CN118018876A - 用于降低斜坡信号延迟的斜坡信号生成装置和图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了用于降低斜坡信号延迟的斜坡信号生成装置和图像传感器。所述斜坡信号生成装置可包括第一电路，被配置为检测寄生电容器的电容，第二电路，被配置为用第一电压对寄生电容器进行充电，以及第三电路，被配置为接收电容作为输入以生成引起具有预定斜率的斜坡信号的负载电流。

Description

用于降低斜坡信号延迟的斜坡信号生成装置和图像传感器
本申请基于并要求于2022年11月10日在韩国知识产权局提交第10-2022-0149839号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
本公开涉及斜坡信号生成装置，更具体地，涉及通过在没有负载电阻器的情况下使用寄生电容器来生成斜坡信号以便降低斜坡信号的延迟的斜坡信号生成装置、以及图像传感器。
背景技术
图像传感器是捕获对象二维或三维图像的装置。图像传感器通过使用光电转换装置来生成对象的图像，光电转换装置基于从对象反射的光的强度进行反应。最近，随着互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的进步，使用CMOS的CMOS图像传感器正被广泛使用。
在CMOS图像传感器的模数转换电路之中的正广泛使用的列并行模数转换电路中，斜坡信号生成装置的输出连接到所有列的模数转换电路。在斜坡信号生成装置的输出节点中出现高寄生电容，由此，在生成斜坡信号时出现斜坡信号的延迟。因此，斜坡信号的延迟导致模数转换电路的积分非线性(INL)特性降低的问题，因此，用于解决该问题的斜坡信号生成装置被需要。
发明内容
示例实施例提供了斜坡信号生成装置以及图像传感器，所述斜坡信号生成装置可通过在没有负载电阻器的情况下使用寄生电容器来生成斜坡信号，并可降低斜坡信号的延迟。
根据示例实施例的方面，一种斜坡信号生成装置包括：输出节点，被配置为输出斜坡信号；第一电路，被配置为基于测量值检测寄生电容器的电容；第二电路，被配置为用斜坡信号起始电压对输出节点的斜坡信号进行充电；以及第三电路，被配置为基于检测到的电容来生成使斜坡信号起始电压能够以第一预定斜率变化的负载电流，其中，寄生电容器与设置在输出节点与多个缓冲器之间的输出节点相关联，所述多个缓冲器连接到输出节点并接收和缓冲斜坡信号，所述多个缓冲器被配置为将缓冲的斜坡信号传送到多个比较器中的对应的比较器。
根据示例实施例的方面，一种生成图像传感器中的斜坡信号的方法包括：基于测量值来检测斜坡信号生成装置的输出节点的寄生电容器的电容的第一操作，斜坡信号生成装置的输出节点的寄生电容器被设置在斜坡信号生成装置的输出节点与接收和缓冲斜坡信号的多个缓冲器之间，其中，所述多个缓冲器被配置为：将缓冲的斜坡信号传送到多个比较器中的对应的比较器；用斜坡信号起始电压对斜坡信号进行充电的第二操作；以及基于检测到的电容来生成使斜坡信号起始电压能够以第一预定斜率变化的负载电流的第三操作。
根据示例实施例的方面，一种图像传感器包括：像素阵列，包括多个像素，像素阵列连接到多条列线，所述多条列线被配置为分别输出从所述多个像素生成的多个像素信号；斜坡信号生成装置，被配置为生成斜坡信号；多个缓冲器，连接到斜坡信号生成装置的输出端子，并被配置为接收和缓冲斜坡信号，其中，所述多个缓冲器被配置为将缓冲的斜坡信号传送到多个比较器中的对应的比较器；模数转换电路，被配置为基于斜坡信号对所述多个像素信号进行模数转换；以及时序控制器，被配置为控制斜坡信号生成装置的时序，其中，斜坡信号生成装置包括：第一电路，被配置为检测设置在斜坡信号生成装置的输出端子与所述多个缓冲器之间的寄生电容器的电容；第二电路，被配置为用斜坡信号起始电压对斜坡信号进行充电；以及第三电路，被配置为基于检测到的电容生成使斜坡信号起始电压能够以第一预定斜率变化的负载电流。
附图说明
从以下结合附图的描述，本公开的特定实施例的以上和其他方面、特征和优点将更加清楚，其中：
图1是示出根据实施例的图像传感器的配置的框图；
图2是示出根据实施例的斜坡信号生成装置的配置的框图；
图3A是示出根据实施例的第一电路的配置的框图；
图3B是用于描述根据实施例的第一电路的操作的曲线图；
图4是示出根据实施例的第二电路的配置的框图；
图5A是示出根据实施例的第三电路的配置的框图；
图5B是示出根据实施例的第三电路的实施示例的框图；
图6是示出根据实施例的斜坡信号生成装置的配置的框图；
图7A是示出根据比较示例的斜坡信号生成装置的配置的框图，图7B是示出根据比较示例的斜坡信号生成装置的斜坡信号延迟的曲线图；
图8A和图8B是用于描述根据实施例的斜坡信号生成装置的操作的查找表和曲线图，图8C是示出通过比较斜坡信号生成装置的电流消耗而获得的结果的表；
图9是示出根据实施例的斜坡信号生成方法的流程图；以及
图10是根据实施例的信号时序图。
具体实施方式
