DE102020122248A1

DE102020122248A1 - Bildgebungssysteme mit einstellbarer verstärkerschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102020122248A1
Application number: DE102020122248.3A
Authority: DE
Inventors: Rajashekar Benjaram; Gurvinder Singh
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US11722802B2; US20220385847A1

Abstract

Ein Bildsensor kann ein Array von Bildpixeln einschließen. Das Array von Bildpixeln kann mit einer Spaltenausleseschaltungsanordnung gekoppelt sein. Ein gegebenes Bildpixel kann ein Schwachlichtsignal und ein Starklichtsignal für eine gegebene Belichtung erzeugen. Eine Spaltenleitung kann das gegebene Bildpixel mit einer Ausleseschaltungsanordnung koppeln, die eine Verstärkerschaltungsanordnung aufweist. Die Spaltenleitung kann mit einem Transistor mit automatischer Nullstellung zum Auslesen des Starklichtsignals und einer Source-Folgerstufe zum Auslesen des Schwachlichtsignals gekoppelt sein. Die Verstärkerschaltungsanordnung kann in Abhängigkeit davon, ob sie das Schwach- oder das Starklichtsignal verstärkt, eine unterschiedliche Gleichtaktspannung empfangen. Die Verstärkung und andere Betriebsparameter der Verstärkerschaltungsanordnung können basierend darauf eingestellt werden, ob sie das schwache oder das starke Signal verstärkt. Wenn gewünscht, kann eine separate Verstärkerschaltungsanordnung für das Schwach- und das Starklichtsignal implementiert werden.

Description

HINTERGRUND
Dies bezieht sich im Allgemeinen auf Bildgebungsvorrichtungen und genauer auf Ausleseschaltungsanordnungen in Bildsensoren.
Bildsensoren werden üblicherweise in elektronischen Vorrichtungen, wie Mobiltelefonen, Kameras und Computern, zum Erfassen von Bildern verwendet. In einer typischen Anordnung schließt ein Bildsensor ein Array von Bildpixeln ein, die in Pixelreihen und Pixelspalten angeordnet sind. Eine Schaltungsanordnung kann mit jeder Pixelspalte gekoppelt sein, um Bildsignale aus den Bildpixeln auszulesen.
Üblicherweise enthält jedes Bildpixel eine Photodiode zum Erzeugen von Ladung als Reaktion auf einfallendes Licht. Jedes Bildpixel kann Ladung unter unterschiedlichen Lichtbedingungen, wie unter einer relativ lichtschwachen Bedingung oder unter einer relativ lichtstarken Bedingung, erzeugen. Daher kann es bei einigen Anwendungen wünschenswert sein, dass das Bildpixel Signale erzeugt, die für diese unterschiedlichen Lichtbedingungen optimiert werden, z. B. ein Schwachlichtsignal und ein Starklichtsignal. Außerdem können die unterschiedlichen Eigenschaften zwischen dem Schwachlichtsignal und dem Starklichtsignal (z. B. die verschiedenen Arten von dominantem Rauschen zwischen dem Schwachlichtsignal und dem Starklichtsignal) eine Möglichkeit zum effizienteren Einstellen und Konfigurieren einer Ausleseschaltungsanordnung zum Auslesen jedes dieser zwei Signale bereitstellen.
Es wäre daher wünschenswert, Bildgebungssysteme mit einer verbesserten Ausleseschaltungsanordnung (z. B. zum Auslesen des Schwachlichtsignals mit niedrigem Leserauschen und höherer Einschwinggenauigkeit, zum schnelleren Auslesen des Starklichtsignals bei gleichzeitiger Senkung des Stromverbrauchs) bereitzustellen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung mit einem Bildsensor und einer Verarbeitungsschaltungsanordnung zum Erfassen von Bildern gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Pixelarrays und einer zugehörigen Steuer- und Ausleseschaltungsanordnung zum Steuern des Pixelarrays und Auslesen von Bildsignalen aus dem Pixelarray gemäß einigen Ausführungsformen.
3 ist ein Schaltplan eines veranschaulichenden Bildpixels, das über ein Pixelarray implementiert werden kann, gemäß einigen Ausführungsformen.
4 ist ein Schaltplan einer veranschaulichenden Ausleseschaltungsanordnung, die mit Bildpixeln gekoppelt ist und eine einstellbare Verstärkerschaltungsanordnung aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen.
5 ist ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben einer Ausleseschaltungsanordnung, wie der Ausleseschaltungsanordnung in 4, und eines Bildpixels, wie des Bildpixels in 3, gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist ein Schaltplan einer veranschaulichenden Ausleseschaltungsanordnung mit separater Verstärkerschaltungsanordnung für Bildsignale verschiedener Arten gemäß einigen Ausführungsformen.
7 ist ein veranschaulichendes Zeitdiagramm für den Betrieb einer Ausleseschaltungsanordnung, wie der Ausleseschaltungsanordnung in 6, und eines Bildpixels, wie des Bildpixels in 3, gemäß einigen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Elektronische Vorrichtungen, wie Digitalkameras, Computer, Mobiltelefone und andere elektronische Vorrichtungen, können Bildsensoren einschließen, die einfallendes Licht einfangen, um ein Bild zu erfassen. Die Bildsensoren können Arrays von Bildpixeln einschließen. Die Pixel in den Bildsensoren können photosensitive Elemente, wie Photodioden, einschließen, die das einfallende Licht in Bildsignale umwandeln. Bildsensoren können eine beliebige Anzahl von Pixeln aufweisen (z. B. Hunderte oder Tausende oder mehr). Ein typischer Bildsensor kann zum Beispiel Hunderttausende oder Millionen von Pixeln (z. B. Megapixel) aufweisen. Bildsensoren können eine Steuerschaltungsanordnung, wie eine Schaltungsanordnung zum Betreiben der Bildpixel, und eine Ausleseschaltungsanordnung zum Auslesen von Bildsignalen, die der elektrischen Ladung entsprechen, die durch die photosensitiven Elemente erzeugt wird, einschließen.
1 ist ein Diagramm eines veranschaulichenden Bildgebungssystems, wie einer elektronischen Vorrichtung, die einen Bildsensor verwendet, um Bilder zu erfassen. Die elektronische Vorrichtung 10 von 1 kann eine tragbare elektronische Vorrichtung, wie eine Kamera, ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer, eine Webcam, eine Videokamera, ein Videoüberwachungssystem, ein Kraftfahrzeugbildgebungssystem, ein Videospielsystem mit Bildgebungsfähigkeiten, ein Augmented-Reality- und/oder Virtual-Reality-System, ein unbemanntes Luftfahrzeugsystem (z. B. eine Drohne), ein industrielles System oder ein beliebiges anderes gewünschtes Bildgebungssystem oder eine beliebige andere gewünschte Bildgebungsvorrichtung, das bzw. die digitale Bilddaten erfasst, sein. Ein Kameramodul 12 (manchmal als Bildgebungsmodul bezeichnet) kann verwendet werden, um einfallendes Licht in digitale Bilddaten umzuwandeln. Das Kameramodul 12 kann eine oder mehrere Linsen 14 und einen oder mehrere entsprechende Bildsensoren 16 einschließen. Die Linsen 14 können feste und/oder einstellbare Linsen einschließen und können Mikrolinsen, die auf einer Bildgebungsoberfläche des Bildsensors 16 gebildet sind, und andere Makrolinsen einschließen. Während Bilderfassungsvorgängen kann Licht aus einer Szene von den Linsen 14 auf den Bildsensor 16 fokussiert werden. Der Bildsensor 16 kann eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln analoger Pixelbildsignale in entsprechende digitale Bilddaten einschließen, die der Speicher- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 bereitgestellt werden. Wenn gewünscht, kann das Kameramodul 12 mit einem Array der Linsen 14 und einem Array der entsprechenden Bildsensoren 16 bereitgestellt werden.
Die Speicher- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen (z. B. Bildverarbeitungsschaltungen, Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen, wie Speicher mit wahlfreiem Zugriff und nicht-flüchtigen Speicher, usw.) einschließen und kann unter Verwendung von Komponenten, die von dem Kameramodul getrennt sind und/oder die einen Teil des Kameramoduls bilden (z. B. Schaltungen, die einen Teil einer integrierten Schaltung bilden, die die Bildsensoren 16 oder eine integrierte Schaltung innerhalb des Moduls, das mit den Bildsensoren 16 verbunden ist, einschließt), implementiert werden. Wenn die Speicher- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 auf anderen integrierten Schaltungen (z. B. Chips) als denen der Bildsensoren 16 eingeschlossen ist, können die integrierten Schaltungen mit der Schaltungsanordnung 18 vertikal gestapelt oder in Bezug auf die integrierten Schaltungen mit den Bildsensoren 16 gehäust sein. Bilddaten, die von dem Kameramodul erfasst wurden, können unter Verwendung der Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 verarbeitet und gespeichert werden (z. B. unter Verwendung einer Bildverarbeitungs-Engine auf der Verarbeitungsschaltungsanordnung 18, unter Verwendung einer Bildgebungsmodusauswahl-Engine auf der Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 usw.). Verarbeitete Bilddaten können, wenn gewünscht, externen Geräten (z. B. einem Computer, einer externen Anzeige oder anderen Vorrichtungen) unter Verwendung verdrahteter und/oder drahtloser Kommunikationspfade, die an die Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 gekoppelt sind, bereitgestellt werden.
