CN1980335A - 产生信号中噪声降低的信号的信号发生器和方法 - Google Patents

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Abstract

CMOS图像传感器可以包括有源像素传感器阵列以及与该有源像素传感器阵列对应的噪声消除器阵列。操作这种CMOS图像传感器的方法可以包括产生将外部噪声镜像到所述有源像素传感器阵列的可变参考信号，输出该可变参考信号给噪声消除器阵列，和使用在噪声消除器阵列中的可变参考信号来消除有源像素查阵列内外的噪声。

Description

产生信号中噪声降低的信号的信号发生器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生可以被图像传感器使用的信号的信号发生器和方法。特别是，本发明的一个或多个方面涉及互补金属氧化半导体(CMOS)图像传感器和操作具有改进噪声降低和/或抑制特性以及改进图像质量的CMOS图像传感器的方法。
背景技术
图像传感器可以使用于例如机器人、运输、汽车、基于卫星的仪器和导航等各个领域。图像传感器可以包括在半导体基板上形成的两维像素阵列，这种像素阵列可以对应于图像帧的图像场。
图像传感器可以包括能够累计与例如可视光等被检测能量的量对应的电荷量的光电转换元件。例如，像素阵列的每个像素都可以包括这种光电转换元件，并且当光子撞击所述光电转换元件的表面时，可以产生自由电荷载流子。这种自由电荷载流子然后被各光电转换元件所收集。所收集的电荷载流子然后被转换为与所收集的自由载流子的各自量相对应的例如电压或电流的输出信号。所述像素阵列的每个可以输出各自的输出信号，并且每个输出信号可以被提供给输出电路并被用于产生与所检测到的能量的量相对应的图像。
已经知道了各种类型的图像传感器，例如，电荷耦合的器件(CCD)图像传感器和CMOS图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器更加优越，这是因为可以使用例如标准的CMOS处理来构造CMOS传感器并将其与在使能最小化器件的单芯片上的其它CMOS器件和电路集成到一起，还可以使用相对低的操作电压以及消耗相对少的功率量。但是，与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器通常需要使用高分辨率的模/数转换器(ADC)以将从有源(active)像素传感器(APS)接收的模拟信号转换为数字信号。
由图像传感器产生的图像的质量直接与该图像传感器的信噪比(S/N)相关，例如，图像传感器的S/N比越高，则由该图像传感器产生的图像的质量(例如，分辨率)就越高。为了降低噪声和增加S/N比，CMOS图像传感器可以使用例如执行关联双取样(CDS)的ADC。执行CDS的这种ADC可以降低与该ADC本身各方面对应的噪声特征。但是，执行CDS的这种ADC不可能降低和/或抑制其它类型的噪声，例如，由除各ADC以外的部分像素所产生的电源噪声。
对能够产生高分辨率图像的图像传感器的需求正在增加。这种需求增加的一个原因是随着芯片尺寸的减小，噪声对图像质量的负面影响增加。因此，希望设计和构造具有改进的噪声降低和改进的图像质量的图像传感器。
发明内容
因此，本发明的一个或多个方面旨在产生信号的信号发生器和方法，其可被图像传感器所使用并能够克服一个或多个由于现有技术的限制和缺点所带来的问题。
因此，本发明的实施例的特征提供CMOS图像传感器和操作具有改进的噪声降低和/或抑制特性以及改进的图像质量的CMOS图像传感器的方法。
因此，本发明实施例的个别特性是降低和/或抑制CMOS图像传感器中的电源噪声。
因此，本发明实施例的个别特性是降低和/或抑制CMOS图像传感器中的转换噪声。
因此，本发明实施例的个别特性是降低和/或抑制CMOS图像传感器中的转换噪声和电源噪声。
因此，本发明实施例的个别特性是可利用和/或使用公知CMOS图像传感器的元件提供用于降低转换和电源噪声装置和方法。
通过提供用于操作包括有源(active)像素传感器阵列和与该有源传感器阵列对应的噪声消除器阵列的CMOS图像传感器的方法，可以实现本发明上述和其它特性和优点当中的至少一个，所述方法包括产生用于将外部噪声镜像到有源像素阵列的可变参考信号(generating a varying reference signal thatmirrors noise external to the active pixel sensor array)；将所述可变参考信号输出给所述噪声消除器阵列；和使用在噪声消除器阵列中的可变参考信号消除所述有源像素传感器阵列内部和外部的噪声。
