TW201412108A

TW201412108A - 用於減少輸出變化之比較器電路

Info

Publication number: TW201412108A
Application number: TW102117249A
Authority: TW
Inventors: guang-bin Zhang; Dennis Lee
Original assignee: Omnivision Tech Inc
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-03-16
Also published as: US20140061433A1; CN103684367B; HK1193512A1; TWI482473B; CN103684367A; US8748798B2

Abstract

本發明係關於一種比較器電路，其用於產生表示一輸入信號與一參考信號之一比較之一信號。在一實施例中，該比較器電路包括用以提供各自信號放大之一第一級及一第二級，其中該第二級之開關電路切換地耦合該第一級及該第二級之各自元件。該比較器電路進一步包括用以基於該第二級之一中間信號產生一輸出信號之一第三級。在另一實施例中，該比較器電路之回饋電路將基於該輸出信號選擇性地控制輸出級之一電壓。

Description

用於減少輸出變化之比較器電路

本發明大體上係關於信號比較電路，且特定而言但非排他地，係關於影像感測器讀出電路。

比較器電路通常見於半導體裝置中，諸如CMOS影像感測器。比較器電路之一風行形式為一非同步比較器電路，其接收一輸入信號且提供表示該輸入信號與某參考信號之一比較之一輸出信號。在一非同步比較器電路中，輸入信號直接觸發輸出信號之產生。因此，非同步比較器電路之輸出信號通常傾向於信號雜訊。舉例而言，此等輸出信號趨向於展現臨限值跳躍，該臨限值跳躍被其他數位邏輯解譯為二進位邏輯狀態之間之一快速切換。

另一類型之比較器電路為一同步比較器電路，其使用一時脈或其他選通信號操作以基於輸入信號啟用一比較決定。在一同步比較器電路中觸發一輸出信號進一步取決於此一選通信號。然而，當一選通信號觸發輸出信號之產生時，同步比較器電路之輸出信號通常傾向於過飽和。因此，此等輸出信號趨向於展現自正確地表示與相對、錯誤的邏輯狀態之一比較之一邏輯狀態之一突然且延長之切換。