Wie in 2 gezeigt, kann der Bildsensor 16 ein Pixelarray 20, das Bildsensorpixel 22 enthält, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, (hierin manchmal als Bildpixel oder Pixel bezeichnet) sowie eine Steuer- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 24 einschließen. Das Array 20 kann zum Beispiel Hunderte oder Tausende von Zeilen und Spalten von Bildsensorpixeln 22 enthalten. Die Steuerschaltungsanordnung 24 kann mit einer Zeilensteuerschaltungsanordnung 26 (manchmal als Zeilentreiberschaltungsanordnung oder Zeilentreiber bezeichnet) und einer Spaltenausleseschaltungsanordnung 28 (manchmal als Spaltensteuerschaltungsanordnung, Bildausleseschaltungsanordnung, Ausleseschaltungsanordnung, Verarbeitungsschaltungsanordnung oder Spaltendecoderschaltungsanordnung bezeichnet) gekoppelt sein. Die Zeilensteuerschaltungsanordnung 26 kann Zeilenadressen von der Steuerschaltungsanordnung 24 empfangen und entsprechende Zeilensteuersignale, wie Rücksetzen, Anti-Blooming, Zeilenauswahl, Ladungsübertragung, Dual Conversion Gain und Auslesesteuersignale, über Zeilensteuerpfade 30 zu den Pixeln 22 leiten. Eine oder mehrere leitende Leitungen, wie Spaltenleitungen 32, können mit jeder Spalte der Pixel 22 in dem Array 20 gekoppelt sein. Die Spaltenleitungen 32 können zum Auslesen von Bildsignalen aus den Pixeln 22 und zum Leiten von Vorspannungssignalen (z. B. Vorspannungsströmen oder Vorspannungen) zu den Pixeln 22 verwendet werden. Wenn gewünscht, kann während Pixelauslesevorgängen eine Pixelzeile in dem Array 20 unter Verwendung der Zeilensteuerschaltungsanordnung 26 ausgewählt werden und können Bildsignale, die durch die Bildpixel 22 in dieser Pixelzeile erzeugt werden, entlang der Spaltenleitungen 32 ausgelesen werden.
Die Spaltenausleseschaltungsanordnung 28 kann Bildsignale (z. B. durch die Pixel 22 erzeugte analoge Pixelwerte) über die Spaltenleitungen 32 empfangen. Die Spaltenausleseschaltungsanordnung 28 kann eine Speicherschaltungsanordnung zum temporären Speichern von Kalibrierungssignalen (z. B. Rücksetzpegelsignalen, Referenzpegelsignalen) und/oder aus dem Array 20 ausgelesenen Bildsignalen (z. B. Bildpegelsignalen), eine Verstärkerschaltungsanordnung oder eine Vervielfacherschaltung, eine Analog-Digital-Wandlungs-Schaltungsanordnung (ADC-Schaltungsanordnung), eine Vorspannungsschaltungsanordnung, eine Latch-Schaltungsanordnung zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren der Spaltenschaltungsanordnung oder eine andere Schaltungsanordnung einschließen, die mit einer oder mehreren Spalten von Pixeln in dem Array 20 zum Betreiben der Pixel 22 und zum Auslesen von Bildsignalen aus den Pixeln 22 gekoppelt ist. Die ADC-Schaltungsanordnung in der Ausleseschaltungsanordnung 28 kann analoge Pixelwerte, die von dem Array 20 empfangen werden, in entsprechende digitale Pixelwerte (manchmal als digitale Bilddaten oder digitale Pixeldaten bezeichnet) umwandeln. Die Spaltenausleseschaltungsanordnung 28 kann digitale Pixeldaten für Pixel in einer oder mehreren Pixelspalten an die Steuer- und Verarbeitungsschaltungsanordnung 24 und/oder den Prozessor 18 (1) liefern.
Wenn gewünscht, können die Bildpixel 22 jeweils mehr als einen photosensitiven Bereich zum Erzeugen von Ladung als Reaktion auf Bildlicht einschließen. Photosensitive Bereiche innerhalb der Bildpixel 22 können in Reihen und Spalten auf dem Array 20 angeordnet sein. Das Pixelarray 20 kann auch mit einem Filterarray bereitgestellt werden, das mehrere (Farb-)Filterelemente (von denen jedes einem entsprechenden Pixel entspricht) aufweist, was es einem einzelnen Bildsensor ermöglicht, Licht unterschiedlicher Farben oder Wellenlängensätze abzutasten. Bildsensorpixel, wie die Bildpixel in dem Array 20, können zum Beispiel mit einem Farbfilterarray mit einem roten, einem grünen und einem blauen Filterelement bereitgestellt sein, was es einem einzelnen Bildsensor ermöglicht, rotes, grünes und blaues (RGB) Licht unter Verwendung entsprechender roter, grüner und blauer Bildsensorpixel, die in einem Bayer-Mosaikmuster angeordnet sind, abzutasten.
In einem weiteren geeigneten Beispiel können die grünen Pixel in einem Bayer-Muster durch Breitbandbildpixel mit Breitbandfarbfilterelementen (z. B. transparenten Farbfilterelementen, gelben Farbfilterelementen usw.) ersetzt werden. In noch einem anderen Beispiel kann eines der grünen Pixel in einem Bayer-Muster durch Infrarotbildpixel (IR-Bildpixel) ersetzt werden, die unter IR-Farbfilterelementen gebildet werden, und/oder können die verbleibenden roten, grünen und blauen Bildpixel auch empfindlich gegenüber IR-Licht sein (z. B. können sie unter Filterelementen gebildet werden, die zusätzlich zu Licht ihrer jeweiligen Farben IR-Licht durchlassen). Diese Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung, und im Allgemeinen können Filterelemente für jede gewünschte Farbe und/oder Wellenlänge und in jedem gewünschten Muster über jede gewünschte Anzahl der Bildpixel 22 gebildet werden.
Der Bildsensor 16 kann ein oder mehrere Arrays 20 der Bildpixel 22 einschließen. Die Bildpixel 22 können in einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Technologie, die einen komplementären Metalloxid-Halbleiter (complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) nutzt, oder einer Technologie, die ein ladungsgekoppeltes Bauelement (charge-coupled device, CCD) nutzt, oder unter Verwendung einer beliebigen sonstigen geeigneten Technologie, die photosensitive Vorrichtungen nutzt, gebildet werden. Bei den Bildpixeln 22 kann es sich um Bildpixel mit Vorderseitenbeleuchtung (frontside illumination, FSI) oder um Bildpixel mit Rückseitenbeleuchtung (backside illumination, BSI) handeln. Wenn gewünscht, kann der Bildsensor 16 ein Gehäuse für eine integrierte Schaltung oder eine andere Struktur, in der mehrere Substratschichten oder Chips einer integrierten Schaltung vertikal übereinander gestapelt sind, einschließen. In diesem Szenario können innerhalb des Bildsensors 16 eine oder mehrere Schaltungsanordnungen 24, 26 und 28 vertikal oberhalb oder unterhalb des Arrays 20 gestapelt sein. Wenn gewünscht, können in diesem Szenario die Leitungen 32 und 30 aus vertikalen leitenden Via-Strukturen (z. B. Durchkontaktierungs-Silicium-Vias oder TSVs) und oder horizontalen Verbindungsleitungen gebildet sein.
3 ist ein Schaltplan eines veranschaulichenden Bildpixels 22. Wie in 3 gezeigt, kann das Pixel 22 ein photosensitives Element, wie eine Photodiode 40, einschließen. Die Photodiode 40 kann einen ersten Anschluss einschließen, der eine Referenzspannung V_SS (z. B. eine von dem Spannungsanschluss 38 gelieferte Massespannung) empfängt. Einfallendes Licht kann von der Photodiode 40 gesammelt werden. Die Photodiode 40 kann als Reaktion auf die Aufnahme von auftreffenden Photonen eine Ladung (z. B. Elektronen) erzeugen. Die Menge der Ladung, die von der Fotodiode 40 aufgenommen wird, kann von der Intensität des einfallenden Lichts und der Belichtungsdauer (oder Integrationszeit) abhängen.
Eine positive Versorgungsspannung V_AA kann an dem Spannungsanschluss 42 bereitgestellt werden. Bevor ein Bild aufgenommen wird, kann ein Rücksetztransistor 46 eingeschaltet werden (z. B. durch Aktivieren des Steuersignals RST), um einen Ladungsspeicherbereich 48 (manchmal als Floating-Diffusion-Bereich bezeichnet) auf die Spannung V_AA zurückzusetzen. Die in dem Floating-Diffusion-Bereich 48 gespeicherten Spannungspegel können unter Verwendung einer Ladungsausleseschaltungsanordnung in dem Pixel 22 ausgelesen werden. Die Ladungsausleseschaltungsanordnung kann einen Source-Folgertransistor 60 und einen Zeilenauswahltransistor 62 einschließen. Die in dem Ladungsspeicherbereich 48 gespeicherte Ladung kann durch eine Photodiode erzeugte Ladung, Rücksetzpegelladung (die der Spannung VAA zugeordnet ist) und/oder andere Referenzpegelladungen (die z. B. einen Dunkelstrom, parasitäres Licht usw. angeben) einschließen.