产生可变参考信号可以包括将用于提供功率的电源中的噪声镜像到所述有源像素传感器阵列。镜像电源中的噪声可以包括根据所述有源像素传感器阵列中的像素的像素功能和来自电源的功率建立所复制的信号。产生所述可变参考信号可以包括将被复制的信号加到恒定的参考信号上。建立被复制的信号可以包括提供具有与所述有源像素传感器阵列中的像素结构等效的像素结构的光学黑像素并将来自电源的功率提供给所述光学黑像素。
建立被复制的信号可以包括提供对与有源像素传感器阵列中像素的功率等效的输入功率做出响应的等效电路并将来自电源的功率提供给该等效电路。产生可变参考信号可以包括镜像转换噪声消除器阵列中的偏移噪声。产生所述可变参考信号可以包括将被复制的信号提供给具有与所述噪声消除器阵列的噪声消除器的结构等效结构的伪噪声消除器。产生所述可变参考信号可以包括镜像转换所述噪声消除器阵列内的偏移噪声。产生所述可变参考信号可以包括将恒定的参考信号提供给具有与所述噪声消除器阵列的噪声消除器的结构等效结构的伪噪声消除器。
通过提供与包括有源像素传感器阵列和与该有源像素传感器阵列对应的噪声消除器阵列的CMOS图像传感器一起使用的装置，可以独立地实现本发明上述和其它特性和优点中的至少一个。所述装置包括用于产生将外部噪声镜像到有源像素传感器阵列的可变参考信号并将该可变参考信号输出给所述噪声消除器阵列的可变参考信号发生器。
所述可变参考信号可以将用于提供功率的电源中的噪声镜像到所述有源像素传感器陈列。该装置可以包括用于根据所述有源像素传感器阵列中像素的像素功能和来自所述电源的功率建立复制信号的复制单元。所述可变参考信号发生器可以包括用于将被复制的信号和不变参考信号相加的比较器。所述复制单元可以包括其像素结构等效于所述有源像素传感器阵列中的像素结构的光学黑像素，所述光学黑像素从所述电源接收功率。所述复制单元可以包括对等于所述有源像素传感器阵列中的像素功率的输入功率做出响应的等效电路。所述等效电路从所述电源接收功率。
所述可变参考信号可以包括镜像所述噪声消除器阵列中的转换偏移噪声。所述可变参考信号发生器可以包括其结构等效于所述噪声消除器阵列的噪声消除器的结构的伪噪声消除器，所述伪噪声消除器可以接收被复制的信号。所述可变参考信号镜像噪声消除器阵列中的转换偏移噪声。所述可变参考信号发生器可以包括其结构等效于所述噪声消除器阵列的噪声消除器的结构的伪噪声消除器。可变参考信号发生器可以包括多个伪噪声消除器。
附图说明
对于本领域的技术人员来讲，通过结合附图对本发明范例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特性和优点将会变得更加明显，其中：
图1的一般性框图示出了可使用本发明一个或多个方面的范例性CMOS图像传感器
图2示意性示出了可使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器的范例性像素
图3示意性示出了可使用本发明一个或多个方面的范例性CDS阵列；
图4示出了传统CMOS图像传感器的时序图；
图5的框图示出了可使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器的第一范例性实施例；
图6示意性示出了根据具有范例性参考电压发生器的本发明一个或多个方面使用的图3所示的范例性CDS阵列；
图7示出了使用本发明一个或多个方面的范例性CMOS图像的范例性时序图；
图8示出了根据本发明一个或多个方面的参考电压发生器的另一个范例性实施例；
图9的框图示出了使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器的第二范例性实施例；和
图10示意性示出了根据本发明一个或多个方面的像素噪声复制单元的范例性实施例。
具体实施方式
下面将结合示出了本发明范例性实施例的附图详细描述本发明。但是，本发明可以不同的形式实施而不局限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以使得该描述更加彻底和完整，并向本领域的技术人员传达本发明的范围。在上述范例性实施例的描述中，术语“低”和“高”分别表示逻辑相反的信号值或电平，例如，分别是“0”和“1”的逻辑值。术语“低”和“高”并不对应于任一特定的电压值。在整个申请文本中，相同的参考数字指代相同的元件。
