CN117425093A - 图像传感器及信号转换方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种图像传感器及信号转换方法。图像传感器包括：第一电容器，其用于采样粗斜坡信号；第二电容器，其用于采样第一电容器的电压与精斜坡信号之和；以及比较器，其用于生成通过将从像素接收的像素电压与第一电容器的电压或第二电容器的电压进行比较而获得的比较信号。图像传感器还包括：数据输出单元，其用于基于比较信号输出与像素相对应的比特位数据。

Description

图像传感器及信号转换方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年7月18日在韩国知识产权局提交的第10-2022-0088438号韩国专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及图像传感器，更具体地涉及图像传感器及模数信号转换方法。

背景技术

图像传感器一般可以被分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。最近，具有低制造成本、低功耗并且易于与外围电路集成的CMOS图像传感器已经受到关注。

单斜率ADC经常被用作图像传感器的模数转换器。与其他ADC相比，单斜率ADC可以具有简单的结构、较小的占用面积和高线性输出。

因为单斜率ADC需要2的倍数的时钟周期，所以在在采集高分辨率图像时功耗可能增加。因此，需要设计用于在不过度提高操作频率的同时实现高分辨率ADC的2级信号转换操作。

发明内容

一些实施例提供图像传感器和信号转换方法，其中对通过采样粗斜坡信号获得的电压进行存储，从而在生成精斜坡信号的采样电压时使用存储的电压。

根据本公开的一个实施例，一种图像传感器包括：第一电容器，其被配置为采样粗斜坡信号；第二电容器，其被配置为采样所述第一电容器的电压与精斜坡信号之和；比较器，其被配置为生成通过将从像素接收的像素电压与所述第一电容器的电压或所述第二电容器的电压进行比较而获得的比较信号；以及数据输出单元，其被配置为基于所述比较信号输出与所述像素相对应的比特位数据。

根据本公开，一种信号转换方法包括：在第一电容器中存储与对应于粗斜坡信号请求而接收的粗斜坡信号有关的第一采样电压；基于所述第一采样电压和与像素有关的像素电压来生成第一比较信号；在第二电容器中存储与对应于精斜坡信号请求而接收的精斜坡信号和所述第一采样电压之和有关的第二采样电压；基于所述第二采样电压和所述像素电压来生成第二比较信号；以及基于所述第一比较信号和所述第二比较信号生成比特位数据。

附图说明

将在下文中参考附图更全面地描述示例实施例；然而，示例实施例可以以不同的形式体现，并且不应该被解释为被限制于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将能够由本领域技术人员实现。

在附图中，为了清楚地说明，尺寸可以被放大。应理解，当元件被称为在两个元件"之间"时，两个元件之间可以只有该元件或者也可以存在一个或多个中间元件。在全部附图中，相同的附图标记指代相同的元件。

图1是示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的图。

图2是示出图1所示的信号换能器的框图。

图3是示出根据本公开的一个实施例的斜坡信号发生器和模数转换器的电路图。

图4是示出图3所示的电路图中指示的信号的时序图。

图5是示出根据本公开的一个实施例的斜坡开关控制器的图。

图6是示出图5所示的斜坡开关控制器的输入/输出控制信号的图。

图7是示出根据本公开的一个实施例的信号转换方法的流程图。

图8是示出根据本公开的一个实施例的斜坡开关控制信号的传输方法的流程图。

图9是示出根据本公开的一个实施例的包括图像传感器的电子装置的框图。

具体实施方式

本文公开的特定的结构和功能描述仅是说明性的以为了描述根据本公开的构思的实施例。根据本公开的构思的实施例可以以多种形式实现，并且不应该被解释为被限制于本文阐述的实施例。

在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例，以便使本领域技术人员能够实现本公开的技术精神。

图1是示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的图。

参考图1，图像传感器100可以包括像素阵列110、行解码器120、控制器130、信号换能器140和输出缓冲器150。如图1所示，控制器130也被称为控制电路。

像素阵列110可以包括用于输出入射光中包括的颜色信息的多个像素。具体地，所述多个像素中的每一个可以累积根据入射光生成的光电荷，以及生成与累积的光电荷相对应的像素信号。每个像素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、光电门或钉扎光电二极管)和用于处理电信号的至少一个晶体管。

像素阵列110可以包括沿行方向和列方向布置的多个像素。像素阵列110可以针对每一行生成多个像素信号。所述多个像素信号中的每一个可以是模拟类型的像素信号。

像素阵列110可以包括：滤色器阵列，其包括仅允许入射到每个像素上的特定波长(例如，红色、蓝色或绿色)的光经过其的滤色器。像素信号可以表示经过滤色器阵列的具有特定波长的光的强度。