Die Photodiode 40 kann auf die Versorgungsspannung V_AA zurückgesetzt werden (z. B. durch Verbinden des Spannungsanschlusses 42 mit einem zweiten Anschluss der Photodiode 40). Nach dem Zurücksetzen der Photodiode 40 kann die Photodiode 40 beginnen, photoerzeugte Ladung zu akkumulieren. Das Pixel 22 kann einen Übertragungstransistor 58 einschließen. Der Übertragungstransistor 58 kann eingeschaltet werden (z. B. durch Aktivieren des Steuersignals TX), um Ladung von der Photodiode 40 zu dem Floating-Diffusion-Bereich 48 zu übertragen. Der Floating-Diffusion-Bereich 48 kann ein dotierter Halbleiterbereich sein (z. B. ein Bereich in einem Siliciumsubstrat, der durch Ionenimplantation, Eindiffundieren von Fremdatomen oder einen anderen Dotierungsprozess dotiert ist). Der Floating-Diffusion-Bereich 48 kann eine zugeordnete Ladungsspeicherkapazität aufweisen (z. B. wie in 3 durch die Kapazität C_FD eines mit einer Referenzspannung, wie der Spannung V_SS, gekoppelten Kondensators gezeigt).
Der Zeilenauswahltransistor 62 kann einen Gate-Anschluss aufweisen, der mittels eines Zeilenauswahlsignals (d. h. eines Signals RS) gesteuert wird. Wenn das Zeilenauswahlsignal aktiviert wird, wird der Transistor 62 eingeschaltet und wird ein entsprechendes Signal V_OUT (z. B. ein Ausgangssignal mit einer Größe, die proportional zu der Ladungsmenge in dem Floating-Diffusion-Bereich 48 ist) über den Source-Folgertransistor 60 auf einen Pixelausgangspfad geleitet und auf einen Auslesepfad, wie die Spaltenleitung 68 (d. h. die Leitung 32 in 2), geleitet. Wenn der Floating-Diffusion-Bereich 48 durch eine Photodiode erzeugte Ladung speichert, die ausgelesen wird, kann das entsprechende Signal V_OUT als ein Bildpegelsignal bezeichnet werden. Wenn der Floating-Diffusion-Bereich 48 Rücksetzpegelladung speichert, die ausgelesen wird, kann das entsprechende Signal V_OUT als ein Rücksetzpegelsignal bezeichnet werden.
Ein Bildsensor mit einem Array von Bildpixeln, wie den Pixeln 22 in 3, kann unter unterschiedlichen Lichtbedingungen (z. B. in einer relativ lichtschwachen Umgebung, in einer relativ lichtstarken Umgebung, in einer Zwischenlichtumgebung zwischen der Schwach- und der Starklichtumgebung usw.) arbeiten. Bei einigen Anwendungen (z. B. zum Bereitstellen von Bildern mit hohem Dynamikbereich) kann es wünschenswert sein, dass das Pixel 22 in 3 mehr als ein Bildsignal (z. B. zwei Bildsignale) für jeden Belichtungszeitraum erzeugt.
Weiterhin bezugnehmend auf das Beispiel von 3 kann das Pixel 22 einen Kondensator, wie einen Low-(Conversion-)Gain-Kondensator 52 (z. B. mit einer Kapazität C_1cg), einschließen. Der Kondensator 52 kann konfiguriert sein, um Überlaufladung (z. B. einen Teil der durch die Photodiode 40 erzeugten Ladung oberhalb einer Spannungsschwelle, unter der Starklichtbedingung erzeugte Überschussladung) zu speichern. Der Kondensator 52 kann über einen Transistor, wie den Dual-Conversion-Gain-Transistor 50, mit dem Floating-Diffusion-Bereich 48 gekoppelt sein. Der Kondensator 52 kann einen Anschluss aufweisen, der mit einem Spannungsanschluss, wie dem Spannungsanschluss 38, der eine Massespannung bereitstellt, gekoppelt ist (oder mit einem beliebigen anderen geeigneten Spannungsanschluss gekoppelt ist). Der Transistor 50 kann aktiviert werden (z. B. durch Aktivieren des Steuersignals DCG), um den Kondensator 52 mit dem Floating-Diffusion-Bereich 48 zu verbinden.
Insbesondere kann der Kondensator 52 konfiguriert sein, um die Speicherkapazität des Floating-Diffusion-Bereichs 48 zu erweitern. Das Pixel 22 kann ein erstes Signal (z. B. ein Schwachlicht- oder High-Conversion-Gain-Signal, hierin manchmal als ein S 1-Bildsignal bezeichnet) unter Verwendung von in dem Floating-Diffusion-Bereich 48 gespeicherter Ladung erzeugen (z. B. während der Kondensator 52 von dem Floating-Diffusion-Bereich 48 getrennt ist) und kann ein zweites Signal (z. B. ein Starklicht- oder Low-Conversion-Gain-Signal, hierin manchmal als ein S2-Bildsignal bezeichnet) unter Verwendung von in dem Floating-Diffusion-Bereich 48 und dem Kondensator 52 gespeicherter Ladung erzeugen (z. B. während der Kondensator 52 mit dem Floating-Diffusion-Bereich 48 verbunden ist).
Die in 3 gezeigte Pixelkonfiguration ist lediglich veranschaulichend. Anordnungen, bei denen der Typ des Pixels 22 in 3 als jedes der Pixel 22 über das Array 20 in 2 implementiert ist, werden hierin als ein Beispiel beschrieben. Wenn gewünscht, können beliebige geeignete Modifikationen an dem Pixel 22 vorgenommen werden, um das Pixelarray 20 in 2 zu implementieren. Als Beispiele kann das Pixel 22 mehrere Photodioden (z. B. mit dem gleichen oder unterschiedlichen Floating-Diffusion-Bereichen gekoppelt), Anti-Blooming-Transistoren oder -Pfade, mehrere Low-Conversion-Gain-Kondensatoren, die mit dem Floating-Diffusion-Bereich bzw. den Floating-Diffusion-Bereichen über einen entsprechenden Verstärkungssteuerungstransistor bzw. entsprechende Verstärkungssteuerungstransistoren gekoppelt sind, usw. einschließen. Im Allgemeinen kann das Pixel 22
In einer typischen Bildpixelarraykonfiguration sind zahlreiche Zeilen und Spalten der Pixel 22 vorhanden. Ein Spaltenauslesepfad kann mit jeder Spalte der Pixel 22 verbunden sein (z. B. kann jedes Bildpixel 22 in einer Spalte über einen verbundenen Zeilenauswahltransistor 62 mit dem Spaltenauslesepfad gekoppelt sein). Das Steuersignal RS kann aktiviert werden, um das Signal V_OUT aus einem ausgewählten Bildpixel auf den Pixelauslesepfad auszulesen. Das Signal V_OUT kann der Ausleseschaltungsanordnung 28 (2) und der Verarbeitungsschaltungsanordnung 18 (1) zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden.
4 ist ein Schaltplan für eine veranschaulichende Anordnung, bei der eine gegebene der Pixelspalten in dem Pixelarray (z. B. Array 20 in 2) mit einer Ausleseschaltungsanordnung gekoppelt ist. Wie in 4 gezeigt, kann die Pixelspalte 102 die Pixel 22-1, 22-2, 22-3 usw. (die z. B. jeweils die Konfiguration des Pixels 22 in 3 aufweisen) einschließen. Jedes der Pixel 22 in der Spalte 102 kann einen entsprechenden Zeilenauswahltransistor einschließen, der mit einer gemeinsam genutzten Spaltenleitung 68 (z. B. Spaltenleitung 32 in 2) gekoppelt ist. Die Spaltenleitung 68 kann die Pixel 22 in der Spalte 102 mit der Ausleseschaltungsanordnung 100 koppeln. Die Ausleseschaltungsanordnung 100 kann einen Abschnitt der Spaltenausleseschaltungsanordnung 28 in 2 bilden. Als ein Beispiel können entsprechende separate Ausleseschaltungsanordnungen (analog zu der Ausleseschaltungsanordnung 100) in ähnlicher Weise mit anderen Spalten von Pixeln in dem Array 20 gekoppelt sein und können gemeinsam die Spaltenausleseschaltungsanordnung 28 bilden.
