器可以增大控制电压直到控制电压与参考电压相同为止。

控制器可以基于控制电压与参考电压之间的差来确定比较信号维持第一逻辑值的升压时间。随着控制电压与参考电压之间的差变得更大，控制器可以维持升压时间以变得更长。

在本公开的实施例中，时钟管理器可以通过屏蔽激活的时钟信号的一部分而将泵时钟信号传输到电压生成器。电压生成器可以根据泵时钟信号中所包括的单位时钟信号的数量来增大控制电压。

图8是示出根据本公开的实施例的存储反馈电压的方法的流程图。

参考图8，比较器可以将反馈电压存储在第一电容器和第二电容器中，第一电容器对控制电压进行采样以及第二电容器对参考电压进行采样。控制器可以控制比较器，使得只有失调电压被施加到内部放大器的输入端子。

在步骤S810中，控制器可以通过控制第一开关和第二开关来将接地电压施加到内部放大器的输入端子，其中第一开关调节施加到第一电容器的电压以及第二开关调节施加到第二电容器的电压。可以操作第一开关使得控制电压或接地电压被施加到第一电容器。可以操作第二开关使得参考电压或接地电压被施加到第二电容器。

在步骤S820中，控制器可以导通第一反馈开关和第二反馈开关。第一反馈开关和第二反馈开关可以将内部放大器的输出端子和输入端子彼此连接。与失调电压相对应的反馈电压可以被施加到第一电容器和第二电容器。

在步骤S830中，第一电容器和第二电容器可以对反馈电压进行采样。反馈电压可以与在图4的第二时段期间采样的控制电压或参考电压相加。在图4的第二时段期间，反馈电压可以与失调电压相加。通过将反馈电压与失调电压相加，输入到内部放大器的失调电压的大小可以变小。在图4的第一时段期间采样的反馈电压可以减小失调电压的影响。

图9是示出根据本公开的实施例的生成比较信号的方法的流程图。

参考图9，比较器可以通过对控制电压和参考电压进行比较来生成比较信号。比较器可以基于控制电压、参考电压、失调电压和反馈电压输出比较信号。

在步骤S910中，控制器可以通过控制第一开关将控制电压施加到第一电容器，以及可以通过控制第二开关将参考电压施加到第二电容器。第一电容器可以对控制电压进行采样。第二电容器可以对参考电压进行采样。

在步骤S920中，控制器可以关断第一反馈开关和第二反馈开关。比较信号可以不反馈到输入端子。

在步骤S930中，比较器可以基于控制电压、参考电压，以及通过将失调电压与反馈电压相加而获得的结果来生成比较信号。比较器可以将反馈电压与失调电压之和与控制电压与参考电压之间的差相加，并且通过内部放大器的增益A对通过将反馈电压与失调电压之和与控制电压与参考电压之间的差相加而获得的结果进行放大。比较信号中所包括的失调电压的影响可以通过比较器的增益比而减小。

图10是示出根据本公开的实施例的包括图像传感器的电子设备的框图。

参考图10，电子设备2000可以包括图像传感器2010、处理器2020、储存设备2030、存储器件2040、输入设备2050以及输出设备2060。尽管在图10中未示出，电子设备2000可以与视频卡、存储卡、USB设备等进行通信，或者还可以包括能够与其他电子设备进行通信的端口。

图像传感器2010可以生成与入射光相对应的图像数据。图像数据可以传输到处理器2020以通过处理器2020处理。图像传感器2010可以生成关于通过透镜输入(或捕获)的对象的图像数据。透镜可以包括至少一个形成光学系统的透镜。

图像传感器2010可以包括多个像素。图像传感器2010可以生成与多个像素中拍摄的图像相对应的多个像素值。在图像传感器2010中生成的多个像素值可以被传输到处理器2020。即，图像传感器2010可以生成与单个帧相对应的多个像素值。

在本公开的实施例中，图像传感器2010可以提高输入到像素的控制电压的准确度。图像传感器2010可以基于通过对控制电压和参考电压进行比较而获得的比较信号来提升在电压生成器中生成的控制电压。图像传感器2010可以减小被包括在比较信号中的比较器的失调电压的影响。图像传感器2010可以将接地电压施加到比较器，并且可以将与失调电压相对应的反馈电压存储在采样电容器中。对应于控制电压和参考电压的施加，图像传感器2010可以将失调电压与反馈电压相加，从而比较信号中所包括的失调电压的影响能够减小。通过将失调电压与反馈电压相加，比较信号中所包括的失调电压可以通过比较器的增益比而减小。

输出设备2060可以显示图像数据。储存设备2030可以存储图像数据。处理器2020可以控制图像传感器2010、输出设备2060以及储存设备2030的操作。

处理器2020可以是执行处理从图像传感器2010接收的图像数据的计算并输出处理的图像数据的图像处理设备。该处理可以是电子稳像(EIS)、插值、色调校正、图像质量校正、尺寸调整等。