响应于从控制器130输出的地址和控制信号，行解码器120可以从像素阵列110中的其上布置有多个像素的多个行中选择一行。

控制器130可以生成用于控制图像传感器100的控制信号。控制器130可以输出生成的控制信号，从而控制图像传感器100中包括的开关的开/关操作。

信号换能器140可以包括放大像素阵列110中生成的像素信号的内部放大器。信号换能器140可以从像素阵列110的每一列接收像素信号，以及根据内部放大器的增益值改变像素信号的幅度。

信号换能器140可以将多个模拟类型的像素信号转换成多个数字类型的像素值。多个数字类型的像素值可以以多种模式输出。响应于从控制器130输出的控制信号，信号换能器140可以对从像素阵列110输出的每个信号执行相关双采样(CDS)，以及通过对执行了CDS的每个信号执行模数转换而输出每个数字信号。

在本公开的一个实施例中，信号换能器140可以通过将像素信号与斜坡信号进行比较而输出被转换成数字信号的像素数据。信号换能器140可以采样与每一列相对应的像素信号。信号换能器140可以包括将与每一列有关的像素信号与斜坡信号进行比较的比较器和计数器。

输出缓冲器150可以使用多个缓冲器实现，所述多个缓冲器具有存储的从信号换能器140输出的数字信号。具体地，输出缓冲器150可以锁存和输出由信号换能器140提供的列单元中的每个像素数据。输出缓冲器150可以暂时地存储从信号换能器140输出的像素数据，以及在控制器130的控制下顺序地输出所述像素数据。根据本公开的一个实施例，输出缓冲器150可以被省略。

图2是示出图1所示的信号换能器的框图。

参考图2，信号换能器140可以包括斜坡信号发生器141和模数转换器142。基于从像素的列接收的像素信号和斜坡信号，信号换能器140可以将作为模拟信号的像素信号转换成作为数字信号的比特位数据。信号换能器140可以执行2阶单斜率模数转换操作。在2阶单斜率模数转换操作中，比特位数据的一部分可以基于粗斜坡信号和像素信号而生成，而比特位数据的另外的部分可以基于精斜坡信号和所述像素信号生成。

与斜坡信号请求相对应地，斜坡信号发生器141可以生成粗斜坡信号或精斜坡信号。斜坡信号发生器141可以通过不同的输出端子输出粗斜坡信号和精斜坡信号。

模数转换器142可以基于像素信号和斜坡信号生成比特位数据。斜坡信号可以是模数转换操作的参考信号。模数转换器142可以包括被连接至粗斜坡信号的输出端子的第一源极跟随器144和被连接至精斜坡信号的输出端子的第二源极跟随器143。第一源极跟随器144和第二源极跟随器143可以输出接收的信号的电压。

模数转换器142可以包括被连接至第一源极跟随器144的第一电容器、被连接至第二源极跟随器143的第二电容器、将第一电容器和第二电容器相互连接的开关S1、将像素信号和斜坡信号相互进行比较的比较器145、以及存储比较结果和控制开关S1的控制器146。与接收到粗斜坡信号相对应地，第一电容器可以采样粗斜坡信号。第一电容器可以存储与粗斜坡信号相对应的电压。

与接收到精斜坡信号相对应地，第二电容器可以采样精斜坡信号。第三电容器可以采样像素信号，以及存储与像素信号相对应的电压。通过将由第三电容器采样的像素信号与采样的粗斜坡信号或采样的精斜坡信号进行比较，比较器145可以生成比较信号。

斜坡信号发生器141可以仅输出从粗斜坡信号和精斜坡信号中选择的一个信号。例如，当斜坡信号发生器141输出粗斜坡信号时，可以在精斜坡信号的输出端子处输出参考电压。当斜坡信号发生器141输出精斜坡信号时，可以在粗斜坡信号的输出端子处输出接地电压。

在第一源极跟随器144接收粗斜坡信号的同时，开关S1可以向第二电容器传输存储在第一电容器中的电压。与比较信号的改变相对应地，控制器146可以向开关S1传输关断控制信号。当开关S1被关断时，存储在第二电容器中的电压可以保持恒定。

基于比较器145的比较信号，控制器146可以生成比特位数据。与接收到粗斜坡信号相对应地，控制器146可以生成比特位数据的高比特位。与接收到精斜坡信号相对应地，控制器146可以生成比特位数据的低比特位。控制器146还可以包括存储生成的比特位的锁存器。基于存储在锁存器中的比特位，控制器146可以将作为模拟信号的像素信号转换成作为数字信号的比特位数据。