图1是示出根据实施例的图像传感器100的配置的框图。
图像传感器100可被配备在具有图像或光感测功能的电子装置中。例如，图像传感器100可被配备在电子装置(诸如，相机、智能电话、可穿戴装置、物联网(IoT)装置、平板个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)和导航装置)中，此外，图像传感器100可被配备在电子装置中，该电子装置作为一部分被包括在车辆、家具、制造设施、门和各种计量仪中。
图像传感器100可包括像素阵列110、行驱动器120、斜坡信号生成装置130、模数转换电路(在下文中，被称为ADC电路)140、数据输出电路150和时序控制器160。图像传感器100还可包括信号处理器170。
像素阵列110可包括连接到多条行线RL和多条列线CL并以矩阵形式布置的多个像素PX。
多个像素PX中的每个可包括至少一个光电转换装置，并且每个像素PX可通过使用光电转换装置感测光，并可输出作为基于感测到的光的电信号的图像信号。例如，光电转换装置可包括光电二极管、光电晶体管、光电门或钉扎光电二极管。
多个像素PX中的每个可感测特定光谱区域的光。例如，多个像素PX可包括将红色光谱区域的光转换成电信号的红色像素、将绿色光谱区域的光转换成电信号的绿色像素、以及将蓝色光谱区域的光转换成电信号的蓝色像素。然而，实施例不限于此，并且多个像素PX还可包括白色像素。作为另一示例，多个像素PX可包括以不同颜色设置的像素，并且例如可包括黄色像素、青色像素和绿色像素。
用于透射特定光谱区域的光的滤色器阵列可被设置在多个像素PX上，并且能够被相应像素感测的颜色可基于设置在多个像素PX中的每个上的滤色器来确定。然而，实施例不限于此，并且在一个实施例中，特定光电转换装置可基于施加到特定光电转换装置的电信号的电平，将特定波段的光转换为电信号。
行驱动器120可以以行为单位驱动像素阵列110。行驱动器120可对从时序控制器160接收的行控制信号(例如，地址信号)进行解码，并且可响应于解码后的行控制信号而从配置像素阵列110的行线之中选择至少一条行线。例如，行驱动器120可生成选择多个行中的一个的选择信号。此外，像素阵列110可从通过从行驱动器120提供的选择信号选择的行输出像素信号(例如，像素电压)。像素信号可包括复位信号和图像信号。
行驱动器120可将用于输出像素信号的控制信号传送到像素阵列110，并且像素PX可响应于控制信号而操作以输出像素信号。
斜坡信号生成装置130可基于时序控制器160的控制来生成斜坡信号(例如，斜坡电压)VRAMP，其中，斜坡信号的电平以特定斜率上升或下降。斜坡信号生成装置130的斜坡信号VRAMP可以是ADC电路140的输入信号，并且负载电容器可寄生地出现在斜坡信号生成装置130的输出端子中。负载电容器可被称为寄生电容器Cload。斜坡信号生成装置130可包括用于检测寄生电容器Cload的电容的第一电路131、用于用斜坡信号起始电压对寄生电容器Cload进行充电的第二电路132、以及从第一电路131接收电容以生成斜坡信号的第三电路133。以下将参照图2至图5B来描述斜坡信号生成装置130通过使用寄生电容器Cload来生成斜坡信号VRAMP的示例。
ADC电路140可包括多个比较器141和多个计数器电路(CNTR)142。ADC电路140可将从像素阵列110输入的像素信号(例如，像素电压)转换为作为数字信号的像素值。分别通过多条列线CL接收的像素信号中的每个可通过多个比较器141和计数器电路142被转换为作为数字信号的像素值。
多个比较器141可分别是多个相关双采样(CDS)电路。CDS电路可基于CDS方案对从像素PX提供的像素信号进行采样。CDS电路可对作为像素信号接收的复位信号进行采样，并且可将采样的复位信号与斜坡信号VRAMP进行比较以基于复位信号生成比较信号。CDS电路可存储复位信号。随后，CDS电路可对与复位信号相关的图像信号进行采样，并且可将图像信号与斜坡信号VRAMP进行比较，以基于图像信号生成比较信号。在一个实施例中，CDS电路可包括两个比较器。例如，两个比较器中的每个可被实现为跨导运算放大器(OTA)(或差分放大器)。
计数器电路142可对从多个比较器141中的每个输出的比较结果信号的电平转换时间进行计数以输出计数值。在一个实施例中，计数器电路142可包括锁存器电路和运算电路。
数据输出电路150可临时存储从ADC电路140输出的像素值，并且然后，可输出存储的像素值。数据输出电路150可包括多个列存储器(BF)151和列解码器152。列存储器151可存储从计数器电路142接收到的像素值。在一些实施例中，多个列存储器151中的每个可被包括在计数器电路142中。存储在多个列存储器151中的多个像素值可基于列解码器152的控制被输出为图像数据IDTA。