处理器2020可以实施为独立于图像传感器2010的芯片。例如，处理器2020可以利用多芯片封装实施。在本公开的另一个实施例中，处理器2020可以被包括作为图像传感器2010的一部分以实施为一个芯片。

处理器2020可以执行并控制电子设备2000的操作。根据本公开的实施例，处理器2020可以是微处理器、中央处理单元(CPU)或应用处理器(AP)。处理器2020可以通过地址总线、控制总线和数据总线连接到储存设备2030、存储器件2040、输入设备2050和输出设备2060以执行通信。

储存设备2030可以包括闪速存储器件、固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、CD-ROM、所有类型的非易失性存储器件等。

存储器件2040可以存储电子设备2000的操作所必要的数据。例如，存储器件2040可以包括诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)的易失性存储器件，以及诸如可擦除可编程序只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪速存储器件的非易失性存储器件。处理器2020可以通过执行存储器件2040中存储的命令集来控制图像传感器2010和输出设备2060。

输入设备2050可以包括诸如键盘、键区、鼠标等的输入装置，以及输出设备2060可以包括诸如打印机或显示器的输出装置。

图像传感器2010可以利用多种类型的封装实施。例如，图像传感器2010的至少一部分的组件可以通过使用封装实施，例如封装上封装(PoP)、球栅阵列(BGA)、芯片级封装(CSP)、塑性引线芯片载体(PLCC)、塑造双列直插式封装(PDIP)、窝伏尔组件中的裸片、晶圆形式的裸片、板上芯片(COB)、陶瓷双列直插式封装(CERDIP)、塑料公制四方扁平封装(MQFP)、薄型四方扁平封装(TQFP)、小外形(SOIC)、收缩型小外形封装(SSOP)、薄型小外形(TSOP)、系统级封装(SIP)、多芯片封装(MCP)、晶圆级制造封装(WFP)以及晶圆级处理封装(WSP)。

同时，电子设备2000可以被理解为使用图像传感器2010的所有计算系统。电子设备2000可以以封装模块、组件等形式实施。例如，电子设备2000可以被实施为数码相机、移动设备、智能手机、个人电脑(PC)、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、便携式多媒体播放机(PMP)、可穿戴设备、黑盒子、机器人、自动驾驶车辆等。

根据本公开，可以提供图像传感器，该图像传感器减小通过对控制电压和参考电压进行比较而获得的比较信号中所包括的比较器的失调电压的影响，并基于比较信号将具有高准确度的控制信号供应到像素。

虽然已经参考本公开的某些示例性实施例示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节的各种改变。因此，本公开的范围不应限于上述示例性实施例，而是应该不仅由所附权利要求而且还由其等同物来确定。

在上述实施例中，所有步骤可以被选择性地执行，或者部分步骤可以被省略。在每个实施例中，步骤不一定按照所描述的顺序执行并且可以重新排列。本说明书和附图中公开的实施例仅是为了便于理解本公开的示例，并且本公开不限于此。即，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本公开的技术范围的基础上进行各种修改。

同时，已经在附图和说明书中描述了本公开的示例性实施例。这里虽然使用了特定的术语，但它们仅用于解释本公开的实施例。因此，本公开不限于上述实施例并且在本公开的精神和范围内可以有许多变化。对本领域的技术人员应当明显的是，除在本文公开的实施例之外，还能够基于本公开的技术范围进行各种修改。

Claims (21)

1.一种图像传感器，包括：

比较器，所述比较器包括：

第一电容器，所述第一电容器对用于控制像素的控制电压进行采样；

第二电容器，所述第二电容器对与所述控制电压相对应的参考电压进行采样；

第一开关，所述第一开关对施加到所述第一电容器的电压进行调节；

第二开关，所述第二开关对施加到所述第二电容器的电压进行调节；

第一反馈开关，所述第一反馈开关将所述比较器的第一输出端子连接到所述比较器的第一输入端子；以及

第二反馈开关，所述第二反馈开关将所述比较器的第二输出端子连接到所述比较器的第二输入端子；以及

放大器，所述放大器通过对所述第一电容器的电压和所述第二电容器的电压进行比较来生成比较信号；

控制器，所述控制器：控制所述第一开关和所述第二开关以将接地电压施加到所述第一电容器和所述第二电容器，导通所述第一反馈开关和所述第二反馈开关，以及将与所述比较器的失调电压相对应的反馈电压存储在所述第一电容器和所述第二电容器中；以及

电压生成器，所述电压生成器基于所述比较信号提升所述控制电压。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述比较器接收通过所述第一输入端子和所述第二输入端子输入的所述失调电压以及通过所述第一输出端子和所述第二输出端子输出所述反馈电压。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一电容器和所述第二电容器对所述反馈电压进行采样。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述控制器：控制所述第一开关使得所述控制电压被施加到所述第一电容器，控制所述第二开关使得所述参考电压被施加到所述第二电容器，以及关断所述第一反馈开关和所述第二反馈开关，以及

其中，所述比较器基于所述控制电压、所述参考电压、所述反馈电压以及所述失调电压生成所述比较信号。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述比较器接收通过所述第一输入端子和所述第二输入端子输入的所述控制电压和所述参考电压之间的差以及所述反馈电压与所述失调电压之和，以及通过所述第一输出端子和所述第二输出端子输出所述比较信号。