在本公开的一个实施例中，当假设比特位数据具有12比特位时，控制器146可以与接收到粗斜坡信号相对应地生成比特位数据的5比特位，以及与接收到精斜坡信号相对应地生成比特位数据的另外7比特位。本公开的图像传感器执行高分辨率模数转换操作，并且相较于1阶模数转换操作可以减小功耗和缩短所需要的时间。

在本公开的一个实施例中，模数转换器142还可以包括：数据输出单元147，其基于比较信号输出与像素有关的比特位数据。

图3是示出根据本公开的一个实施例的斜坡信号发生器和模数转换器的电路图。

参考图3，斜坡信号发生器141和模数转换器142可以包括多个开关和多个电容器。图3所示的电路图仅是用于本公开的许多可能的实施例中的一个。

斜坡信号发生器141可以从相同的源生成粗斜坡信号或精斜坡信号。与粗斜坡信号请求START_CSS相对应地，斜坡信号发生器141可以输出粗斜坡信号。类似地，与精斜坡信号请求START_FSS相对应地，斜坡信号发生器141可以输出精斜坡信号。

斜坡信号发生器141可以包括连接在所述源和粗斜坡信号的输出端子之间的第一开关SRC1、连接在粗斜坡信号的输出端子和地之间的第二开关SRC2、连接在所述源和精斜坡信号的输出端子之间的第三开关SRF1、以及连接在精斜坡信号的输出端子和参考电压输入端子之间的第四开关SRF2。在本公开的一个实施例中，第一开关SRC1和第二开关SRC2可以形成第一开关对，而第三开关SRF1和第四开关SRF2可以形成第二开关对。接通操作和关断操作可以在每个开关对中包括的开关上互补地执行。例如，当第一开关SRC1被接通时，第二开关SRC2可以被关断。类似地，当第一开关SRC1被关断时，第二开关SRC2可以被接通。

斜坡信号发生器141中包括的开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2可以交替地执行接通操作或关断操作，从而向模数转换器142输出粗斜坡信号或精斜坡信号。

在本公开的一个实施例中，第一源极跟随器144可以从斜坡信号发生器141接收粗斜坡信号，第二源极跟随器143可以从斜坡信号发生器141接收参考电压。与接收到粗斜坡信号相对应地，第一电容器C2_CS可以采样粗斜坡信号。第一电容器C2_CS可以存储与粗斜坡信号相对应的电压。与接收到粗斜坡信号相对应地，开关S1可以被接通。开关S1可以向第二电容器C2_FS传输存储在第一电容器C2_CS中的电压。第三电容器C1可以采样像素信号VPIXEL，以及存储与像素信号VPIXEL相对应的电压。

存储在第一电容器C2_CS中的电压可以被施加到比较器145的正输入端子VINP。存储在第三电容器C1中的电压可以被施加到比较器145的负输入端子VINN。与接收到粗斜坡信号相对应地，比较器145可以将存储在第一电容器C2_CS中的电压与存储在第三电容器C1中的电压进行比较。与被施加到负输入端子VINN的电压低于或等于被施加到正输入端子VINP的电压相对应地，比较器145可以改变比较信号COMP_OUT的输出值。例如，与被施加到负输入端子VINN的电压低于或等于被施加到正输入端子VINP的电压相对应地，比较信号COMP_OUT的输出值可以从高改变为低。

控制器146可以将比较器145的比较信号COMP_OUT存储在锁存器中。在一个实施例中，如图3所示，控制器146表示具有多个锁存器的逻辑控制器。控制器146可以通过计数比较信号COMP_OUT而生成比特位数据DOUT的高比特位。与比较信号COMP_OUT的改变相对应地，控制器146可以向开关S1发送关断控制信号。与开关S1的关断相对应，被施加到比较器145的正输入端子VINP的电压可以保持恒定。在接收粗斜坡信号的同时，第二电容器C2_FS可以存储第一电容器C2_CS中存储的剩余电压。

在本公开的一个实施例中，第二源极跟随器143可以从斜坡信号发生器141接收精斜坡信号，第一源极跟随器144可以接收接地电压。第二电容器C2_FS可以采样精斜坡信号。第二电容器C2_FS可以采样第一电容器C2_CS的剩余电压与精斜坡信号之和。在本公开的一个实施例中，第二电容器C2_FS使用第一电容器C2_CS的剩余电压，从而可以简化精转换操作所需要的电压控制。