时序控制器160可将控制信号CS1至CS3输出到行驱动器120、斜坡信号生成装置130、ADC电路140和数据输出电路150中的每个，以控制行驱动器120、斜坡信号生成装置130、ADC电路140和数据输出电路150中每个的操作或时序。在一个实施例中，时序控制器160可顺序地将控制信号CS1、控制信号CS2和控制信号CS3传送到第一电路131、第二电路132和第三电路133中的每个，然后，可顺序地并重复地将控制信号CS1和控制信号CS2传送到第二电路132和第三电路133。以下将参照图9和图10描述时序控制器160将控制信号CS1至CS3传送到第一电路131、第二电路132和第三电路133的示例。
信号处理器170可对图像数据执行降噪处理、增益调节、波形归一化处理、插值处理、白平衡处理、伽马处理、边缘增强处理以及合并(binning)。在一个实施例中，信号处理器170可被包括在图像传感器100外部的处理器中。在一个实施例中，信号处理器170可基于多个数字信号生成最终的数字信号。例如，信号处理器170可对多个数字信号的二进制值执行平均运算，以生成数字信号的平均值作为最终的数字信号。
图2是示出根据实施例的斜坡信号生成装置130的配置的框图。在一些实施例中，图2的斜坡信号生成装置130可以是作为图1的图像传感器100的元件的斜坡信号生成装置。参照图2，斜坡信号生成装置130可包括第一电路131、第二电路132和第三电路133。图2的第一电路、第二电路和第三电路可用离散硬件电路元件(诸如，晶体管、电阻器、电容器和开关)、电压源、电流源、硬件逻辑电路、定制硬件(诸如，专用集成电路(ASIC)和/或中央处理器(CPU))以及存储通过CPU执行的指令的存储器的组合来实现。缓冲器143可通过离散硬件电路元件的组合来实现。
多个缓冲器143可连接在斜坡信号生成装置130的输出端子(在下文中，被称为输出节点)N1与图1的ADC电路140之间，并且输出节点N1可输出斜坡信号VRAMP。在一些实施例中，缓冲器143可以是用于防止由包括在图1的ADC电路140中的多个比较器141中的每个的操作引起的反冲噪声(kick-back noise)的电路(例如，列斜坡缓冲器)，或者可以是用于减小分别设置在多个比较器141的输入端子中的电容器144中的每个的不利影响(例如，电阻器电容器延时(RC延时))的电路。多个缓冲器143可接收从输出节点N1输出的斜坡信号VRAMP，并且可缓冲接收到的斜坡信号VRAMP以将缓冲的斜坡信号VRAMP传送到图1的多个比较器141。在一些实施例中，多个缓冲器143中的每个缓冲器结合到多个比较器141中的对应的比较器。负载电容器可出现在输出节点N1与多个缓冲器143之间，负载电容器可被称为寄生电容器Cload。在一个示例中，寄生电容器可与设置在输出节点N1与多个缓冲器143之间的节点相关联。在一些实施例中，第一电路131的输入端子IN、第二电路132的输出端子(例如，用于输出斜坡信号起始电压V1的端子)和第三电路133的输出端子OUT可连接到输出节点N1。第一电路131可检测输出节点N1的寄生电容器Cload的电容C。第二电路132可将输出节点N1的寄生电容器Cload充电到斜坡信号起始电压V1。第三电路133可从第一电路131接收电容C并且可基于接收到的电容C生成使斜坡信号起始电压V1能够以特定速率变化的电流。例如，输出节点N1的斜坡信号VRAMP可以是寄生电容器Cload的电压基于通过第三电路133生成的电流以特定斜率从斜坡信号起始电压V1下降的信号。以下将参照图3A至图5B描述第一电路131、第二电路132和第三电路133的细节。
图3A是示出根据实施例的第一电路131的配置的框图。图3B是用于描述根据实施例的第一电路131的操作的曲线图。参照图3A，第一电路131可包括检测电压生成电路131_1、测量电路131_2、电容器控制器131_3、检测电流源131_4和复位开关131_5，并且第一电路131的输入端子IN可与寄生电容器Cload连接。寄生电容器Cload可与图2的寄生电容器Cload相同。例如，负载电容器可出现在第一电路131的输入端子IN与多个缓冲器143的输入端子之间，负载电容器可被称为寄生电容器Cload。
检测电压生成电路131_1可将寄生电容器Cload的电压与参考电压VREF进行比较以生成检测电压V_DET。进一步参照图3B，在一些实施例中，参考电压VREF可以是具有特定电压电平的直流(DC)电压(例如，VREF＝1.2V)，并且寄生电容器Cload的电压的电平(例如，VRAMP)可以以特定斜率上升。检测电压V_DET的起始值可以是第一电压电平(例如，0V)，并且当寄生电容器的电压的电平上升为恒定的，并且然后等于参考电压VREF的电平时，检测电压生成电路131_1可生成具有第二电压电平(例如，1V)的检测电压V_DET。
测量电路131_2可基于输入电压的电平变化生成第一测量值作为输出。进一步参照图3B，在一些实施例中，测量电路131_2可从检测电压生成电路131_1接收检测电压V_DET，并可输出直到检测电压V_DET从第一电压电平转换到第二电压电平为止所花费的时间(例如，时间＝440ns)作为测量值Dtime。直到检测电压V_DET从第一电压电平转换到第二电压电平为止所花费的时间可通过使用时钟信号CLK来测量。在一个示例中，测量值Dtime表示寄生电容器Cload被充电至参考电压VREF的所花费时间。