6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述控制器基于所述反馈电压与所述失调电压之和减小所述比较器的所述失调电压的影响。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述比较器生成其中所述失调电压的影响通过所述比较器的增益比而被减小的所述比较信号。

8.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，基于输入到所述第一输入端子和所述第二输入端子的信号的大小，所述控制器控制所述比较信号维持第一逻辑值的时间。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，对应于所述比较信号维持所述第一逻辑值的时间，所述电压生成器提升所述控制电压。

10.一种比较器，包括：

电容器组，所述电容器组对用于控制像素的控制电压和预定的参考电压进行采样；

放大器，所述放大器通过对由所述电容器组采样的电压进行比较来生成比较信号；以及

开关组，所述开关组调节施加到所述电容器组的电压，以及控制所述放大器的反馈，

其中，所述电容器组：在所述放大器的比较信号被反馈的第一时段期间，对与所述放大器的失调电压相对应的反馈电压进行存储，以及在所述控制电压和所述参考电压被施加到所述放大器的第二时段期间，将所述反馈电压和所述失调电压相加。

11.根据权利要求10所述的比较器，其中，所述电容器组包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容器对所述控制电压进行采样，以及所述第二电容器对所述参考电压进行采样，以及

其中，所述第一电容器和所述第二电容器在所述第一时段期间存储所述反馈电压。

12.根据权利要求11所述的比较器，其中，所述放大器在所述第二时段期间，基于所述反馈电压与所述失调电压之和，生成所述失调电压的影响通过所述比较器的增益比而被减小的所述比较信号。

13.根据权利要求11所述的比较器，其中，所述开关组包括：第一开关，所述第一开关调节被施加到所述第一电容器的电压；第二开关，所述第二开关调节被施加到所述第二电容器的电压；第一反馈开关，所述第一反馈开关将所述比较器的第一输出端子连接到所述比较器的第一输入端子；以及第二反馈开关，所述第二反馈开关将所述比较器的第二输出端子连接到所述比较器的第二输入端子，

其中，所述第一开关和所述第二开关在所述第一时段期间，将接地电压施加到所述第一电容器和所述第二电容器，以及

其中，所述第一反馈开关和所述第二反馈开关在所述第一时段期间被导通。

14.根据权利要求13所述的比较器，其中，在所述第二时段期间，所述第一开关将所述控制电压施加到所述第一电容器，以及所述第二开关将所述参考电压施加到所述第二电容器，以及

其中，所述第一反馈开关和所述第二反馈开关在所述第二时段期间被关断。

15.根据权利要求13所述的比较器，其中，所述放大器接收通过所述第一输入端子和所述第二输入端子输入的所述失调电压，以及通过所述第一输出端子和所述第二输出端子输出所述反馈电压。

16.根据权利要求14所述的比较器，其中，所述放大器接收通过所述第一输入端子和所述第二输入端子输入的所述控制电压与所述参考电压之间的差以及所述反馈电压与所述失调电压之和，以及通过所述第一输出端子和所述第二输出端子输出所述比较信号。

17.一种操作图像传感器的方法，所述方法包括：

将与比较器的失调电压相对应的反馈电压存储在第一电容器和第二电容器中，所述第一电容器对用于控制像素的控制电压进行采样，以及所述第二电容器对与所述控制电压相对应的参考电压进行采样；

对应于所述控制电压和所述参考电压的输入，将所述失调电压和所述反馈电压相加；

基于所述控制电压与所述参考电压之间的差以及所述反馈电压与所述失调电压之和，生成比较信号；以及

基于所述比较信号，提升所述控制电压。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，存储所述反馈电压包括：

通过控制第一开关和第二开关来施加接地电压，其中所述第一开关调节施加到所述第一电容器的电压，以及所述第二开关调节施加到所述第二电容器的电压；

导通第一反馈开关和第二反馈开关，其中所述第一反馈开关将所述比较器的第一输出端子连接到所述比较器的第一输入端子，以及所述第二反馈开关将所述比较器的第二输出端子连接到所述比较器的第二输入端子；以及

对所述反馈电压进行采样。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述失调电压和所述反馈电压相加包括：

通过控制所述第一开关来将控制电压施加到所述第一电容器，以及通过控制所述第二开关来将参考电压施加到所述第二电容器；

关断所述第一反馈开关和所述第二反馈开关；以及

基于所述失调电压和所述反馈电压，将通过所述比较器的增益比而减小的失调电压存储在所述第一电容器和所述第二电容器中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，生成所述比较信号包括：

对所述控制电压进行采样；

对所述参考电压进行采样；以及

输出所述比较信号，所述比较信号在升压时间内维持第一逻辑值，所述升压时间基于所述控制电压与所述参考电压之间的差与所述第一电容器和所述第二电容器中存储的减小的失调电压之和而确定。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，提升所述控制电压包括对应于所述提升时间，增大所述控制电压。