与接收到精斜坡信号相对应地，比较器145可以通过将存储在第二电容器C2_FS中的电压与存储在第三电容器C1中的电压进行比较而生成比较信号COMP_OUT。控制器146可以通过计数比较信号COMP_OUT而生成比特位数据DOUT的低比特位。

在本公开的一个实施例中，源极跟随器143和144中的每一个可以包括将源和地相互连接的晶体管，并且斜坡信号可以被施加到晶体管的栅极端子。源极跟随器143和144可以向与其连接的电容器C2_CS和C2_FS传输接收的斜坡信号的电压VRAMP_COARSE和VRAMP_FINE。

在本公开的一个实施例中，模数转换器142还可以包括将比较器145的输出端子和输入端子相互连接的开关S2。开关S2可以被用于模数转换器142的复位操作。在执行生成比特位数据DOUT的操作之前，模数转换器142可以执行复位操作。

图4是示出图3所示的电路图中指示的信号的时序图。

参考图4，可以示出在执行2阶单斜率模数转换操作的同时被施加到开关的信号和节点的信号的电势。在图4中，可以假设模数转换器在时间t0之前执行复位操作。模拟像素信号可以被采样，使得与像素信号相对应的电压被存储在第三电容器中。

在时间t1处，被施加到斜坡信号发生器中包括的斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的控制信号可以被改变。接通控制信号可以被施加到第一斜坡开关SRC1和第四斜坡开关SRF2，关断控制信号可以被施加到第二斜坡开关SRC2和第三斜坡开关SRF1。与斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2接收到控制信号相对应地，斜坡信号发生器可以向模数转换器输出粗斜坡信号。

在时间t2处，粗斜坡信号请求START_CSS可以被施加到斜坡信号发生器。与接收到粗斜坡信号相对应地，与粗斜坡信号相对应的电压可以被存储在第一电容器中。在时间t2处，开关S1被接通，因此存储在第一电容器中的电压可以被传输到第二电容器。存储在第一电容器中的电压可以被施加到比较器的正输入端子VINP。

在时段t2至t3中，被施加到比较器的正输入端子VINP的第一电容器的电压高于被施加到比较器的负输入端子VINN的第三电容器的电压，因此比较信号COMP_OUT的输出值可以被保持为高。

在时间t3处，被施加到比较器的负输入端子VINN的第三电容器的电压变为等于被施加到比较器的正输入端子VINP的第一电容器的电压。因此，比较信号COMP_OUT的输出值可以被改变为低，并且关断控制信号可以被施加到开关S1。与开关S1的关断相对应地，第一电容器的剩余电压可以被存储在第二电容器中。

在时段t3至t4中，被施加到比较器的负输入端子VINN的第三电容器的电压低于被施加到比较器的正输入端子VINP的第一电容器的电压，因此比较信号COMP_OUT的输出值可以被保持为低。因为在时段t3至t4期间开关S1被关断，所以被施加到比较器的正输入端子VINP的电压可以保持恒定。

在时间t4处，粗斜坡信号请求结束，而被施加到斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的控制信号可以被改变。关断控制信号可以被施加到第一斜坡开关SRC1和第四斜坡开关SRF2，接通控制信号可以被施加到第二斜坡开关SRC2和第三斜坡开关SRF1。与斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2接收到控制信号相对应地，斜坡信号发生器可以向模数转换器输出精斜坡信号。

精斜坡信号的电势可以在时间t4和时间t5之间被增大。第二电容器可以采样第一电容器的剩余电压和精斜坡信号。与精斜坡信号的增大的电势相对应地，被施加到比较器的正输入端子VINP的第二电容器的电压可以被增大，并且比较信号COMP_OUT的输出值可以被改变为高。

在时间t5处，精斜坡信号请求START_FSS可以被施加到斜坡信号发生器。在t5至t8期间，比较器可以输出通过将被施加到比较器的正输入端子VINP的第二电容器的电压与被施加到比较器的负输入端子VINN的第三电容器的电压进行比较而获得的比较信号COMP_OUT。

在时间t7处，与被施加到比较器的正输入端子VINP的第二电容器的电压和被施加到比较器的负输入端子VINN的第三电容器的电压变为相同相对应地，比较信号COMP_OUT的输出值可以被改变为低。

在本公开的一个实施例中，时段t2至t4可以是通过将粗斜坡信号与像素信号相互进行比较而确定比特位数据的高比特位的粗转换操作被执行的时段。时段t5至t8可以是通过将精斜坡信号与像素信号相互进行比较而确定比特位数据的低比特位的精转换操作被执行的时段。