图1的一般性框图示出了可使用本发明一个或多个方面的范例性CMOS图像传感器，以及图2示意性示出了可使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器的范例性像素22。
如图1所示，CMOS图像传感器5可以包括行驱动器10、APS(有源像素传感器)阵列20、CDS(关联双取样)阵列30、数字代码输出单元40和参考电压发生器50。
行驱动器10可以从控制器(未示出)接收定时信号和/或一个以上的控制信号，并可以将多个驱动信号提供给APS阵列20。驱动信号可以控制读出操作，即，读出APS阵列20的像素的被吸收的电荷。所述驱动信号可以包括例如复位信号RX、传输信号TX和/或像素选择信号SEL。在本发明的实施例中，所述驱动信号可以按行的方式提供给APS阵列20，从而例如可以依次提供与APS阵列20的各行相对应的驱动信号。
APS阵列20可以包括多个像素22，像素22中的每一个可以具有图2所示的范例性结构。像素22可以行与列(row-by-column)矩阵的形式排列并可以包括n行和m列，因此，所述APS阵列包括n×m个像素22，其中，n和m都是整数。像素22中的每一个可以吸收从图像帧中的目标反射的光，并可以将所吸收光的功率转换为电信号。如上所述，APS阵列20可以从行驱动器10接收多个驱动信号。由APS阵列20的像素22中的每一个所产生的电信号可以提供给CDS阵列30。
如图2所示，像素22中的每一个都可以包括光电转换元件PD、复位元件TRX、传输元件TTX、电荷检测元件N、放大单元TAMP和选择元件TSEL。
所述光电转换元件PD可以是例如光电二极管、光电晶体管、光电门(photogate)和Pinned Photo Diode(PPD)等。所述光电转换元件PD可以收集通过吸收从目标反射的光而产生的电荷。
传输元件TTX可以是例如用于将由所述光电转换元件PD收集的电荷传输给电荷检测元件N的开关或晶体管。所述传输元件TTX可以包括例如一个或多个晶体管。在所示的例子中，传输元件TTX可由传输信号TX控制。
复位元件TRX可以是例如用于传输所述复位信号RX的开关或晶体管。在所示的例子中，所述复位元件TRX由复位信号RX控制。复位元件TRX可以周期地复位电荷检测元件N。如实施例所示，复位元件TRX可以具有连接到外部电源VDD_P的漏极。
电荷检测元件N可以是例如浮动扩散(FD)区域。该电荷检测元件N可以对应于传输元件TTX和放大单元TAMP之间的电节点，以及可以经过传输元件TTX分别接收由光点转换元件PD所收集的电荷。如图2所示范例性像素结构所示，电荷检测元件N被连接到复位元件TRX的源极、放大单元TAMP的栅极和/或传输元件TTX。所述电荷检测单元可以具有寄生电容，从而可以累积地收集电荷。在图2所示的范例性像素结构中，示出了电容Cp，其可以对应于寄生电容而不对应于离散的附加组件。
放大器TAMP可以是例如与可以位于像素22外部的恒流发生器(未示出)相结合的源极跟随放大器。放大器TAMP可以输出一输出信号OUT，该输出信号OUT例如可以是与电荷检测元件N所接收的电压相对应的可变电压。如该实施例所示，放大器TAMP的源极可以被连接到选择元件TSEL的漏极以及选择元件TSEL的漏极可以被连接到外部电源VDD_P。
选择元件TSEL可以使能将按行的方式读出的各像素22的选择。当通过各像素选择信号SEL选择各像素22时，各像素22可以输出像素输出信号APS_O。如图2中的例子所示，选择元件TSEL的栅极可以接收各像素选择信号SEL，选择元件TSEL的源极可以被连接到偏流源IBIAS，其可以被连接到地电压源VSS_P。
回过来看图1，下面将提供对范例性CMOS图像传感器5的操作的总体描述。复位信号RX可以控制APS阵列20的像素22的复位操作。例如，可以施加与APS阵列20的第k行相对应的复位信号RXK以复位在APS阵列20的第k行中安排的一个或多个像素22。可以经过连接行驱动器10和APS20的电路径(未示出)提供各复位信号RX。所述传输信号TX可以控制传输元件TTX。
像素选择信号SEL可以控制APS阵列20中像素22的选择。例如，与APS阵列20的第k行对应的像素选择信号SELk可以选择排列在APS阵列20第k行中的一个或多个像素。各像素选择信号SEL可以经过连接行驱动器10的相应电路径提供给APS阵列20的相应行。