Wie vorstehend in Verbindung mit 3 beschrieben, kann jedes Pixel ein Starklichtsignal und ein Schwachlichtsignal erzeugen. Um Auslesevorgänge an sowohl dem Starklichtsignal als auch dem Schwachlichtsignal wirksamer durchzuführen, kann ein Bildsensor eine einstellbare Ausleseschaltungsanordnung, wie die Ausleseschaltungsanordnung 100 in 4, einschließen. Insbesondere kann bei der Schwachlichtleistung des Bildsensors (z. B. Erhalten eines zufriedenstellenden Schwachlichtsignals) ein besonderer Wert auf Faktoren, wie einem niedrigen Rauschen der Auslesekette (Ausleseschaltungsanordnung), einer guten Linearität und einem niedrigen Festmusterrauschen, liegen, während bei der Starklichtleistung des Bildsensors (z. B. Erhalten eines zufriedenstellenden Starklichtsignals) möglicherweise weniger Wert auf Faktoren, wie Auslesekettenrauschen und Einschwinggenauigkeit, liegt, da das Eingangssignalrauschen dominanter sein kann. Daher kann es wünschenswert sein, entsprechende Ausleseschaltungsanordnungsparameter für das Starklichtsignal zu lockern, um die Abtastzeit und den Stromverbrauch zu verbessern. Außerdem kann der Rückschlageffekt des Pixelausgangs auf dem Floating-Diffusion-Bereich wünschenswerterweise während des Auslesens des Starklichtbild- und des Rücksetzpegelsignals angepasst werden (z. B. durch Verbinden der Spaltenleitung mit einer Referenz- oder Massespannung vor dem Auslesen auf die Spaltenleitung). Konfigurationen der Ausleseschaltungsanordnung 100, die mindestens diese wünschenswerten Attribute aufweisen, werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Insbesondere kann die Ausleseschaltungsanordnung 100 Transistoren 104 und 106 einschließen, die in Reihe zwischen die Spaltenleitung 68 und einen Spannungsanschluss, wie den Spannungsanschluss 38, der die Spannung Vss (z. B. eine Massespannung) liefert, geschaltet sind. Der Transistor 104 kann als ein Schalter dienen, der die Spaltenleitung 68 selektiv mit dem Transistor 106 verbindet (z. B. durch Aktivieren des Steuersignals SFEN). Der Vorspannungstransistor 106 kann konfiguriert sein, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen (z. B. unter Verwendung des Steuersignals SFBIAS), der das Steuern von Signalen von den Pixeln 22 in Spalte 102 weg während Auslesevorgängen (z. B. für das Schwachlichtsignal) unterstützt.
Die Ausleseschaltungsanordnung 100 kann den Transistor 108 einschließen, der zwischen die Spaltenleitung 68 und einen Spannungsanschluss, wie den Spannungsanschluss 38, der die Spannung Vss (z. B. eine Massespannung) liefert, geschaltet ist. Der Transistor 108 kann konfiguriert sein, um die Spannung der Spaltenleitung 68 auf die Spannung Vss oder eine beliebige andere Referenzspannung, wie eine Spannung, die höher ist als eine Massespannung, herunterzuziehen (z. B. durch Aktivieren des Steuersignals AZGND).
Die Ausleseschaltungsanordnung 100 kann eine Verstärkerschaltungsanordnung (z. B. einen Operationsverstärker), wie die Verstärkerschaltungsanordnung 110, einschließen. Die Verstärkerschaltungsanordnung 110 kann einen ersten Eingangsanschluss (z. B. einen invertierenden Anschluss) und einen zweiten Eingangsanschluss (z. B. einen nicht invertierenden Anschluss) einschließen. Die Spaltenleitung 68, die das Signal Vin liefert, kann über einen Eingangskondensator, wie den Kondensator 112, der eine Kapazität Cs aufweist, mit dem invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 gekoppelt sein.
Der nicht invertierende Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 kann eine von zwei Referenzspannungen Vrefs1 und Vrefs2 empfangen. Insbesondere kann der Schalter 114 (gesteuert durch das Steuersignal S1) den Referenzspannungsanschluss 118, der die Spannung Vrefs1 liefert, mit dem nicht invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 koppeln. Entlang eines separaten Pfads kann der Schalter 116 (gesteuert durch das Steuersignal S2) den Referenzspannungsanschluss 120, der die Spannung Vrefs2 liefert, mit dem nicht invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 koppeln. Als ein Beispiel kann die Spannung Vrefs1 die niedrigstmögliche Eingangsgleichtaktspannung sein, die von dem Verstärker 100 empfangen werden kann, während die Spannung Vrefs2 größer als das Rücksetzpegelsignal in dem Pixelausgang sein kann. Wenn gewünscht, können Vrefs1 und Vrefs2 ein beliebiger anderer geeigneter Wert sein.
Die Verstärkerschaltungsanordnung 110 kann einen Ausgangsanschluss einschließen, der ein Verstärkerausgangssignal Vout bereitstellt. Der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 kann über einen Schalter zur automatischen Nullstellung, wie den Schalter 122, der durch das Signal AZ gesteuert wird, mit dem invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 gekoppelt sein. Entlang eines separaten Pfads (z. B. eines zweiten Pfads parallel zu dem Pfad, entlang dessen der Schalter 122 gekoppelt ist) kann der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 über einen Rückkopplungskondensator, wie den Rückkopplungskondensator 124, der eine Kapazität Cf aufweist, mit dem invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 gekoppelt sein. Ein Verhältnis der Eingangskapazität Cs zu der Rückwirkungskapazität kann eine Verstärkung (einen Verstärkungsfaktor) G für die Verstärkerschaltungsanordnung 110 bestimmen und kann einstellbar sein. Als ein Beispiel kann zum Verstärken des Schwachlichtsignals die Verstärkung relativ groß (z. B. mindestens größer als eins) sein, während zum Verstärken die Verstärkung kleiner oder gleich eins sein kann.
Außerdem kann der Schalter 126 den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 über den Kondensator 128 (z. B. eine Filterschaltungsanordnung) mit dem Spannungsanschluss 38 (der z. B. eine Massespannung liefert) koppeln. Der Schalter 126 kann durch das Steuersignal S1 (z. B. das gleiche Signal, das von dem Schalter 114 empfangen wird) gesteuert werden. Dieser Bandbegrenzungspfad kann zum Reduzieren des Leserauschens (z. B. für das Schwachlichtsignal) verwendet werden.
Der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung 110 kann ferner mit einer Abtast-Halte-Schaltungsanordnung (z. B. einer Speicherschaltungsanordnung zum Speichern von Bildpegel- und Rücksetzpegelsignalen für Starklicht- und Schwachlichtsignale) verbunden sein. Insbesondere kann ein Abtastschalter, wie der Schalter 130, der durch das Signal SAMP gesteuert wird, den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einer Abtastschaltungsanordnung, wie einem Abtast-Halte-Kondensator 132 (der z. B. an einem Anschluss die Spannung Vsh speichert und an dem anderen Anschluss eine Referenzspannung, wie eine Massespannung, empfängt), verbinden.
Die Ausleseschaltungsanordnung 100 kann konfiguriert sein, um in einem ersten und einem zweiten Modus zu arbeiten (z. B. in einem Schwachlichtmodus, in dem Auslesen für ein Schwachlichtbildpegelsignal und ein entsprechendes Rücksetzpegelsignal durchgeführt wird, und in einem Starklichtmodus, in dem Auslesen für ein Schwachlichtbildpegelsignal und ein entsprechendes Rücksetzpegelsignal durchgeführt wird). Bezugnehmend auf den Transistor 108 in 4 kann das Steuersignal AZGND während des Starklichtmodus selektiv aktiviert werden (z. B., bevor die Spaltenleitung 68 Bildpegel- und Rücksetzpegelsignale für Starklicht empfängt). Das Steuersignal SFEN kann während des gesamten Starklichtmodus deaktiviert sein. Diese Steuerungen können etwaige Speichereffekte auf der Spaltenleitung abschwächen, um den Rückschlag des Pixelausgangs während des Auslesens der Bild- und Rücksetzpegelsignale für Starklicht anzupassen, und können die Abtastzeit und den Stromverbrauch während des Starklichtmodusbetriebs reduzieren.
Dagegen kann während des Schwachlichtmodus das Steuersignal AZGND deaktiviert sein und das Steuersignal SFEN kann aktiviert sein, um eine höhere Einschwinggenauigkeit bereitzustellen. Mit anderen Worten wird während des Schwachlichtmodus das Auslesen mit der Source-Folgerstufe durchgeführt, und während des Starklichtmodus wird das Auslesen ohne die Source-Folgerstufe durchgeführt. Jegliche Nichtlinearität, die mit der Durchführung des Auslesens ohne die Source-Folgerstufe verbunden ist, kann mit einer stückweisen linearen Korrektur in der digitalen Domäne (z. B. durch eine nachgeschaltete digitale Verarbeitungsschaltungsanordnung) korrigiert werden.
Während des Schwachlichtmodus (z. B. zum Auslesen der Schwachlichtbild- und Rücksetzpegelsignale) kann das Steuersignal S1 aktiviert sein. Während des Starklichtmodus (z. B. zum Auslesen der Starklichtbild- und Rücksetzpegelsignale) kann das Steuersignal S2 aktiviert sein. Bezugnehmend auf die Referenzspannungsanschlüsse 118 und 120 in 4, die über die Schalter 114 und 116 selektiv mit dem nicht invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers 110 verbunden sind, kann der Verstärkerschaltungsanordnung 110 eine relativ niedrige Gleichtaktspannung Vrefs1 während des Schwachlichtmodus bereitgestellt werden, und der Verstärkerschaltungsanordnung 110 kann eine relativ hohe Gleichtaktspannung Vrefs2 während des Starklichtmodus bereitgestellt werden. Jede der zwei Gleichtaktspannungen Vrefs1 und Vrefs2 kann ausgewählt werden, um die Leistung für ein entsprechendes der Schwachlichtsignale oder der Starklichtsignale zu optimieren.