电容器控制器131_3可基于测量值Dtime来检测寄生电容器Cload的电容C。在一些实施例中，电容器控制器131_3可从测量电路131_2接收测量值Dtime，并可基于测量值Dtime来检测寄生电容器Cload的电容C。例如，电容器控制器131_3可对测量值Dtime、检测电流IDET和参考电压VREF执行算术运算以检测电容C，寄生电容器Cload的电容C可满足以下等式1。第一电路131可将通过电容器控制器131_3检测到的寄生电容器Cload的电容C传送到图2的第三电路133。然而，示例不限于此，并且还可通过其他方法来检测寄生电容器Cload的电容C。
[等式1]
检测电流源131_4可与第一电路131的输入端子IN连接，并可生成作为DC电流的检测电流IDET(例如，图3B的IDET＝500uA)。在一些实施例中，检测电流源131_4可生成检测电流IDET从而以特定斜率增大寄生电容器Cload的电压电平。在一个示例中，寄生电容器Cload的电压电平通过检测电流源131_4的检测电流IDET进行增大的斜率可与寄生电容器Cload的电压电平通过第三电路133的电流Iload(参见图5A和图5B)进行降低的斜率相同或不同。
复位开关131_5可与第一电路131的输入端子IN连接，并可对寄生电容器Cload进行放电。在一些实施例中，复位开关131_5可在第一电路131检测寄生电容器Cload的电容C之前闭合，并且可将第一电路131的输入端子IN与地连接以对寄生电容器Cload进行放电。复位开关131_5可在寄生电容器Cload被放电之后断开，并可将第一电路131的输入端子IN与地断开，并且第一电路131可检测寄生电容器Cload的电容C。例如，检测电流源131_4可在寄生电容器Cload被放电之后以特定斜率增大寄生电容器的电压。在一些实施例中，复位开关131_5可从时序控制器(图1的160)接收控制信号，并且因此，可将第一电路131的输入端子IN与地连接或将第一电路131的输入端子IN与地断开。在图3A中，VDD可表示电源电压。
图4是示出根据实施例的第二电路132的配置的框图。参照图4，第二电路132可包括放大器132_1、晶体管132_2以及多个可变电阻器(例如，第一可变电阻器和第二可变电阻器)RFB1和RFB2。例如，第二电路132可以是低压差(LDO)稳压器，但实施例不限于此。
在一些实施例中，放大器132_1可通过使用参考电压V2和第一可变电阻器RFB1与第二可变电阻器RFB2之间的节点处的电压作为输入来生成输出电压。放大器132_1生成的输出电压可被施加到晶体管132_2的栅极，并且电压(例如，斜坡信号起始电压V1)可在晶体管132_2的源极与第一可变电阻器RFB1之间的节点处被输出。斜坡信号起始电压V1可满足以下等式2。
[等式2]
在等式2中，R1可表示第一可变电阻器RFB1的电阻值，R2可表示第二可变电阻器RFB2的电阻值，并且斜坡信号起始电压V1可通过调节R1和R2来设置。第二电路132的输出端子(例如，用于输出斜坡信号起始电压V1的端子)可用图2的寄生电容器Cload的设置的斜坡信号起始电压V1被充电。
图5A是示出根据实施例的第三电路133的配置的框图。参照图5A，第三电路133可包括电流控制器133_1和斜坡电流源133_2，第三电路的输出端子OUT可与寄生电容器Cload连接。寄生电容器Cload可与图2的寄生电容器Cload相同。例如，负载电容器可出现在第三电路133的输出端子OUT与多个缓冲器143的输入端子之间，并且负载电容器可被称为寄生电容器Cload。
电流控制器133_1可基于电容C来确定电流Iload的值。例如，电流控制器133_1可对电容C和预先确定的斜坡信号VRAMP的电压电平下降的斜率执行算术运算，以确定电流Iload的值。在一些实施例中，电流控制器133_1可从图2的第一电路131接收电容C，并且可确定满足以下等式3的电流Iload的值。
[等式3]
在等式3中，dVRAMP/dt可表示通过图2的斜坡信号生成装置130生成的斜坡信号VRAMP的电压电平斜率(即，预先确定的斜坡信号VRAMP的电压电平下降的斜率)，-可表示负斜率(即，可表示斜坡信号VRAMP以dVRAMP/dt的斜率下降)。电流Iload的值可基于将通过图2的斜坡信号生成装置130输出的斜坡信号VRAMP来确定。电流Iload可被称为负载电流。来自等式3的解Iload被用于设置用于捕获ADC 141处的像素值的参考信号Vramp的斜率(参见图7B中标记“Ideal”的斜坡)。斜率通过由第三电路133生成的负载电流来设置；负载电流以固定的速率对寄生电容器Cload进行放电。通过第三电路生成的负载电流由于第三电路133的实际实施方式可能与计算值略有不同。例如，放电电流可使用诸如图5B中的n+1个电流源被获得，其中，n是有限的而不是无限的。