如上面所讨论的，在范例性CMOS图像传感器5的工作期间，APS阵列20的n个行可以基于例如像素选择信号SEL被例如顺序选择，在例如APS阵列20的被选择行中的每个像素22可以输出各自的输出信号APS_O给CDS阵列30。例如，在具有n行和m列的范例性APS阵列20中，如上所述，在与APS阵列20的n个行中的一个所选行对应的时间周期内，m个APS输出信号APS_O_1到APS_O_m的被输出给CDS30。由像素22之一提供的输出信号的例如电压的特征可以变化。例如，在复位信号取样期间，各APS输出信号的电压可以对应于与提供给像素22的各复位信号RX相关的复位电压Vres。另外，例如，在图像信号取样周期内，正在由同一像素22提供给CDS阵列30的各APS输出信号的电压可以对应于图像信号电压Vsig。
各APS输出信号APS_O_1到APS_O_m中的每一个都可以对应于可以各自的包括复位电压Vres和图像信号电压Vsig的输出电压Vout。如图4所示，所述复位电压Vres和图像信号电压Vsig都可以由APS阵列20的各像素22顺序提供给CDS阵列30。CDS30可以基于所接收的例如各复位电压Vres和各图像信号电压Vsig的电压执行所关联的双取样。
图3示意性示出了使用本发明一个或多个方面的范例性CDS阵列30。如图3所示，CDS30可以包括多个CDS电路32、34和36。虽然示出3个CDS电路32、34和36，但是，CDS阵列30可以包括任一数量的CDS电路32、34和36。CDS电路32、34和36中的每一个都可以包括一个或多个开关、一个或多个电容器和一个或多个比较器和/或放大器。如在该例中所示，CDS电路32、34和36中的每一个都可以包括例如S1、S2、S3和S4的4个开关、阻塞电容器C1、信号存储电容器C2、信号传输电容器C3、比较器A1和放大器A2。
CDS阵列30可以包括例如m个CDS电路，即，一个CDS电路，用于该范例性APS阵列20的m列中的每一列，和m个CDS电路中的每一个分别接收包括各复位电压Vres和各图像信号电压Vsig的各APS输出信号APS_O_1到APS_O_m，并可以分别输出CDS输出信号CDS_O_1到CDS_O_m。例如32、34和36中的每个CDS电路还可以接收参考信号REF和例如电压斜波信号的斜波信号RAMP，如图3所示。
如图1所示，参考电压发生器50可产生参考信号REF并将其提供给CDS阵列30。例如可以利用斜率信号发生器(未示出)将所述斜率信号PAMP提供给CDS阵列30。
如上所述以及如图3所示，例如APS_O_1的包括各复位电压Vres和各图像信号电压Vsig的各APS输出信号可以被经过开关S1提供给各CDS电路32，以及斜率信号RAMP可以经过开关S2被提供给CDS电路32。阻塞电容器C1可以被连接在开关S1和信号存储电容器C2以及开关S2之间。开关S3可以与比较器A1的输入端IN和比较器A1的输出端并连。参考信号REF可以提供给比较器A1的另一输入端。信号传输电容器C3可以被连接在比较器A1的输出端DIFF和放大器A2的输入端之间。开关S4可以与放大器A2的输入端和放大器A2的输出端并连，其可以对应于CDS输出信号CDS_O_1到CDS_O_m的各自一个。
图4示出了传统的CMOS图像传感器的时序图。为简便起见，在图4所示的时序图中省略了复位信号RX、传输信号TX和像素选择信号SEL。
如图4所示，在执行复位信号取样的时间周期内，即，在时间(1)和时间(3)之间，各输出电压Vout可以相对高。特别是，在执行复位信号取样的时间周期内，与各像素22相关的各复位电压RX可以是高的，即，由各像素22输出的复位电压Vres可以是高的。在执行所述复位信号取样时，开关S1、S2、S3和S4可以被导通。在图4所示的例子中，开关S3在时间(2)关断，而开关S1、S2和S4在时间(3)关断。
这样，如图4所示，在执行图像信号取样之前，即，在时间(3)和时间(4)之间，所述APS输出信号APS_O_1到APS_O_m的各电压Vout被从所述复位电压Vres减少由所述APS阵列20的相同的各像素22输出的图像信号电压Vsig。在时间(4)和时间(5)之间的随后图像信号取样的时间周期内，比较器A1输入端处的电压反映各APS输出信号APS_O_1到APS_O_m的各电压Vout的压降。从图4所示的范例性时序图可以看到，由所述电源(即，电源电压VDD_P)所导致的噪声被包括在各APS输出信号APS_O_1到APS_O_m的各电压Vout中。例如，开关S3截止的时间(2)反映在正在被提供给比较器A1的各输入电压Vin中。