图5是示出根据本公开的一个实施例的斜坡开关控制器的图。

参考图5，被传输到斜坡开关的控制信号中的一些信号可以被延迟预定的时间。斜坡信号发生器可以包括斜坡开关控制器148，斜坡开关控制器148延迟被输入到斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的接通控制信号。

接通操作或关断操作可以针对每个开关对而在斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2上执行。例如，当第一斜坡开关SRC1被接通时，第二斜坡开关SRC2可能被接通。当斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的接通/关断操作被同时执行时，路径可以在所述源与地或参考电压输入端子之间而不是在源与斜坡信号输出端子之间形成。斜坡信号发生器可以不正常操作，并且斜坡信号发生器中可能出现问题。

在本公开的一个实施例中，被施加到形成开关对的斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的接通控制信号可以被延迟预定的时间，以便可以防止斜坡信号发生器的异常操作。具体地，斜坡开关控制器148可以将被施加到斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的控制信号分成接通控制信号和关断控制信号。斜坡开关控制器148可以通过不同的路径向斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2传输接通控制信号和关断控制信号。

例如，斜坡开关控制器148可以通过信号延迟单元向斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2传输接通控制信号。当接通控制信号被延迟时，接通/关断操作不在斜坡信号发生器中包括的斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2上同时被执行，因此斜坡信号发生器可以正常操作。

斜坡开关控制器148不延迟关断控制信号，而是可以向斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2传输关断控制信号。在本公开的另一实施例中，斜坡开关控制器148可以仅延迟关断控制信号而不是接通控制信号，并且向斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2传输关断控制信号。

图6是示出图5所示的斜坡开关控制器的输入/输出控制信号的图。

参考图6，开关控制信号可以被输入到斜坡开关控制器，并且斜坡开关控制器可以仅延迟输出接通控制信号。在图6中，接通控制信号被延迟的时间可以是预定的时间d。

被施加到斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的控制信号可以是接通控制信号或关断控制信号。斜坡开关控制器可以仅延迟被输入到斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的控制信号中的接通控制信号预定的时间d，并且输出延迟的接通控制信号。斜坡开关控制器可以有差别地设置传输接通控制信号和关断控制信号的路径。斜坡开关控制器可以允许信号延迟单元仅被包括在传输接通控制信号的路径中。

斜坡开关控制器可以没有任何延迟地输出关断控制信号。在本公开的一个实施例中，可以防止斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2被同时接通/关断。

例如，在图4所示的时间t4处，斜坡开关SRC1、SRC2、SRF1和SRF2的操作可以被改变。第二斜坡开关SRC2和第三斜坡开关SRF1可以被接通，而第一斜坡开关SRC1和第四斜坡开关SRF2可以被关断。被施加到第二斜坡开关SRC2和第三斜坡开关SRF1的接通控制信号可以被延迟预定的时间d以备输入。在时间t4处，在第二斜坡开关SRC2和第三斜坡开关SRF1被延迟时间d之后，第二斜坡开关SRC2和第三斜坡开关SRF1可以被接通，并且在时间t4处，第一斜坡开关SRC1和第四斜坡开关SRF2可以被关断。

图7是示出根据本公开的一个实施例的信号转换方法的流程图。

参考图7，图像传感器可以执行2阶单斜率模数转换操作。模拟像素信号可以被转换成高分辨率比特位数据。模数转换器从斜坡信号发生器接收粗斜坡信号或精斜坡信号，以及通过将粗斜坡信号或精斜坡信号与模拟像素信号进行比较而生成比特位数据。

在步骤S710中，模数转换器可以从斜坡信号发生器接收粗斜坡信号。模数转换器可以包括第一源极跟随器，以及第一源极跟随器可以向第一电容器传输粗斜坡信号的电压。

斜坡信号发生器可以在不同的输出端子处输出粗斜坡信号或精斜坡信号。与粗斜坡信号请求相对应地，斜坡信号发生器可以通过向斜坡开关发送控制信号而输出粗斜坡信号，以及在精斜坡信号的输出端子处输出参考电压。

在步骤S720中，模数转换器可以采样粗斜坡信号，以及在第一电容器中存储与粗斜坡信号相对应的电压。在本公开的一个实施例中，与粗斜坡信号相对应的电压可以是第一采样电压。模数转换器可以采样像素信号，以及在第三电容器中存储与像素信号相对应的像素电压。

在步骤S730中，比较器可以将第一采样电压与存储在第三电容器中的像素电压进行比较。比较器可以基于比较结果生成比较信号。与第一采样电压低于或等于像素电压相对应地，比较信号的输出值可以被改变。具体地，当第一采样电压低于像素电压时，比较信号的输出值可以从高改变为低。