Bezugnehmend auf den Schalter 126 und den Kondensator 128 in 4 kann das Steuersignal S1 während des Schwachlichtmodus aktiviert sein. Auf diese Weise konfiguriert (z. B. wenn sich der Schalter 126 in einem geschlossenen (d. h. leitenden) Zustand befindet, kann das Ausgangssignal Vout während des Schwachlichtmodus bandbegrenzt sein, wodurch das Ausleserauschen für das Schwachlichtsignal reduziert wird. Während des Starklichtmodus kann das Steuersignal S2 deaktiviert sein und kann sich der Schalter 126 in einem offenen Zustand befinden, um die Geschwindigkeit des Auslesevorgangs zu verbessern.
5 ist ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben einer einstellbaren Ausleseschaltungsanordnung, wie der Ausleseschaltungsanordnung 100 in 4, um Bildpegel- und Rücksetzpegelsignale für Schwachlicht und Starklicht auszulesen.
Insbesondere kann die Ausleseschaltungsanordnung während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in einem Schwachlichtmodus arbeiten und kann während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 in einem Starklichtmodus arbeiten. Eine Steuerschaltungsanordnung, wie die Steuerschaltungsanordnung 24 und/oder 26 (2), kann konfiguriert sein, um die in 5 beschriebenen Steuersignale bereitzustellen (z. B. zu aktivieren und zu deaktivieren).
Wie in 5 gezeigt, können zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ein Rücksetzpegelsignal und ein Bildpegelsignal für Schwachlicht abgetastet werden. Insbesondere können die Aktivierungen A1 und A2 des Steuersignals SAMP selektiv einen Abtastschalter (z. B. Schalter 130 in 4) aktivieren, um das Verstärkerausgangssignal (z. B. das Signal Vout für die Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4) entsprechend dem Rücksetzpegelsignal bei der Aktivierung A1 und entsprechend dem Bildpegelsignal bei der Aktivierung A2 abzutasten.
Während des Zeitraums zwischen t1 und t2 kann das Steuersignal S1 (kontinuierlich) durch die Aktivierung D1 aktiviert werden (z. B. zum Aktivieren des Schalters 114 in 4), wodurch der Verstärkerschaltungsanordnung eine erste Gleichtaktspannung für den Schwachlichtmodus bereitgestellt wird (z. B. der Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4 die niedrigstmögliche Gleichtaktspannung Vrefs1 bereitgestellt wird) und ein Bandbegrenzungspfad (z. B. eine Verbindung mit dem Kondensator 128 in 4) bereitgestellt wird. Während des Zeitraums zwischen t1 und t2 kann das Steuersignal SFEN (kontinuierlich) durch die Aktivierung F1 aktiviert werden (z. B. zum Aktivieren des Transistors 104 in 4), wodurch der Spaltenleitung ein Vorspannungsstrom bereitgestellt wird (z. B. der Transistor 106 mit der Spaltenleitung 68 in 4 verbunden wird). Während des Zeitraums zwischen t1 und t2 kann das Steuersignal RS (kontinuierlich) durch die Aktivierung G1 aktiviert werden (z. B. zum Aktivieren des Transistors 62 in 3 in einem entsprechenden Pixel 22 in der Spalte 102 in 4, für das Auslesevorgänge durchgeführt werden), wodurch die Pixelschaltungsanordnung (z. B. der Source-Folgertransistor 60 in 3) mit der entsprechenden Spaltenleitung verbunden wird.
Vor dem Durchführen von Auslesevorgängen an dem Rücksetzpegelsignal für Schwachlicht unter Verwendung der Aktivierung A1 (z. B. vor dem Zeitpunkt t1) kann der Floating-Diffusion-Bereich des Pixels, aus dem das Rücksetzpegelsignal ausgelesen wird, unter Verwendung der Aktivierung I' auf eine Versorgungsspannung zurückgesetzt werden.
Das Rücksetzpegelsignal kann als ein Eingangssignal Vin an die Verstärkerschaltungsanordnung geleitet werden (z. B. unter Verwendung der Aktivierungen F1 und G1 für die Signale SFEN bzw. RS). Nach dem Zeitpunkt t1 kann das Steuersignal AZ durch die Aktivierung B1 aktiviert werden, um den invertierenden Anschluss und den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung (z. B. der Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4) zu verbinden. An diesem Punkt kann das Verstärkerausgangssignal Vout auf der Gleichtaktspannung für Schwachlicht (z. B. der Spannung Vrefs1) sein. Dieser Verstärkerausgang kann unter Verwendung der Aktivierung A1 abgetastet werden.
Danach kann das Steuersignal TX durch die Aktivierung H aktiviert werden, um durch eine Photodiode erzeugte Ladung zu dem Floating-Diffusion-Bereich (in demselben Pixel, aus dem das Rücksetzpegelsignal gelesen wird) zu übertragen. Das Bildpegelsignal für Schwachlicht (z. B. das S1-Bildsignal) kann als Eingangssignal Vin an die Verstärkerschaltungsanordnung geleitet werden (z. B. unter Verwendung der Aktivierungen F1 und G1). An diesem Punkt kann das Verstärkerausgangssignal Vout auf eine Summe der Gleichtaktspannung Vrefs1 und eines Produkts des Verstärkungsfaktors G mit einem korrelierten oder relativen Schwachlichtbildpegelsignal Vshss1 erhöht werden.
Insbesondere kann der Verstärkungsfaktor G durch ein Verhältnis der Verstärkereingangskapazität Cs zu der Verstärkerrückwirkungskapazität Cf bestimmt werden, und das korrelierte Schwachlichtbildpegelsignal Vshss1 kann durch eine Differenz zwischen dem absoluten Schwachlichtbildpegelsignal (z. B. von einer Massespannung) und dem absoluten Schwachlichtrücksetzpegelsignal (z. B. von einer Massespannung) bestimmt werden. Der Verstärkerausgang kann an diesem Punkt unter Verwendung der Aktivierung A2 abgetastet werden.
Zu dem Zeitpunkt t2 kann die Ausleseschaltungsanordnung aus dem Schwachlichtmodus auf Betrieb in einem Starklichtmodus umschalten. Insbesondere können zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ein Rücksetzpegelsignal und ein Bildpegelsignal für Starklicht abgetastet werden. Insbesondere können die Aktivierungen A3 und A4 des Steuersignals SAMP selektiv einen Abtastschalter (z. B. den Schalter 130 in 4) aktivieren, um das Verstärkerausgangssignal (z. B. das Signal Vout für die Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4) entsprechend dem Bildpegelsignal bei der Aktivierung A3 und entsprechend dem Rücksetzpegelsignal bei der Aktivierung A4 abzutasten.
Während des Zeitraums zwischen t2 und t3 kann das Steuersignal S2 (kontinuierlich) durch die Aktivierung E1 aktiviert werden (z. B. zum Aktivieren des Schalters 116 in 4), wodurch der Verstärkerschaltungsanordnung eine zweite Gleichtaktspannung für den Starklichtmodus bereitgestellt wird (z. B. der Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4 eine Spannung Vrefs2 bereitgestellt wird, die größer ist als die Rücksetzpegelspannung). Außerdem kann während des Zeitraums zwischen t2 und t3 das Steuersignal DCG (kontinuierlich) durch die Aktivierung J aktiviert werden, um den Floating-Diffusion-Bereich an dem Pixel mit dem Kondensator mit niedriger Verstärkung an dem Pixel (z. B. dem Kondensator 52 in 3) zu verbinden, wodurch die an dem Kondensator mit niedriger Verstärkung gespeicherte Überlaufladung zum Auslesen bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann das Pixel konfiguriert sein, um ein Low-Conversion-Gain-Bildsignal (z. B. ein Starklichtbildpegelsignal) zu erzeugen.
Nach dem Zeitpunkt t2 kann das Steuersignal AZGND durch die Aktivierung C1 aktiviert werden, um die Spaltenleitung mit einer Massespannung oder einer anderen Referenzspannung zu verbinden (z. B., um die Spaltenleitung 68 mit der Spannung Vss in 4 zu verbinden). Während das Steuersignal AZGND aktiviert ist, kann das Steuersignal RS deaktiviert sein.
Nach dem Zeitpunkt t2 (z. B. gleichzeitig mit der Aktivierung C1) kann das Steuersignal AZ durch die Aktivierung B2 aktiviert werden, um den invertierenden Anschluss und den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung (z. B. der Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4) zu verbinden. An diesem Punkt kann das Verstärkerausgangssignal Vout auf der Gleichtaktspannung für Starklicht (z. B. der Spannung Vrefs2) sein. Danach kann das Steuersignal RS durch die Aktivierung G2 aktiviert werden, um das Starklichtbildpegelsignal zu der Spaltenleitung (z. B. der Spaltenleitung 86 in 4) und zu dem invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung (z. B. der Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4) zu übertragen.