斜坡电流源133_2可生成与通过电流控制器133_1确定的电流Iload的值对应的第一DC电流。在一些实施例中，进一步参照图2，第二电路132可用斜坡信号起始电压V1对输出节点N1的寄生电容器Cload进行充电，并且然后，斜坡电流源133_2可从电流控制器133_1接收电流Iload的值，以生成与电流Iload的值对应的第一DC电流。输出节点N1的斜坡信号VRAMP可以是寄生电容器Cload的电压基于第一DC电流以特定斜率从斜坡信号起始电压V1下降的信号，并且斜坡信号生成装置130可将以特定斜率下降的斜坡信号VRAMP传送到多个缓冲器143。
图5B是示出根据实施例的第三电路133a的实施示例的框图。在一些实施例中，图5B的第三电路133a可以是图5A的第三电路133的实施例。参照图5B，第三电路133a可包括电流控制器133_1a、电流偏置电路133_3a和电流阵列133_4a，并且第三电路133的输出端子OUT可连接到寄生电容器Cload。寄生电容器Cload可与图2的寄生电容器Cload相同。例如，负载电容器可出现在第三电路133的输出端子OUT与多个缓冲器143的输入端子之间，并且负载电容器可被称为寄生电容器Cload。
电流控制器133_1a可基于电容C来确定电流Iload的值。电流控制器133_1a可基于确定的电流Iload的值来确定包括在接收使能信号EN或使能禁止信号ENB的电流阵列133_4a中的电流单元，并且可传送使能信号EN或使能禁止信号ENB。在一些实施例中，通过使用电流控制器133_1a基于电容C确定电流Iload的值的操作可与图5A的电流控制器133_1的操作相同。
电流阵列133_4a可包括多个电流单元。例如，电流单元的数量可以是n+1(其中，n是0或更大的整数)，包括n+1个电流单元的电流阵列133_4a可被称为Iload单元[n：0]。
电流偏置电路133_3a可生成偏置电压VBIAS。在一个示例中，电流偏置电路133_3a可将偏置电压VBIAS传送到多个电流单元中的每个。在一些实施例中，每个电流单元可包括晶体管TR、第一开关SW1和第二开关SW2，并且晶体管TR的栅极可与第一开关SW1和第二开关SW2连接。电流单元可基于输入电压生成输出电流。例如，当电流单元从电流控制器133_1a接收使能信号EN时，偏置电压VBIAS可通过第一开关SW1被施加到电流单元的晶体管的栅极，因此，电流单元可生成输出电流。当电流单元从电流控制器133_1a接收使能禁止信号ENB时，电流单元的晶体管的栅极可通过第二开关SW2与地连接，因此，电流单元可不生成输出电流。
电流阵列133_4a可生成与电流Iload的值对应的第二DC电流。在一些实施例中，第二DC电流可以是通过电流单元生成的输出电流的总和。电流控制器133_1a可基于电流Iload的值来确定接收使能信号EN的电流单元，并且电流阵列133_4a可基于接收使能信号EN的电流单元的数量来生成第二DC电流。斜坡信号VRAMP可以是寄生电容器Cload的电压基于第二DC电流以特定斜率从斜坡信号起始电压V1下降的信号，并且斜坡信号生成装置130可将以特定斜率下降的斜坡信号VRAMP传送到多个缓冲器143。
图6是示出根据实施例的斜坡信号生成装置130a的配置的框图。在一些实施例中，图6的斜坡信号生成装置130a可以是图2的斜坡信号生成装置130的实施例。参照图6，斜坡信号生成装置130a可包括第一电路131、第二电路132a和第三电路133。第一电路131和第三电路133可与图2的第一电路131和第三电路133相同，因此，对其的重复描述被省略。
第二电路132a可包括放大器132_1a、晶体管132_2a、多个可变电阻器RFB1和RFB2以及开关132_3a。放大器132_1a、晶体管132_2a以及多个可变电阻器RFB1和RFB2可与图4的放大器132_1、晶体管132_2以及多个可变电阻器RFB1和RFB2相同，因此，对其的重复描述被省略。
开关132_3a可将第二电路132a的输出端子与斜坡信号生成装置130a的输出端子N1连接，或将第二电路132a的输出端子与斜坡信号生成装置130a的输出端子N1断开。例如，开关132_3a可被断开，第一电路131可检测寄生电容器Cload的电容，然后开关132_3可被导通。第二电路132a可用图4的斜坡信号起始电压V1对寄生电容器Cload进行充电，并且开关132_3a可再次被断开。第三电路133可基于通过第一电路131检测到的电容生成斜坡信号VRAMP，斜坡信号VRAMP可以是以特定斜率从斜坡信号起始电压V1下降的信号。在一些实施例中，开关132_3a可从时序控制器(图1的160)接收控制信号，并且因此，可将第二电路132a的输出端子与斜坡信号生成装置130a的输出端子N1连接，或将第二电路132a的输出端子与斜坡信号生成装置130a的输出端子N1断开。