与比较信号的输出值的改变相对应地，模数转换器中包括的控制器可以向将第一电容器和第二电容器相互连接的开关发送关断控制信号。第二电容器存储第一电容器中存储的剩余电压。在本公开的一个实施例中，剩余电压可以是第一采样电压。

在步骤S740中，控制器可以基于比较信号而生成比特位数据的高比特位。控制器可以计数比较信号，以及基于计数值来计算比特位数据的高比特位。比特位数据的高比特位可以被存储在控制器的锁存器中。

在步骤S750中，第二源极跟随器可以从斜坡信号发生器接收精斜坡信号。第二源极跟随器可以向第二电容器传输精斜坡信号的电压。

斜坡信号发生器可以在粗斜坡信号的输出端子处输出接地电压。斜坡信号发生器可以向斜坡开关传输与粗斜坡信号被生成时的控制信号相反的控制信号。

在步骤S760中，第二电容器可以存储通过将第一采样电压和从第二源极跟随器接收的电压相加而获得的第二采样电压，以及采样第一采样电压与从第二源极跟随器接收的电压之和。与接收到精斜坡信号相对应地，第二电容器可以存储第二采样电压。

在步骤S770中，比较器可以将第二采样电压与像素电压相互进行比较。比较器可以基于比较结果生成比较信号。

在步骤S780中，控制器可以基于比较信号生成比特位数据的低比特位。与步骤S740相似，控制器可以通过计数比较信号而生成数据比特位的低比特位。控制器可以在锁存器中存储比特位数据的低比特位。基于被存储在锁存器中的比特位数据的高比特位和低比特位，控制器可以输出表示高分辨率图像的比特位数据。

图7所示的信号转换方法可以与图2、图3和图4所示的描述相对应。

图8是示出根据本公开的一个实施例的斜坡开关控制信号的传输方法的流程图。

参考图8，斜坡开关控制器可以延迟被传输到斜坡开关的控制信号中的接通控制信号。接通控制信号被延迟，使得当斜坡开关同时执行接通/关断操作时可能出现的问题可以被解决。

在步骤S801中，斜坡开关控制器可以对被施加到斜坡开关的控制信号进行相互区分。斜坡开关控制器可以对控制信号中的接通控制信号和关断控制信号进行相互区分。斜坡开关控制器可以原样输出关断控制信号。

在步骤S802中，斜坡开关控制器可以延迟接通控制信号预定的时间。斜坡开关控制器可以通过与关断控制信号的路径不同的路径而管理接通控制信号。

在步骤S803中，斜坡开关控制器可以向斜坡开关传输斜坡开关控制信号。斜坡开关控制器不延迟关断控制信号，但是可以向斜坡开关传输关断控制信号。斜坡开关控制器可以向斜坡开关传输被延迟预定的时间的接通控制信号。

图8所示的斜坡开关控制信号的传输方法可以与图5和图6的描述相对应。

图9是示出根据本公开的一个实施例的包括图像传感器的电子装置的框图。

参考图9，电子装置2000可以包括图像传感器2010、处理器2020、储存装置2030、存储装置2040、输入装置2050和输出装置2060。虽然图9中未示出，但是电子装置2000可以与视频卡、存储卡、USB装置等通信，或者还包括能够与其他电子装置通信的端口。

图像传感器2010可以生成与入射光相对应的图像数据。图像数据可以被传输到处理器2020以由处理器2020处理。图像传感器2010可以生成与通过镜头输入的(或捕捉的)对象有关的图像数据。镜头可以包括形成光学系统的至少一个镜头。

图像传感器2010可以包括多个像素。图像传感器2010可以在多个像素中生成与所拍摄的图像相对应的多个像素值。图像传感器2010中生成的多个像素值可以被发送到处理器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。

在本公开的一个实施例中，图像传感器2010可以将模拟像素信号转换成作为数字信号的比特位数据。图像传感器2010可以执行2阶单斜率模数转换操作。当与精斜坡信号相对应的电压被生成时，图像传感器2010可以使用通过采样粗斜坡信号而获得的电压，使得可以简化精转换操作所需要的电压控制。

输出装置2060可以显示图像数据。储存装置2030可以存储图像数据。处理器2020可以控制图像传感器2010、输入装置2050、输出装置2060和储存装置2030的操作。

处理器2020可以是执行对从图像传感器2010接收的图像数据进行处理的计算以及输出处理的图像数据的图像处理装置。处理可以是电子图像稳定(EIS)、插值、色调校正、图像质量校正、尺寸调整等。