如图4的时序图所示，可以由参考电压发生器50提供的参考信号REF的参考电压Vref反映不可忽略或可忽略的噪声量。
下面的关系示出了包括在各APS输出信号APS_O_1到APS_O_m的各输出信号Vout中的噪声对由CDS阵列30所输出的生成信号的影响。
在复位信号取样期间，例如，在时间(1)到时间(3)期间，噪声对VIN_1、对VIN_1噪声影响的Vref、Vref和Vdififf_res的影响可以表示如下：
VIN_1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER
Vref＝Vref
∴Vdif_res＝VIN_1-Vref＝ΔVS3+ΔVPOWER
如上所述，在时间(3)，开关S3可以截止并可以是在复位信号取样周期内信号噪声的主要原因。
在图像信号取样期间，例如，从时间(4)到时间(5)，噪声对VIN_2、Vref和Vdiff_sig的影响可以表示如下：
VIN_2＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWer-Vsig
Vref＝Vref
 ∴Vdiff_sig＝VIN_2-Vref＝ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig
在图像取样之后，例如，在时间(5)之后，噪声对VIN_3、Vref和Vdiff_res_sig的影响可以表示如下：
VIN-2＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig
VIN_3＝VIN-2+VRAMP+ΔVS1
＝Vrfe+ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig+VRAMP+ΔVS1
Vref＝Vref
∴Vdiff_res_sig＝VIN_3-Vref＝ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig+VRAMP+ΔVS1
如上所述，在时间(5)处，开关S1可以被截止并且可以是在图像信号取样周期内信号噪声的主要原因。如能够从反映噪声对Vdiff_res_sig影响的最后等式所看出的，除了例如Vsig和VRAMP需要传输的分量以外，还存在ΔVS3、VPOWER和ΔVS1多种噪声源。
如上所述，可以得到能够减少和/或消除由例如电源和/或APS阵列20外部的源所导致的噪声的CMOS图像传感器以及操作这种CMOS图像传感器的方法。
图5的框图示出了使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器105的第一范例性实施例。为简便起见，只说明图5所示的CMOS图像传感器105示例和与上述图1-3描述相关的CMOS图像传感器之间的差异，。
与上述CMOS图像传感器5类似，CMOS图像传感器105可以包括行驱动器110、APS阵列120、CDS阵列130和数字代码输出单元140。本发明的多个方面可以使用参考电压发生器150。CMOS图像传感器105也可以包括光学黑(OB)像素阵列122。
OB像素阵列122通常可以提供在图像传感器中，以执行自动电平补偿(ADLC)，即，用于像素的电压电平偏移的补偿。在本发明的某些实施例中，参考电压发生器150可以使用OB像素阵列122来复制电源噪声并将包括由位于CMOS图像传感器105的CDS阵列130外部的例如电源等导致噪声的输出信号OB_O提供给参考电压发生器150。
如图5所示，在本发明的实施例中，OB像素阵列122可以包括以一列或多列和一行或多行排列的多个OB像素。在本发明的某些实施例中，OB像素阵列122的行数可以对应于APS阵列120的行数，例如，OB像素阵列122可以具有n行。在本发明的某些实施例中，可以各种方式利用OB像素阵列122。所述OB像素阵列122中的一个、一些或所有列可以对应于APS阵列120的m列中的一列，以便复制例如电源噪声的噪声。