图7A是示出根据比较示例的斜坡信号生成装置130′的配置的框图，图7B是示出根据比较示例的斜坡信号生成装置130′的斜坡信号延迟的曲线图。图7A和图7B示出用于描述当负载电阻器被包括在斜坡信号生成装置中时可能出现的问题的框图和曲线图。
参照图7A和图7B，斜坡信号生成装置130′可包括多个电流源I和负载电阻器Rload。在模数转换电路将像素信号与斜坡信号进行比较的情况下，理想的斜坡信号生成装置(Ideal)可生成以特定斜率下降的斜坡信号。另一方面，斜坡信号生成装置(Real)130′可包括负载电阻器Rload，因此，斜坡信号的延迟(例如，RC延时)可能由于负载电阻器Rload和寄生电容器Cload而出现。与理想的斜坡信号生成装置(Ideal)相比，T时段的延时可能出现，然后斜坡信号可以以特定斜率下降。因此，包括斜坡信号生成装置(Real)130′的图像传感器可能不以高速进行操作。当负载电阻器Rload被减小以降低斜坡信号的延迟时，通过多个电流源中的每个生成的电流可能增大，并且因此，功耗可能增大。图2的斜坡信号生成装置130可用于解决斜坡信号的延迟出现和功耗增大的问题。
图8A和图8B是用于描述根据实施例的斜坡信号生成装置(图2的130)的操作的查找表和曲线图，图8C是示出通过比较斜坡信号生成装置的电流消耗而获得的结果的表。在图8A至图8C中，将描述这样的示例：通过斜坡信号生成装置(图2的130)生成的斜坡信号VRAMP的斜率(dVRAMP/dt)约为1.2V/1us，通过检测电流源(图3A的131_4)生成的电流IDET的值约为500uA，并且通过检测电压生成电路(图3A的131_1)生成的参考电压VREF约为1.2V，但实施例不限于此。例如，斜坡信号VRAMP的斜率(dVRAMP/dt)、电流IDET的值和参考电压VREF中的每个可以是任意值。
在一些实施例中，参照图3A至图5B和图8A，480ns的测量值Dtime可通过测量电路131_2被生成，并且电容器控制器131_3可接收测量值Dtime以检测200pF作为满足等式1的C。随后，第二电路132可用斜坡信号起始电压V1对寄生电容器Cload进行充电，斜坡信号起始电压V1可以是约1.2V。电流控制器133_1可确定满足等式3的电流值(Iload＝240uA)，使得第三电路133基于通过电容器控制器131_3检测到的C(200pF)生成满足斜率的值(1.2V/1us)的斜坡信号VRAMP，并且当ADC电路(图1的140)的增益是参考增益的一倍时，斜坡电流源133_2可生成约240uA的电流。
进一步参照图8B，仅使用寄生电容器Cload的斜坡信号生成装置(图2的130)可降低斜坡信号的延迟。在图8B中，x轴是时间，并且三个y轴(VRAMP、Iload和VEN_PRECHARGER)被设置。例如，不像如何在包括负载电阻器Rload的斜坡信号生成装置(图7A的130′)中出现T时段中的斜坡信号的延迟(参见图7B的曲线图)，可看出，在斜坡电流源133_2生成约240uA的电流的情况(时间＝1u)下，斜坡信号VRAMP以特定斜率(dVRAMP/dt＝1.2V)从斜坡信号起始电压(V1＝1.2)下降。在图8B中，VEN_PRECHARGER可表示用于对寄生电容器Cload进行预先充电的电压。
进一步参照图8C，仅使用寄生电容器Cload的斜坡信号生成装置(图2的130)的功耗可小于包括负载电阻器R1oad的斜坡信号生成装置(图7A的130′)的功耗。例如，斜坡信号生成装置(图7A的130′)的负载电阻器Rload可以是约120Ω，并且约10mA的电流可能被需要使得斜坡信号VRAMP以特定斜率(dVRAMP/dt＝1.2V)从斜坡信号起始电压(V1＝1.2)下降。另一方面，斜坡信号生成装置(图2的130)可需要低于10mA的约240uA的电流，并且因为斜坡信号生成装置(图2的130)需要低电流，所以功耗可降低。例如，如果斜坡信号生成装置(图7A的130′)所消耗的电流是100％，则斜坡信号生成装置(图2的130)所消耗的电流仅是2.4％，因此电流消耗可减小97.6％。
再次参照图8A，ADC电路(图1的140)的增益可通过调节由斜坡电流源133_2生成的电流的值来不同地实现。例如，当斜坡信号VRAMP的斜率(dVRAMP/dt)变得平缓时，ADC电路(图1中的140)的增益可增大，并且例如，ADC电路(图1的140)的增益可与电流Iload的值成反比地增大。因此，即使在没有负载电阻器的情况下，斜坡信号生成装置(图2的130)也可调节ADC电路的增益。
图9是示出根据实施例的斜坡信号生成方法900的流程图，图10是根据实施例的信号时序图。如图9中所示，斜坡信号生成方法900可包括多个操作S910至操作S950。