处理器2020可以被实现为独立于图像传感器2010的芯片。例如，处理器2020可以使用多芯片封装实现。在本公开的另一实施例中，处理器2020可以作为图像传感器2010的一部分而被包括，以被实现为一个芯片。

处理器2020可以执行和控制电子装置2000的操作。根据本公开的一个实施例，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被连接至储存装置2030、存储装置2040、输入装置2050和输出装置2060，以执行通信。

储存装置2030可以包括闪存器件、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。

存储装置2040可以存储电子装置2000的操作所需要的数据。例如，存储装置2040可以包括易失性存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)，或者可以包括非易失性存储器，诸如可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。处理器2020可以通过执行存储在存储装置2040中的命令集而控制图像传感器2010、输入装置2050和输出装置2060。

输入装置2050可以包括输入工具，诸如键盘、键区或鼠标，输出装置2060可以包括输出工具，诸如打印机或显示器。

图像传感器2010可以使用多种类型的封装实现。例如，图像传感器2010的至少一部分的组件可以通过使用诸如以下的封装来实现：封装上封装(PoP)、球栅阵列(BGA)、芯片级封装(CSP)、塑料引线芯片载体(PLCC)、塑料双列直插式封装(PDIP)、华夫组件内管芯、晶片形式管芯、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)、薄四方扁平封装(TQFP)、小外形(SOIC)、收缩小外形封装(SSOP)、薄小外形(TSOP)、系统封装(SIP)、多芯片封装(MCP)、晶片级制造的封装(WFP)、和晶片级处理堆叠封装(WSP)。

电子装置2000可以表示使用图像传感器2010的所有计算系统。电子装置2000可以以封装模块、组件等的形式实现。例如，电子装置2000可以被实现为数字相机、移动装置、智能电话、个人计算机(PC)、平板PC、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、可穿戴装置、黑匣子、机器人、自动载具等。

根据本公开，可以提供图像传感器，其中粗转换操作的最终电压被存储以被用于确定精转换操作的起始电压值，使得可以简化用于精转换操作的电压控制。

虽然已经参考本公开的特定实施例示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，可以在其中做出形式和/或细节上的多种改变而没有背离由随附权利要求及其等同物所限定的本公开的精神和范围。因此，本公开的范围不应被限制于上述实施例，而是应该不仅由随附权利要求而且由其等物来限定。

在上述实施例中，可以选择性地执行所有步骤或者一些步骤，并且一些步骤可以被省略。在每个实施例中，所述步骤无需根据所描述的顺序执行并且可以重新排序。本说明书和附图中公开的实施例仅是用于促进理解本公开的示例，并且本公开不限于此。即，本领域技术人员应清楚，可以基于本公开的技术范围做出多种修改。

同时，已经在附图和说明书中描述了本公开的实施例。虽然此处使用了特定的术语，但是所述术语仅用于说明本公开的实施例。因此，本公开不限于上述实施例并且可以在本公开的精神和范围之内进行许多变化。本领域技术人员应清楚，可以基于本公开的技术范围和本文公开的实施例做出多种修改。

Claims (27)

1.一种图像传感器，包括：

第一电容器，其采样粗斜坡信号；

第二电容器，其采样所述第一电容器的电压与精斜坡信号之和；

比较器，其生成通过将从像素接收的像素电压与所述第一电容器的电压或所述第二电容器的电压进行比较而获得的比较信号；以及

数据输出单元，其基于所述比较信号输出与所述像素相对应的比特位数据。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器生成与第一开关对或第二开关对的操作相对应的所述粗斜坡信号或所述精斜坡信号。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括开关，所述开关被连接在所述第一电容器和所述第二电容器之间。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，还包括控制器，所述控制器控制所述开关。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述控制器包括：

计数器，其基于所述比较信号生成所述比特位数据；以及

锁存器，其存储所述比特位数据。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述控制器与所述比较信号的改变相对应地关断所述开关。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述控制器：与接收到所述粗斜坡信号相对应地接通所述开关，以及与所述粗斜坡信号低于或等于所述像素信号相对应地关断所述开关。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述比较器：与所述粗斜坡信号或所述精斜坡信号低于或等于所述像素信号相对应地改变所述比较信号的输出值。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述计数器：基于直到所述开关被关断为止计数的所述比较信号而生成所述比特位数据的高比特位。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述计数器：对所述比较信号进行计数直到所述比较信号的输出值与接收到所述精斜坡信号相对应地被改变为止，以及生成所述比特位数据的低比特位。