Entsprechend kann die Verstärkerschaltungsanordnung das Verstärkerausgangssignal Vout basierend auf dem Eingangsstarklichtbildpegelsignal erzeugen. Insbesondere kann das Verstärkerausgangssignal Vout von der Gleichtaktspannung Vrefs2 auf eine Differenz zwischen der Gleichtaktspannung Verfs2 und einem Produkt des Verstärkungsfaktors G mit dem absoluten Starklichtbildpegelsignal Vshss2 (z. B. von einer Massespannung) abnehmen, wobei der Verstärkungsfaktor G durch ein Verhältnis der Verstärkereingangskapazität Cs zu der Verstärkerrückwirkungskapazität Cf bestimmt wird. Der Verstärkungsfaktor G kann in dem Starklichtmodus kleiner oder gleich eins sein, um eine Sättigung des Verstärkerausgangs zu vermeiden. Dieser Verstärkerausgang kann unter Verwendung der Aktivierung A3 abgetastet werden.
Nach der Aktivierung A3 kann das Steuersignal AZGND durch die Aktivierung C2 erneut aktiviert werden, um die Spaltenleitung mit einer Massespannung zu verbinden (z. B., um die Spaltenleitung 68 mit der Spannung Vss in 4 zu verbinden). Während das Steuersignal AZGND aktiviert ist, kann das Steuersignal RS deaktiviert sein. An diesem Punkt kann das Verstärkerausgangssignal Vout erneut auf der Gleichtaktspannung für Starklicht (z. B. der Spannung Vrefs2) sein.
Nach der Aktivierung A3 (z. B. gegenwärtig mit der Aktivierung C2) kann das Steuersignal RST durch die Aktivierung I aktiviert werden, um den Floating-Diffusion-Bereich des Pixels auf eine Versorgungsspannung (z. B. die Spannung V_AA in 3) zurückzusetzen. Danach kann das Steuersignal RS durch die Aktivierung G3 aktiviert werden, um das Starklichtrücksetzpegelsignal zu der Spaltenleitung (z. B. der Spaltenleitung 86 in 4) und zu dem invertierenden Anschluss der Verstärkerschaltungsanordnung (z. B. der Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4) zu übertragen.
Entsprechend kann die Verstärkerschaltungsanordnung das Verstärkerausgangssignal Vout basierend auf dem Eingangsstarklichtrücksetzpegelsignal erzeugen. Insbesondere kann das Verstärkerausgangssignal Vout von der Gleichtaktspannung Vrefs2 auf eine Differenz zwischen der Gleichtaktspannung Verfs2 und einem Produkt des Verstärkungsfaktors G mit dem absoluten Starklichtbildpegelsignal Vshrs2 (von einer Massespannung) abnehmen, wobei der Verstärkungsfaktor G durch ein Verhältnis der Verstärkereingangskapazität Cs zu der Verstärkerrückwirkungskapazität Cf bestimmt wird. Dieser Verstärkerausgang kann unter Verwendung der Aktivierung A4 abgetastet werden.
Die Ausleseschaltungsanordnung und das Zeitdiagramm zum Betreiben der Ausleseschaltungsanordnung, die in Verbindung mit 4 und 5 beschrieben sind, sind lediglich veranschaulichend. Wenn gewünscht, kann eine beliebige geeignete Modifikation an der Konfiguration der Ausleseschaltungsanordnung und dem Zeitdiagramm in 4 und 5 vorgenommen werden. Als ein Beispiel ist 6 ein Schaltplan einer veranschaulichenden einstellbaren Ausleseschaltungsanordnung mit einer separaten Verstärkerschaltungsanordnung.
Wie in 6 gezeigt, kann die Ausleseschaltungsanordnung 200 einige von den gleichen (oder ähnlichen) Elementen einschließen, die in den gleichen (oder ähnlichen) Konfigurationen wie Elemente in der Ausleseschaltungsanordnung 100 in 4 implementiert sind. Um die Ausführungsformen von 6 nicht unnötig unklar werden zu lassen, wird eine weitere Beschreibung für diese ähnlichen Elemente und ihre ähnlichen Konfigurationen weggelassen. Diese ähnlichen Elemente können ähnliche Funktionen, Konfigurationen, Betriebsmodi usw. aufweisen wie zuvor beschrieben (z. B. in Verbindung mit 4), sofern nicht anders angegeben.
Insbesondere kann die Ausleseschaltungsanordnung 200 zwei separate Verstärkerschaltungsanordnungen 110-1 und 110-2 einschließen. Während die Verstärkerschaltungsanordnung 110 in 4 verwendet wird, um sowohl das Schwachlichtsignal als auch das Starklichtsignal zu verstärken, kann die Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 für das Schwachlichtsignal dediziert sein und kann die Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 für das Starklichtsignal dediziert sein. Die Verstärkerschaltungsanordnungen 110-1 und 110-2 können über jeweilige Schalter 140 und 142, die durch die Steuersignale S1 bzw. S2 gesteuert werden, mit der Spaltenleitung 68 gekoppelt sein. Die Verstärkerschaltungsanordnungen 110-1 und 110-2 können über jeweilige Schalter 144 und 146, die durch die Steuersignale SAMPS1 bzw. SAMPS2 gesteuert werden, mit einer Abtast-Halte-Schaltungsanordnung (z. B. dem Abtastschalter) gekoppelt sein. Auf solche Weise konfiguriert kann ein entsprechendes Verstärkereingangssignal Vin selektiv einer der Verstärkerschaltungsanordnungen 110-1 oder 110-2 bereitgestellt werden, und das entsprechende Verstärkerausgangssignal (z. B. die Signale Vouts1 oder Vouts2) können der Abtast-Halte-Schaltungsanordnung bereitgestellt werden.
Jede der Verstärkerschaltungsanordnungen 110-1 und 110-2 kann einen entsprechenden Eingangskondensator (z. B. Kondensator 112-1 mit der Kapazität Cs1 oder Kondensator 112-2 mit der Kapazität Cs2), einen entsprechenden Schalter zur automatischen Nullstellung (z. B. Schalter 122-1, der durch das Signal AZS1 gesteuert wird, oder Schalter 122-2, der durch das Signal AZS2 gesteuert wird) und einen entsprechenden Rückkopplungskondensator (z. B. Kondensator 124-1 mit der Kapazität Cf1 oder Kondensator 124-2 mit der Kapazität Cf2) aufweisen. Außerdem können, da das Schwachlichtsignal (und das Starklichtsignal) bandbegrenzt ist, der Schalter 126 und der Kondensator 128 mit der Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 und nicht mit der Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 gekoppelt sein.
Jede der Verstärkerschaltungsanordnungen 110-1 und 110-2 kann eine entsprechende Gleichtaktspannung an ihrem nicht invertierenden Eingangsanschluss empfangen. Mit anderen Worten kann der Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 die von Anschluss 118 gelieferte Gleichtaktspannung Vrefs1 bereitgestellt werden, und der Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 kann die von Anschluss 120 gelieferte Gleichtaktspannung Verfs2 bereitgestellt werden. Dadurch kann die Verstärkerschaltungsanordnung in 4 wünschenswerterweise ein Umschalten zwischen verschiedenen Gleichtaktspannungen vermeiden.
Da eine separate Verstärkerschaltungsanordnung bereitgestellt wird, können die Parameter zum Betreiben oder Konfigurieren der Verstärkerschaltungsanordnung zum Verstärken entweder des Schwachlichtsignals (im Falle der Verstärkerschaltungsanordnung 110-1) oder des Schwachlichtsignals (im Falle der Verstärkerschaltungsanordnung 110-2) optimiert werden. Insbesondere kann die Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 für niedriges Rauschen und eine hohe Bandbreite optimiert werden, während die Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 für geringen Leistungsbedarf und hohe Schwankung optimiert werden kann.
7 ist ein veranschaulichendes Zeitdiagramm zum Betreiben einer einstellbaren Ausleseschaltungsanordnung, wie der Ausleseschaltungsanordnung 200 in 6, um Bildpegel- und Rücksetzpegelsignale für Schwachlicht und Starklicht auszulesen. Insbesondere kann die Ausleseschaltungsanordnung während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in einem Schwachlichtmodus arbeiten und kann während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 in einem Starklichtmodus arbeiten. Eine Steuerschaltungsanordnung, wie die Steuerschaltungsanordnung 24 und/oder 26 (2), kann konfiguriert sein, um die in 7 beschriebenen Steuersignale bereitzustellen (z. B. zu aktivieren und zu deaktivieren).
Wie in 7 gezeigt, kann das Zeitdiagramm einige von den gleichen (oder ähnlichen) Aktivierungen und Deaktivierungen einschließen, die auf die gleiche (oder ähnliche) Weise wie diejenigen in dem Zeitdiagramm in 5 implementiert sind. Um die Ausführungsformen von 7 nicht unnötig unklar werden zu lassen, wird eine weitere Beschreibung für diese ähnlichen Elemente weggelassen. Diese ähnlichen Elemente können ähnliche Funktionen, Konfigurationen, Betriebsmodi usw. aufweisen wie zuvor beschrieben (z. B. in Verbindung mit 5), sofern nicht anders angegeben.