参照图1、图3A、图9和图10，在操作S910中，第一电路131可检测寄生电容器Cload的电容C。在一些实施例中，第一电路131可从时序控制器160接收控制信号CS1，并且当控制信号CS1具有第一电平(例如，逻辑高)时，第一电路131可检测寄生电容器Cload的电容C。例如，检测电流源131_4可生成特定电流IDET并可以以特定斜率增大寄生电容器Cload的电压电平，并且检测电压生成电路131_1可将参考电压VREF与通过检测电流源131_4增大的寄生电容器Cload的电压进行比较以生成检测电压V_DET。测量电路131_2可基于检测电压V_DET的电平变化来生成测量值，电容器控制器131_3可基于测量值来检测寄生电容器Cload的电容C。
在操作S930中，第二电路132可用第一电压(例如，斜坡信号起始电压)对寄生电容器Cload进行充电。在一些实施例中，第二电路132可从时序控制器160接收控制信号CS2，并且当控制信号CS2具有第一电平时，第二电路132可检测寄生电容器Cload的电压作为斜坡信号起始电压。例如，在t时刻，斜坡信号VRAMP可上升到V1。
在操作S950中，第三电路133可基于检测到的电容C生成电流。在一些实施例中，第三电路133可从时序控制器160接收控制信号CS3，并当控制信号CS3具有第一电平时，第三电路133可基于检测到的电容C生成电流。例如，进一步参照图5A，电流控制器133_1可基于通过电容器控制器131_3检测到的电容C来确定电流Iload的值，并且斜坡电流源133_2可生成与通过电流控制器133_1确定的电流Iload的值对应的特定电流(例如，DC电流)。基于通过斜坡电流源133_2生成的特定电流，斜坡信号VRAMP可以以特定斜率(-dVRAMP/dt)从V1下降。
在一些实施例中，在操作S910中，在第一电路131检测到寄生电容器Cload的电容C之后，斜坡信号生成装置130可重复操作S930和操作S950。例如，操作S930和操作S950可基于在操作S910中检测到的电容C被执行，并且因此，电流可被生成并且检测到的电容C可被存储在图像传感器的一次性可编程(OTP)中。斜坡信号生成装置130可基于检测到的电容C重复操作S930和操作S950，并可基于ADC电路(图1的140)的增益调节电流。因为操作S910仅被执行一次，所以用于图像传感器的操作的时间可被减少。
虽然已经具体示出和描述了特定实施例，但将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种斜坡信号生成装置，包括：
输出节点，被配置为：输出斜坡信号；
第一电路，被配置为：检测寄生电容器的电容；
第二电路，被配置为：用斜坡信号起始电压对寄生电容器进行充电；以及
第三电路，被配置为：基于检测到的电容生成使斜坡信号能够从斜坡信号起始电压以第一预定斜率变化的负载电流，
其中，寄生电容器与设置在输出节点与多个缓冲器之间的节点相关联，所述多个缓冲器连接到输出节点并接收和缓冲斜坡信号，以及
其中，所述多个缓冲器被配置为：将缓冲的斜坡信号传送到多个比较器。
2.根据权利要求1所述的斜坡信号生成装置，其中，第一电路包括：
检测电压生成电路，被配置为：将参考电压与寄生电容器的电压进行比较以生成检测电压；
测量电路，被配置为：从检测电压生成电路接收检测电压以生成测量值；以及
电容器控制器，被配置为从测量电路接收测量值以检测电容。
3.根据权利要求2所述的斜坡信号生成装置，其中，第一电路还包括：
检测电流源，被配置为：生成检测电流；以及
复位开关，被配置为：对寄生电容器进行放电，以及
其中，检测电流源和复位开关连接到第一电路的输入端子。
4.根据权利要求3所述的斜坡信号生成装置，其中，检测电流源被配置为：生成检测电流从而以第二预定斜率增大寄生电容器的电压，
其中，检测电压生成电路还被配置为：当参考电压等于寄生电容器的电压时，将检测电压从第一电压电平转换为第二电压电平，以及
其中，测量电路被配置为：生成直到检测电压从第一电压电平被转换为第二电压电平为止所花费的时间作为测量值，
其中，当寄生电容器的电压小于参考电压时，检测电压具有第一电压电平。
5.根据权利要求3所述的斜坡信号生成装置，其中，电容器控制器被配置为：对测量值、检测电流和参考电压执行算术运算以检测电容。
6.根据权利要求4所述的斜坡信号生成装置，其中，复位开关被配置为：被闭合并对寄生电容器进行放电，以及
其中，检测电流源被配置为：在寄生电容器被放电之后以第二预定斜率增大寄生电容器的电压。
7.根据权利要求1所述的斜坡信号生成装置，其中，第二电路为低压差稳压器，
其中，第一电路被配置为基于测量值检测寄生电容器的电容，其中，测量值表示寄生电容器被充电至参考电压所花费的时间。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的斜坡信号生成装置，其中，第二电路还包括与第二电路的输出端子连接的开关，以及
其中，开关被配置为：在第二电路将寄生电容器充电到斜坡信号起始电压之后被断开。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的斜坡信号生成装置，其中，第三电路包括：