11.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括：

第三电容器，其采样所述像素的信号；

第一源极跟随器，其接收所述粗斜坡信号；以及

第二源极跟随器，其接收所述精斜坡信号。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第一电容器：与接收到所述粗斜坡信号相对应地存储与所述第一源极跟随器的输出信号相对应的电压，以及

其中，所述第二电容器：与接收到所述粗斜坡信号相对应地存储所述第一电容器的电压。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述比较器：与接收到所述粗斜坡信号相对应地将所述第一电容器的电压与存储在所述第三电容器中的电压进行比较。

14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述第二电容器：与接收到所述精斜坡信号相对应地存储所述第一电容器的电压与对应于所述第二源极跟随器的输出信号的电压之和。

15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述比较器：与接收到所述精斜坡信号相对应地将存储在所述第二电容器中的电势与存储在所述第三电容器中的电势进行比较。

16.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一开关对包括第一开关和第二开关，所述第一开关被连接在源和所述粗斜坡信号的输出端子之间，以及所述第二开关被连接在所述粗斜坡信号的输出端子和地之间，

其中，所述第二开关对包括第三开关和第四开关，所述第三开关被连接在所述源和所述精斜坡信号的输出端子之间，以及所述第四开关被连接在所述精斜坡信号的输出端子和参考电压输入端子之间，以及

其中，所述斜坡信号发生器包括开关控制器，所述开关控制器向所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关传输控制信号。

17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述开关控制器：与粗斜坡信号请求相对应地向所述第一开关和所述第四开关传输接通控制信号以及向所述第二开关和所述第三开关传输关断控制信号。

18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述开关控制器：与精斜坡信号请求相对应地向所述第二开关和所述第三开关传输接通控制信号以及向所述第一开关和所述第四开关传输关断控制信号。

19.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述开关控制器包括信号延迟单元，所述信号延迟单元延迟所述控制信号的输出，以及

其中，所述信号延迟单元：延迟所述控制信号之中的用于使开关被短路的接通控制信号以及输出延迟的接通控制信号。

20.一种信号转换方法，包括：

在第一电容器中存储与粗斜坡信号有关的第一采样电压，所述粗斜坡信号是与粗斜坡信号请求相对应地接收的；

基于所述第一采样电压和与像素有关的像素电压来生成第一比较信号；

在第二电容器中存储与精斜坡信号和所述第一采样电压之和有关的第二采样电压，所述精斜坡信号是与精斜坡信号请求相对应地接收的；

基于所述第二采样电压和所述像素电压来生成第二比较信号；以及

基于所述第一比较信号和所述第二比较信号来生成比特位数据。

21.根据权利要求20所述的信号转换方法，其中，生成所述比特位数据包括：

基于所述第一比较信号生成与所述粗斜坡信号相对应的所述比特位数据的高比特位；以及

基于所述第二比较信号生成与所述精斜坡信号相对应的所述比特位数据的低比特位。

22.根据权利要求20所述的信号转换方法，其中，在所述第一电容器中存储所述第一采样电压包括：

接收基于被传输到多个斜坡开关的控制信号而输出的所述粗斜坡信号；以及

采样所述粗斜坡信号。

23.根据权利要求20所述的信号转换方法，其中，在所述第二电容器中存储所述第二采样电压包括：

与所述第一比较信号的输出值改变相对应地向所述第二电容器传输所述第一采样电压；

接收所述精斜坡信号；以及

采样所述精斜坡信号与所述第一采样电压之和。

24.根据权利要求23所述的信号转换方法，其中，向所述第二电容器传输所述第一采样电压包括：

检测所述第一比较信号的输出值改变；

与所述输出值改变相对应地向将所述第一电容器和所述第二电容器相互连接的开关传输关断控制信号；以及

在所述第二电容器中存储所述第一采样电压。

25.根据权利要求22所述的信号转换方法，其中，接收所述粗斜坡信号包括：

向将斜坡信号发生器的源连接到所述粗斜坡信号的输出端子的第一斜坡开关和将参考电压输入端子连接到所述精斜坡信号的输出端子的第二斜坡开关传输接通控制信号；以及

向将所述源连接到所述精斜坡信号的输出端子的第三斜坡开关和将地连接到所述粗斜坡信号的输出端子的第四斜坡开关传输关断控制信号。

26.根据权利要求25所述的信号转换方法，其中，接收所述精斜坡信号包括：

向所述第三斜坡开关和所述第四斜坡开关传输接通控制信号；以及

向所述第一斜坡开关和所述第二斜坡开关传输关断控制信号。

27.根据权利要求26所述的信号转换方法，其中，相较于所述关断控制信号，所述接通控制信号的输出被延迟预定的时间。