Bei einer Konfiguration mit Doppelverstärkerschaltungsanordnung (z. B. einer Doppeloperationsverstärkerkonfiguration) können Aktivierungen des Steuersignals SAMP zum Abtasten des Verstärkerausgangs in Verbindung mit einem der Steuersignale SAMPS1 und SAMPS2 in Abhängigkeit davon aktiviert werden, welche der Verstärkerschaltungsanordnungen den Ausgang bereitstellt. Als ein Beispiel kann während des Schwachlichtbetriebsmodus zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 die Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 (6) aktiv sein, und das Steuersignal SAMPS1, das auf den Ausgang der Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 zugreift, kann durch die Aktivierungen K1 und K2 gleichzeitig mit den Aktivierungen A1 bzw. A2 aktiviert werden. Als ein anderes Beispiel kann während des Starklichtbetriebsmodus zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 (6) aktiv sein, und das Steuersignal SAMPS2, das auf den Ausgang der Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 zugreift, kann durch die Aktivierungen L1 und L2 gleichzeitig mit den Aktivierungen A3 bzw. A4 aktiviert werden.
Außerdem können bei der Konfiguration mit Doppelverstärkerschaltungsanordnung die Aktivierungen zur automatischen Nullstellung des Verstärkereingangs- und -ausgangsanschlusses auch getrennt werden. Wie in 7 gezeigt, kann das Steuersignal AZS1 durch die Aktivierung B1 aktiviert werden, wenn die Verstärkerschaltungsanordnung 110-1 aktiv ist, und das Steuersignal AZS2 kann durch die Aktivierung B2 aktiviert werden, wenn die Verstärkerschaltungsanordnung 110-2 aktiv ist.
Die Funktionen und Vorgänge der Konfiguration mit Doppelverstärkerschaltungsanordnung bleiben gegenüber denjenigen der Konfiguration mit Einzelverstärkerschaltungsanordnung weitgehend unverändert. Während die Konfiguration mit Doppelverstärkerschaltungsanordnung zusätzliche Fläche zum Implementieren erfordert, kann sie unter anderen Merkmalen eine vorteilhaftere Leistung aufgrund der optimierteren Verstärkerschaltungsanordnung bereitstellen.
Die Ausleseschaltungsanordnung und das Zeitdiagramm zum Betreiben der Ausleseschaltungsanordnung, die in Verbindung mit 6 und 7 beschrieben sind, sind lediglich veranschaulichend. Wenn gewünscht, kann eine beliebige geeignete Modifikation an der Konfiguration der Ausleseschaltungsanordnung und dem Zeitdiagramm in 6 und 7 vorgenommen werden.
Obwohl Anordnungen, in denen die Ausleseschaltungsanordnung (z. B. in 4 oder 6) konfiguriert ist, um Stark- und Schwachlichtsignale auszulesen und/oder zu verstärken, sind diese Anordnungen lediglich veranschaulichend. Wenn gewünscht, können diese Multiplexschemata für Verstärkerschaltungsanordnungen allgemein auf beliebige geeignete unterschiedliche Signaltypen angewendet werden. Wenn gewünscht, können diese Multiplexschemata für Verstärkerschaltungsanordnungen (z. B. unter Verwendung von zwei Sätzen von Betriebsmodi oder Verstärkereinstellungen oder unter Verwendung einer Anzahl von Betriebseinstellungen entsprechend einer Anzahl von unterschiedlichen Signalen) auf mehr als zwei Signaltypen wie hierin beschrieben angewendet werden (z. B. können sie auf Starklicht-, Zwischenlicht-, Schwachlichtsignale, vier verschiedene Signaltypen usw. angewendet werden).
Verschiedene Ausführungsformen wurden beschrieben, die Systeme und Verfahren zum effizienten Durchführen von Auslesevorgängen veranschaulichen.
Als ein Beispiel kann ein Bildsensor ein Bildsensorpixelarray mit einem Bildpixel einschließen. Eine Ausleseschaltungsanordnung kann über einen Pixelauslesepfad mit dem Bildpixel gekoppelt sein. Die Ausleseschaltungsanordnung kann einschließen: eine Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine erste Gleichtaktspannung oder eine zweite Gleichtaktspannung zu empfangen; einen ersten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt; einen zweiten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Vorspannungstransistor koppelt, der konfiguriert ist, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen; einen ersten Schalter, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem ersten Spannungsanschluss koppelt, der die erste Gleichtaktspannung liefert; einen zweiten Schalter, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem zweiten Spannungsanschluss koppelt, der die zweite Gleichtaktspannung liefert; einen Abtastschalter, der einen Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einer Abtastschaltungsanordnung (z. B. einem Abtastkondensator) koppelt. Der erste Eingangsanschluss kann über einen Eingangskondensator mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt sein, der erste Eingangsanschluss kann über einen Schalter zur automatischen Nullstellung entlang eines ersten Pfads mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt sein, der erste Eingangsanschluss kann über einen Rückkopplungskondensator entlang eines zweiten Pfads mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt sein und der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung kann über einen zusätzlichen Schalter mit einem zusätzlichen Kondensator gekoppelt sein. Der erste Schalter und der zusätzliche Schalter können konfiguriert sein, um ein gleiches Steuersignal zu empfangen.
Wenn gewünscht, kann der Referenzspannungsanschluss konfiguriert sein, um eine Massespannung zu liefern. Wenn gewünscht, kann der Referenzspannungsanschluss konfiguriert sein, um eine Spannung zu liefern, die größer ist als die Massespannung.
Als ein anderes Beispiel kann ein Bildsensor einschließen: Bildpixel, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind; eine Spaltenausleseschaltungsanordnung mit einer Verstärkerschaltungsanordnung und eine Steuerschaltungsanordnung. Eine gegebene Spalte von Bildpixeln kann über eine Spaltenleitung mit der Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt sein, und die Spaltenausleseschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um ein Schwachlichtbildsignal aus einem gegebenen Bildpixel in der gegebenen Spalte während eines ersten Betriebsmodus und ein Starklichtbildsignal aus dem gegebenen Bildpixel während eines zweiten Betriebsmodus auszulesen. Die Steuerschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um die Ausleseschaltungsanordnung so zu steuern, dass der Verstärkerschaltungsanordnung während des ersten Betriebsmodus eine erste Gleichtaktspannung bereitgestellt wird und der Verstärkerschaltungsanordnung während des zweiten Betriebsmodus eine zweite Gleichtaktspannung bereitgestellt wird, die größer ist als die erste Gleichtaktspannung. Die Spaltenausleseschaltungsanordnung kann einen ersten Transistor einschließen, der die Spaltenleitung mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt, und die Steuerschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um den ersten Transistor während des zweiten Betriebsmodus zu aktivieren und den ersten Transistor während des ersten Betriebsmodus zu deaktivieren. Die Spaltenausleseschaltungsanordnung kann einen zweiten Transistor einschließen, der die Spaltenleitung mit einem Vorspannungstransistor koppelt, und die Steuerschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um den zweiten Transistor während des ersten Betriebsmodus zu aktivieren und den zweiten Transistor während des zweiten Betriebsmodus zu deaktivieren.
Wenn gewünscht, kann die Verstärkerschaltungsanordnung einen nicht invertierenden Eingangsanschluss einschließen, der über einen ersten Schalter mit einem ersten Spannungsanschluss gekoppelt ist, der die erste Gleichtaktspannung liefert, und über einen zweiten Schalter mit einem zweiten Spannungsanschluss gekoppelt ist, der die zweite Gleichtaktspannung liefert. Die Steuerschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um die Ausleseschaltungsanordnung so zu steuern, dass der Verstärkerschaltungsanordnung die erste Gleichtaktspannung bereitgestellt wird, indem ein erstes Steuersignal aktiviert wird, das von dem ersten Schalter empfangen wird, und ist konfiguriert, um die Ausleseschaltungsanordnung so zu steuern, dass der Verstärkerschaltungsanordnung die zweite Gleichtaktspannung bereitgestellt wird, indem ein zweites Steuersignal aktiviert wird, das von dem zweiten Schalter empfangen wird. Die Spaltenausleseschaltungsanordnung kann einen dritten Schalter einschließen, der einen Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einem Bandbreitenkondensator koppelt, und die Steuerschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um den dritten Schalter während des ersten Betriebsmodus zu schließen und den dritten Schalter während des zweiten Betriebsmodus zu öffnen. Der dritte Schalter kann konfiguriert sein, um das erste Steuersignal zu empfangen.