在本发明的OB像素阵列122包括多个与APS阵列120的多列对应的多列的实施例中，一些或所有的各输出信号OB_O可以被作为到参考电压发生器150的单一信号连接到一起。在本发明的OB像素阵列122包括与APS阵列120的多列对应的多列的另一些实施例中，可以分别使用所述OB像素阵列122的多列的各输出信号OB_O中的每一个。在本发明所述OB像素阵列122包括与APS阵列122的多列对应的多列的其它实施例中，OB像素阵列122的输出信号OB_O可以被分离成多个组，相应的多个各输出信号OB_O可以被输出给参考电压发生器150。在本发明的实施例中，OB像素阵列120的每列的每个输出信号OB_O可以基于OB像素阵列120的各列的一个、一些或所有的OB像素。
如图5所示，范例性实施例的参考电压发生器105可以从OB像素阵列122接收输出信号OB_O，斜率信号RAMP_R和REF_OB，并经过放大器A3(在图6中示出的)将REF_C信号提供给CDS阵列130。在本发明的某些实施例中，CDS阵列130、APS阵列120、数字代码输出单元140和行驱动器110可以具有例如与图1-3所示的CMOS图像传感器的CDS阵列30、APS阵列20、数字代码输出单元40和行驱动器10相对应的结构。
在本发明的实施例中，斜率信号发生器(未示出)可以产生多个斜率信号，例如，RAMP_R和RAMP_C等。如图5所示，RAMP_R信号可以提供给参考电压发生器150以及RAMP_C信号可以提供给CDS阵列130。所述RAMP_R信号可以提供给参考电压发生器150且不可以具有任何变化。在本发明的某些实施例中，在RAMP_C信号能够开始增加的时间(6)之前、当时和之后，提供给参考电压发生器105的RAMP_R信号可以是基本不变或完全不变的电压信号。
在本发明的某些实施例中，REF_OB信号可以对应于由例如图1中50所示的已知参考电压发生器产生的无噪声参考信号。
REF_C信号可以包括由例如CDS阵列130外部的因素所导致的噪声。这些噪声因素可以是例如由于接通/关断开关操作所引起的和时钟馈送噪声和电源噪声。在本发明的某些实施例中，参考电压150可以使用OB像素阵列122从产生具有与CMOS图像传感器105的信号相同的或基本相同噪声特性的信号，因此，输出REF_C信号可以全部消除或基本全部消除CMOS图像传感器105内降低信号质量的噪声。通过在CMOS图像传感器内提供例如包括所有或基本所有影响信号的噪声衰减的REF_C信号的参考电压信号，可以降低和/或抑制噪声对图像质量的影响。
为了减少和/或抑制可能由CDS阵列外部的源所导致的噪声，参考电压发生器150可以包括与CDS阵列130中的CDS电路对应的电路结构。在本发明的某些实施例中，参考电压发生器150可以包括和相应CDS阵列130相同结构的CDS电路，因此，由于例如接通/关断操作所引起的时钟馈送噪声可以被复制到所产生的参考电压信号REF_C上。
图6示意性示出了根据具有范例性参考电压发生器150的本发明的一个或多个方面而使用的图3所示的范例性CDS阵列130。下面将只说明图6所示的CDS阵列130和图3所示CDS阵列30之间的区别。
当图6所示的CDS阵列130对应于图3所示的CDS阵列30时，以上图3所示的CDS阵列30可以使用本发明的一个或多个方面。特别是，除了例如电压发生器50以外，本发明的某些实施例可以使用例如电压发生器150的噪声消除器代替例如电压发生器50来消除可能由CDS阵列130以外(beyond theCDS array130)的因素所导致的噪声。如参考图6所讨论的，参考电压发生器150可以使用来自OB像素阵列122的输出信号OB_O、RAMP_R信号、REF_OB信号和与相应CDS阵列130的CDS电路132、134和136的结构相对应的结构152以产生包括基本或完全对应于上述由例如电源和/或时钟馈送、例如ΔVS3、ΔVPOWER和ΔVS1所导致的噪声项的噪声的参考电压信号REF_C。
图7示出了使用本发明一个或多个方面的范例性CMOS图像的时序图。开关S1、S2、S3和S4的操作可以对应于图4所示的时序图中的开关S1、S2、S3和S4的操作。RAMP_C信号可以对应于图4所示的RAMP信号。如图7所示，输出电压Vout信号可以基本或完全对应于图4所示的Vout信号。
如上所述，在本发明的某些实施例中，提供给参考电压发生器150的RAMP_R信号在RAMP_C信号可以开始增加的时间(6)之前、当时和之后可以基本上不变或完全不变的电压信号。