电流控制器，被配置为：基于电容来确定负载电流的值；以及
斜坡电流源，被配置为：生成与负载电流对应的第一直流DC电流。
10.根据权利要求9所述的斜坡信号生成装置，其中，电流控制器还被配置为：对电容执行算术运算以确定负载电流的值，以及
其中，基于控制斜坡信号的第一DC电流，寄生电容器的电压从斜坡信号起始电压以第一预定斜率下降。
11.根据权利要求1至6中的任一项所述的斜坡信号生成装置，其中，第三电路包括：
电流阵列，被配置为：生成与负载电流对应的第二直流DC电流，电流阵列包括多个电流单元；
电流偏置电路，被配置为：生成偏置电压并且将偏置电压传送到所述多个电流单元中的每个；以及
电流控制器，被配置为：生成使能信号或使能禁止信号，并将使能信号或使能禁止信号传送到每个电流单元，
其中，所述多个电流单元中的每个包括：晶体管、第一开关和第二开关，并且
晶体管的栅极连接到第一开关和第二开关。
12.根据权利要求11所述的斜坡信号生成装置，其中，电流控制器还被配置为：对电容执行算术运算以确定负载电流，并基于负载电流的值生成使能信号或使能禁止信号，以及
其中，所述多个电流单元中的每个被配置为使得：当使能信号被接收到时，第一开关被闭合并且晶体管的栅极接收偏置电压，当使能禁止信号被接收到时，第二开关被闭合并且晶体管的栅极与地连接，
其中，电流阵列被配置为：基于接收使能信号的电流单元的数量，生成第二DC电流，以及
其中，基于控制斜坡信号的第二DC电流，寄生电容器的电压从斜坡信号初始电压以第一预定斜率下降。
13.一种生成图像传感器中的斜坡信号的方法，所述方法包括：
第一操作，检测斜坡信号生成装置的输出节点的寄生电容器的电容，斜坡信号生成装置的输出节点的寄生电容器被设置在斜坡信号生成装置的输出节点与接收和缓冲斜坡信号的多个缓冲器之间，其中，所述多个缓冲器被配置为将缓冲的斜坡信号传送到多个比较器中的对应的比较器；
第二操作，用斜坡信号起始电压对寄生电容器进行充电；以及
第三操作，基于检测到的电容来生成使斜坡信号能够从斜坡信号起始电压以第一预定斜率变化的负载电流。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
执行一次第一操作；以及
顺序地重复第二操作和第三操作。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，第一操作包括：
将参考电压与寄生电容器的电压进行比较以生成检测电压；
基于检测电压来生成测量值；以及
基于测量值来检测电容。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将参考电压与寄生电容器的电压进行比较的步骤包括：
通过使用复位开关来对寄生电容器进行放电；
通过使用检测电流源来生成检测电流；
基于检测电流来以第二预定斜率增大寄生电容器的电压；以及
当参考电压等于寄生电容器的电压时，将检测电压从第一电压电平转换为第二电压电平，
其中，测量值是直到检测电压从第一电压电平被转换为第二电压电平所花费的时间，以及
其中，检测电容的步骤包括：对测量值、检测电流和参考电压执行算术运算以检测电容。
17.根据权利要求13至16中的任一项所述的方法，其中，第三操作包括：
对电容执行算术运算以确定负载电流的值；以及
生成与负载电流对应的直流DC电流，
其中，基于控制斜坡信号的DC电流，寄生电容器的电压从斜坡信号起始电压以第一预定斜率下降。
18.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括多个像素，像素阵列连接到多条列线，多条列线被配置为分别输出从所述多个像素生成的多个像素信号；
斜坡信号生成装置，被配置为生成斜坡信号；
多个缓冲器，连接到斜坡信号生成装置的输出端子，并被配置为接收和缓冲斜坡信号，其中，所述多个缓冲器被配置为将缓冲的斜坡信号传送到多个比较器中的对应的比较器；
模数转换电路，被配置为：基于斜坡信号对所述多个像素信号进行模数转换；以及
时序控制器，被配置为：控制斜坡信号生成装置的时序，
其中，斜坡信号生成装置包括：
第一电路，被配置为：检测设置在斜坡信号生成装置的输出端子与所述多个缓冲器之间的寄生电容器的电容；
第二电路，被配置为：用斜坡信号起始电压对寄生电容器进行充电；以及
第三电路，被配置为：基于检测的电容生成使斜坡信号能够从斜坡信号起始电压以第一预定斜率变化的负载电流。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，时序控制器还被配置为：将控制信号顺序地传送到第一电路、第二电路和第三电路。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，时序控制器还被配置为：在第一电路检测到电容之后，将控制信号顺序地并重复地传送到第二电路和第三电路。
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