Als noch ein anderes Beispiel kann ein Bildsensor einschließen: ein Bildsensorpixelarray mit einem Bildpixel; und eine Ausleseschaltungsanordnung, die über einen Pixelauslesepfad mit dem Bildpixel gekoppelt ist. Die Ausleseschaltungsanordnung kann einschließen: eine erste Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der über einen ersten Schalter mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine erste Gleichtaktspannung zu empfangen; eine zweite Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der über einen zweiten Schalter mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine zweite Gleichtaktspannung zu empfangen; einen ersten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt; einen zweiten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Vorspannungstransistor koppelt, der konfiguriert ist, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen; eine Abtastschaltungsanordnung, die über einen dritten Schalter mit einem Ausgangsanschluss der ersten Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt ist und über einen vierten Schalter mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt ist; und einen fünften Schalter, der den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einem Bandbreitenkondensator koppelt.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bildsensor ein Bildsensorpixelarray mit einem Bildpixel und eine Ausleseschaltungsanordnung, die über einen Pixelauslesepfad mit dem Bildpixel gekoppelt ist, einschließen. Die Ausleseschaltungsanordnung kann eine Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine erste Gleichtaktspannung oder eine zweite Gleichtaktspannung zu empfangen, einen ersten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt, und einen zweiten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Vorspannungstransistor koppelt, der konfiguriert ist, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen, einschließen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ausleseschaltungsanordnung einen ersten Schalter, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem ersten Spannungsanschluss koppelt, der die erste Gleichtaktspannung liefert, und einen zweiten Schalter, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem zweiten Spannungsanschluss koppelt, der die zweite Gleichtaktspannung liefert, einschließen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ausleseschaltungsanordnung einen Abtastschalter einschließen, der einen Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einer Abtastschaltungsanordnung koppelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der erste Eingangsanschluss über einen Eingangskondensator mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt sein und kann der erste Eingangsanschluss über einen Schalter zur automatischen Nullstellung entlang eines ersten Pfads mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der erste Eingangsanschluss über einen Rückkopplungskondensator entlang eines zweiten Pfads mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung über einen zusätzlichen Schalter mit einem zusätzlichen Kondensator gekoppelt sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können der erste Schalter und der zusätzliche Schalter konfiguriert sein, um ein gleiches Steuersignal zu empfangen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Referenzspannungsanschluss konfiguriert sein, um eine Massespannung zu liefern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Referenzspannungsanschluss konfiguriert sein, um eine Spannung zu liefern, die größer ist als die Massespannung.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bildsensor in Spalten und Zeilen angeordnete Bildpixel und eine Spaltenausleseschaltungsanordnung mit einer Verstärkerschaltungsanordnung einschließen. Eine gegebene Spalte von Bildpixeln kann über eine Spaltenleitung mit der Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt sein, und die Spaltenausleseschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um ein Schwachlichtbildsignal aus einem gegebenen Bildpixel in der gegebenen Spalte während eines ersten Betriebsmodus und ein Starklichtbildsignal aus dem gegebenen Bildpixel während eines zweiten Betriebsmodus auszulesen. Der Bildsensor kann eine Steuerschaltungsanordnung einschließen, die konfiguriert ist, um die Ausleseschaltungsanordnung so zu steuern, dass der Verstärkerschaltungsanordnung während des ersten Betriebsmodus eine erste Gleichtaktspannung bereitgestellt wird und der Verstärkerschaltungsanordnung während des zweiten Betriebsmodus eine zweite Gleichtaktspannung bereitgestellt wird, die größer ist als die erste Gleichtaktspannung.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Spaltenausleseschaltungsanordnung einen ersten Transistor einschließen, der die Spaltenleitung mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt, und kann die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert sein, um den ersten Transistor während des zweiten Betriebsmodus zu aktivieren und den ersten Transistor während des ersten Betriebsmodus zu deaktivieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Spaltenausleseschaltungsanordnung einen zweiten Transistor einschließen, der die Spaltenleitung mit einem Vorspannungstransistor koppelt, und kann die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert sein, um den zweiten Transistor während des ersten Betriebsmodus zu aktivieren und den zweiten Transistor während des zweiten Betriebsmodus zu deaktivieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Verstärkerschaltungsanordnung einen nicht invertierenden Eingangsanschluss einschließen, der über einen ersten Schalter mit einem ersten Spannungsanschluss gekoppelt ist, der die erste Gleichtaktspannung liefert, und über einen zweiten Schalter mit einem zweiten Spannungsanschluss gekoppelt ist, der die zweite Gleichtaktspannung liefert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert sein, um die Ausleseschaltungsanordnung so zu steuern, dass der Verstärkerschaltungsanordnung die erste Gleichtaktspannung bereitgestellt wird, indem ein erstes Steuersignal aktiviert wird, das von dem ersten Schalter empfangen wird, und kann konfiguriert sein, um die Ausleseschaltungsanordnung so zu steuern, dass der Verstärkerschaltungsanordnung die zweite Gleichtaktspannung bereitgestellt wird, indem ein zweites Steuersignal aktiviert wird, das von dem zweiten Schalter empfangen wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Spaltenausleseschaltungsanordnung einen dritten Schalter einschließen, der einen Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einem Bandbreitenkondensator koppelt, und kann die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert sein, um den dritten Schalter während des ersten Betriebsmodus zu schließen und den dritten Schalter während des zweiten Betriebsmodus zu öffnen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der dritte Schalter konfiguriert sein, um das erste Steuersignal zu empfangen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bildsensor ein Bildsensorpixelarray mit einem Bildpixel und eine Ausleseschaltungsanordnung, die über einen Pixelauslesepfad mit dem Bildpixel gekoppelt ist, einschließen. Die Ausleseschaltungsanordnung kann einschließen: eine erste Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der über einen ersten Schalter mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine erste Gleichtaktspannung zu empfangen; und eine zweite Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der über einen zweiten Schalter mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine zweite Gleichtaktspannung zu empfangen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ausleseschaltungsanordnung einen ersten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt, und einen zweiten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Vorspannungstransistor koppelt, der konfiguriert ist, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen, einschließen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ausleseschaltungsanordnung eine Abtastschaltungsanordnung einschließen, die über einen dritten Schalter mit einem Ausgangsanschluss der ersten Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt ist und über einen vierten Schalter mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ausleseschaltungsanordnung einen fünften Schalter einschließen, der den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einem Bandbreitenkondensator koppelt.
Das Vorhergehende dient lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien dieser Erfindung, und vielfältige Modifikationen können durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und vom Geist der Erfindung abzuweichen. Die vorhergehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.

Claims

Bildsensor, umfassend: ein Bildsensorpixelarray mit einem Bildpixel und eine Ausleseschaltungsanordnung, die über einen Pixelauslesepfad mit dem Bildpixel gekoppelt ist, wobei die Ausleseschaltungsanordnung umfasst: eine Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine erste Gleichtaktspannung oder eine zweite Gleichtaktspannung zu empfangen; einen ersten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt; und einen zweiten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Vorspannungstransistor koppelt, der konfiguriert ist, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen.
Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die Ausleseschaltungsanordnung einen ersten Schalter, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem ersten Spannungsanschluss koppelt, der die erste Gleichtaktspannung liefert, und einen zweiten Schalter, der den zweiten Eingangsanschluss mit einem zweiten Spannungsanschluss koppelt, der die zweite Gleichtaktspannung liefert, umfasst.
Bildsensor nach Anspruch 2, wobei die Ausleseschaltungsanordnung einen Abtastschalter einschließt, der einen Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einer Abtastschaltungsanordnung koppelt.
Bildsensor nach Anspruch 3, wobei der erste Eingangsanschluss über einen Eingangskondensator mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, wobei der erste Eingangsanschluss über einen Schalter zur automatischen Nullstellung entlang eines ersten Pfads mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei der erste Eingangsanschluss über einen Rückkopplungskondensator entlang eines zweiten Pfads mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung über einen zusätzlichen Schalter mit einem zusätzlichen Kondensator gekoppelt ist und wobei der erste Schalter und der zusätzliche Schalter konfiguriert sind, um ein gleiches Steuersignal zu empfangen.
Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Referenzspannungsanschluss konfiguriert ist, um eine Massespannung zu liefern.
Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Referenzspannungsanschluss konfiguriert ist, um eine Spannung zu liefern, die größer ist als die Massespannung.
Bildsensor, umfassend: ein Bildsensorpixelarray mit einem Bildpixel und eine Ausleseschaltungsanordnung, die über einen Pixelauslesepfad mit dem Bildpixel gekoppelt ist, wobei die Ausleseschaltungsanordnung umfasst: eine erste Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der über einen ersten Schalter mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine erste Gleichtaktspannung zu empfangen; und eine zweite Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ersten Eingangsanschluss, der über einen zweiten Schalter mit dem Pixelauslesepfad gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluss, der konfiguriert ist, um eine zweite Gleichtaktspannung zu empfangen.
Bildsensor nach Anspruch 7, wobei die Ausleseschaltungsanordnung umfasst: einen ersten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Referenzspannungsanschluss koppelt; und einen zweiten Transistor, der den Pixelauslesepfad mit einem Vorspannungstransistor koppelt, der konfiguriert ist, um einen Vorspannungsstrom zu erzeugen.
Bildsensor nach Anspruch 8, wobei die Ausleseschaltungsanordnung eine Abtastschaltungsanordnung einschließt, die über einen dritten Schalter mit einem Ausgangsanschluss der ersten Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt ist und über einen vierten Schalter mit einem Ausgangsanschluss der zweiten Verstärkerschaltungsanordnung gekoppelt ist.
Bildsensor nach Anspruch 9, wobei die Ausleseschaltungsanordnung einen fünften Schalter einschließt, der den Ausgangsanschluss der Verstärkerschaltungsanordnung mit einem Bandbreitenkondensator koppelt.