另外，如上所述，在本发明的实施例中，可以基于来自OB像素阵列122的各输出信号OB_O产生提供给CDS阵列130的参考电压信号REF_C，其可以将例如电源噪声复制到无噪声参考电压REF_OB上。由此，如图7所示，在本发明的某些实施例中，比较器A1的输出信号Vdiff可以不包括例如电源噪声。特别是，在本发明的实施例中，REF_C信号的电压信号Vref_c可以消除存在于Vout信号中的噪声，从而使所生成的输出电压Vdiff不包括任何或基本上是所有的噪声，例如电源噪声。因此，本发明的实施例使能图像信号的质量，因此，可以改进图像信号的质量。
特别是，下面将描述噪声对使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器的信号的影响。下面的关系示出了包括在各APS输出信号APS_O_1到APS_O_m的各输出电压Vout中的噪声对由CDS阵列130输出的生成信号的影响。
在例如从时间(1)到时间(3)的复位信号取样期间，噪声对VIN_1、对VIN_1噪声影响的Vref、Vref和Vdiff_res的影响可以表示如下：
VIN-1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOPOWER
VIN_OB_1＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER
∴Vdiff_res＝VIN-1-VIN_OB_1＝0
如上所述，在时间(3)，开关S3截止并且是复位信号取样期间信号噪声的主要原因。
在图像信号取样期间，例如，在从时间(4)到时间(5)期间，噪声对VIN_2、VIN_OB_2和Vdiff_sig的影响如下：
VI-N2＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWER-Vsig
VIN_OB_2＝Vref+VS3+ΔVPWER
∴Vdiff_sig＝VIN_2-VIN_OB_2＝-Vsig
在图像信号取样之后，例如在时间(5)之后，噪声对VIN_3、VIN_OB_3和Vdiff_res_sig的影响如下：
VIN_3＝VIN_2+VRAMP+ΔVS1
＝Vref+VS1+ΔVPOWER-Vsig+VRAMP+VS1
VIN_OB_3＝VIN_OB_2+ΔVS1
＝Vref+ΔVS3+ΔVPOWR+ΔVS1
∴Vdiff_ref_sig＝VIN-3-VIN_OB_3＝VRAMP-Vsig
如上所述，在时间(5)处，开关S1可以关断并且可以是在图像信号取样周期期间信号噪声的主要原因.因此，与上述的CMOS图像传感器5相反，如能够从反映噪声对Vdiff_refs_sig信号的影响的最后等式看到的，可以消除例如ΔΔVS3、ΔVPOWER和ΔVS1的多源噪声和例如Vsig、VRAMP等需要被传输的分量可以在没有噪声或基本没有噪声的情况下传输。
图8示出了根据本发明的一个或多个方面参考电压发生器的另一个范例性实施例。图8中示出的参考电压发生器150’的第二实施例对应于图1所示的参考电压发生器150的范例性实施例，但是，包括例如152、154的一个以上的相应CDS电路结构。由于放大器A3可以被连接到例如多个比较器A1上，所以，本发明的实施例可以使用例如152、154的多个这种相应的CDC电路结构，以便降低输入电容对放大器A3的影响。虽然只示出了例如152和154的两个相应的CDS电路结构，本发明的实施例可以使用两个以上的相应CDS电路结构。所使用的相应CDS电路结构的数量可以对应于由各参考电压发生器150所驱动的相应CDS阵列130的例如比较器A1的器件的数量。
图9的框图示出了使用本发明一个或多个方面的CMOS图像传感器的第二范例性实施例，图10示意性示出了根据本发明一个或多个方面像素噪声复制单元的范例性实施例。下面将只描述不同于上述图5-8所述范例性实施例的本范例性实施例的几个方面。
在图9所示的范例性施例中，可以使用像素噪声复制单元160来代替CMOS图像传感器105的OB像素阵列122。像素噪声复制单元160可以将例如电源噪声的像素噪声复制到将被提供给参考电压发生器150的输出信号PNR_O。
如图110所示，范例性的像素噪声复制单元160可以包括例如电阻和开关的用于标度例如电源噪声的像素噪声电压电平的器件。所述电源电压VDD_P和地电源电压VSS_P由向例如APS阵列120供电的同一电源提供。
阵列，已经描述了本发明的范例性实施例，尽管在这里使用了特定术语，但它们在这里的使用仅仅是为了解释而不是试图作为限制。在结合硬件方式描述了本发明的同时，也可以利用软件的方式执行本发明，例如，可以由具有包括数据在内的机械可访问介质的人造制品加以执行，当被所述机械访问时，所述数据能够使得该机械产生降低噪声的信号。因此，本领域内的普通技术人员应当理解，在不脱离由本发明权利要求所定义的本发明的精神和范围内可以做出各种改变。

Claims (21)

1.一种操作包括有源像素传感器阵列和与该有源像素传感器阵列对应的噪声消除器阵列的CMOS图像传感器的方法，该方法包括：
产生可变参考信号，用于将外部的噪声镜像到所述有源像素传感器阵列上；
将所述可变参考信号输出给所述噪声消除器阵列；和
使用在所述噪声消除器阵列中的该可变参考信号消除所述有源像素传感器阵列内外的噪声。
2.如权利要求1所述的方法，其中，产生所述可变参考信号包括将提供功率的电源中的噪声镜像到所述有源像素传感器阵列。
3.如权利要求2所述的方法，其中，镜像电源中的噪声包括根据所述有源像素传感器阵列中像素的像素功能和来自所述电源的功率建立复制信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中，产生所述可变参考信号还包括将所述复制信号加到恒定的参考信号上。
5.如权利要求3所述的方法，其中，建立复制信号包括提供具有与所述有源像素传感器阵列中的像素的像素结构等效的像素结构的光学黑像素并将来自电源的功率提供给该光学黑像素。
6.如权利要求3所述的方法，其中，建立复制信号包括提供等于所述有源像素传感器阵列中像素的输入功率的输入功率做出响应的等效电路并将来自所述电源的功率提供给该等效电路。
7.如权利要求3所述的方法，其中，产生所述可变参考信号还包括镜像所述噪声消除器阵列中的转换偏移噪声。
8.如权利要求7所述的方法，其中，产生所述可变参考信号还包括将所述复制信号提供给具有与噪声消除器阵列的噪声消除器结构等效结构的伪噪声消除器。
9.如权利要求1所述的方法，其中，产生所述可变参考信号包括镜像所述噪声消除器阵列内的转换偏移噪声。
10.如权利要求9所述的方法，其中，产生所述可变参考信号还包括将恒定的参考信号提供给具有与所述噪声消除器阵列的噪声消除器等效结构的伪噪声消除器。
11.一种和包括有源像素传感器阵列和与该有源像素传感器阵列对应的噪声消除器阵列的CMOS图像传感器一起使用的装置，该装置包括：
可变参考信号发生器，用于产生可变参考信号，该可变参考信号将外部的噪声镜像到所述有源像素传感器阵列并将该可变参考信号输出给所述噪声消除器阵列。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述可变参考信号将提供功率的电源中的噪声镜像到所述有源像素传感器阵列。
13.如权利要求12所述的装置，还包括复制单元，用于根据所述有源像素传感器阵列中像素的像素功能和来自电源的功率建立复制信号。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述可变参考信号发生器包括比较器，用于将所述复制信号和恒定的参考信号相加。
15.如权利要求13所述的装置，其中，所述复制单元包括其像素结构等效于所述有源像素传感器阵列中的像素结构的光学黑像素，所述光学黑像素从所述电源接收功率。
16.如权利要求13所述的装置，其中，所述复制单元包括对等于所述有源像素传感器阵列中的像素的输入功率的输入功率做出响应的等效电路，该等效电路从所述电源接收功率。
17.如权利要求13所述的装置，其中，所述可变参考信号还镜像所述噪声消除器阵列内的转换偏移噪声。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述可变参考信号发生器包括具有与所述噪声消除器阵列的噪声消除器结构等效结构的伪噪声消除器，所述伪噪声消除器接收所述复制信号。
19.如权利要求11所述的装置，其中，所述可变参考信号镜像所述噪声消除器阵列内的转换偏移噪声。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述可变参考信号发生器包括具有与所述噪声消除器阵列内的噪声消除器的结构等效结构的伪噪声消除器。
21.如权利要求20所述的装置，其中，所述可变参考信号发生器包括多个伪噪声消除器。
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