隨著積體電路製造技術不斷改善，更小及/或更快之半導體裝置之連續產生對此等比較器電路中之效能限制日益敏感。

100‧‧‧比較器電路

102‧‧‧輸入信號IN

104‧‧‧參考信號Ref

110‧‧‧第一級

112‧‧‧取樣器電路

114‧‧‧第一增益電路G1

116‧‧‧節點N1

118‧‧‧電容器CP1

120‧‧‧第二級

122‧‧‧開關電路SW

124‧‧‧電容器CP2

126‧‧‧節點N2

128‧‧‧第二增益電路G2

130‧‧‧開關控制信號SC

132‧‧‧節點N3

140‧‧‧第三級

142‧‧‧組合邏輯

144‧‧‧節點N4

146‧‧‧輸出啟用控制信號OE

150‧‧‧輸出信號comp

160‧‧‧回饋電路

200‧‧‧比較器電路

202‧‧‧輸入信號IN

204‧‧‧參考信號Ref

206‧‧‧第一級

212‧‧‧取樣器電路

214‧‧‧增益電路

220‧‧‧開放輸入啟用信號OPEIB

222‧‧‧互補參考電壓輸入啟用信號VREINB

224‧‧‧參考電壓輸入啟用信號VREIN

230‧‧‧類比偏壓控制信號PSCMP

232‧‧‧互補比較器歸零控制信號CZ1B

234‧‧‧比較器歸零控制信號CZ1

236‧‧‧節點N1

238‧‧‧電源供應器

300‧‧‧比較器電路

310‧‧‧第二級

320‧‧‧開關電路

322‧‧‧鎖存控制信號LT

324‧‧‧節點N2

330‧‧‧增益電路

332‧‧‧類比偏壓控制信號PSCMP

334‧‧‧互補比較器歸零控制信號CZ2B

336‧‧‧比較器歸零控制信號CZ2

338‧‧‧節點N3

340‧‧‧電源供應器

350‧‧‧第三級

352‧‧‧開關啟用控制信號SWEN

354‧‧‧等化控制信號EQB

356‧‧‧節點N4

360‧‧‧輸出信號comp

370‧‧‧回饋電路

500‧‧‧影像感測器系統

505‧‧‧像素陣列

507‧‧‧位元線

510‧‧‧讀出電路

515‧‧‧功能邏輯

520‧‧‧控制電路

600‧‧‧讀出電路

602‧‧‧信號IN

604‧‧‧臨限值參考電壓Vref

610‧‧‧比較器電路CMP

612‧‧‧信號comp

620‧‧‧運算放大器AMP

625‧‧‧讀出線

630‧‧‧開關SW2

632‧‧‧回饋電容器Cfb2

640‧‧‧等化器開關SW1

642‧‧‧開關控制信號SP1

650‧‧‧回饋電容器Cfb1

660‧‧‧開關SW3

665‧‧‧開關控制信號SP2

670‧‧‧輸出電容器

C1‧‧‧電容器

C2‧‧‧電容器

GT1‧‧‧NAND閘

GT2‧‧‧NAND閘

T1‧‧‧低態有效電晶體

T10‧‧‧電晶體

T11‧‧‧虛設電晶體

T12‧‧‧電晶體

T13‧‧‧電晶體

T14‧‧‧電晶體

T15‧‧‧電晶體

T16‧‧‧電晶體

T17‧‧‧電晶體

T2‧‧‧電晶體

T3‧‧‧虛設電晶體

T4‧‧‧虛設電晶體

T5‧‧‧電晶體

T6‧‧‧電晶體

T7‧‧‧電晶體

T8‧‧‧電晶體

T9‧‧‧電晶體

在附圖之圖式中以實例之方式且非以限制之方式繪示本發明之各種實施例，且其中：圖1為繪示根據一實施例之一比較器電路之元件之一混合方塊/電路圖。

圖2為繪示根據一實施例之一比較器電路之元件之一電路圖。

圖3為繪示根據一實施例之一比較器電路之元件之一電路圖。

圖4為繪示根據一實施例之用於操作一比較器電路之控制傳訊之要素之一時序圖。

圖5為繪示根據一實施例之一影像感測器系統之元件之一方塊圖。

圖6為繪示根據一實施例之一讀出電路之元件之一電路圖。

圖7為繪示根據一實施例之用於操作一比較器電路之演算法之要素之一流程圖。

本文中論述之實施例變化地提供與先前比較器電路架構相比具有改善之輸出信號特性之一比較器電路。舉例而言，根據一實施例之一比較器電路可包括一個或多個結構以限制待與一參考信號進行比較之一輸入信號之取樣之前及/或取樣期間之電流注入。此外或替代地，此比較器電路可包括回饋電路以基於輸入信號之取樣鎖定輸出信號之一位準(諸如，以避免輸出振盪)。

圖1繪示根據一實施例之一比較器電路100之元件。在一實施例中，比較器電路100包括第一級110以接收輸入信號IN 102及參考信號Ref 104，其中比較器電路100將產生表示IN 102與Ref 104之一比較之輸出信號comp 150。舉例而言，IN 102可表示由一影像感測器之一像素陣列產生之影像資訊，但某些實施例在此方面不受限制。Ref 104 可為一先驗輸入，且Ref 104之一值及/或源可不限於某些實施例。在本文中關於比較表示影像資訊之一信號來論述各種實施例之某些特徵。然而，根據不同實施例，此論述可經擴展以適用於比較多種額外或替代類型之信號中之任一者。

比較器電路100可包括用於產生comp 150之一序列級(諸如，包括第一級110、第二級120及第三級140)。在一實施例中，比較器電路100進一步包括回饋電路160以用於自第三級140提供回饋以改變第二級120。

在一實施例中，第一級110包括取樣器電路112以選擇性地取樣IN 102及Ref 104。取樣器電路112可接收控制對IN 102及Ref 104之各自取樣之一個或多個控制信號(未展示)。取樣器電路112可包括用以限制歸因於對IN 102及/或Ref 104之取樣而引起之電荷注入之電路，但某些實施例在此方面不受限制。

對IN 102及Ref 104之取樣可包括取樣器電路112儲存對應於IN 102及/或Ref 104之某電荷(諸如，其中該電荷指示IN 102及Ref 104彼此之間之一比較)。以圖解而非限制之方式，取樣器電路112可包括或耦合至電容器CP1 118以儲存一電荷，其中該電荷之一位準至少部分基於對IN 102及Ref 104之各自取樣。

比較器電路100可進一步包括(諸如，經由CP1 118)耦合至取樣器電路112之第一增益電路G1 114，其中G1 114將基於由取樣器電路112進行之取樣產生一中間信號。在一實施例中，G1 114包括一放大器(諸如，一反相器放大器)或其他此電路以對源自取樣IN 102之一信號提供增益。G1 114可將經放大信號輸出至第一級110及第二級120之各自元件之間之節點N1 116。

在一實施例中，G1 114接收一個或多個控制信號(未展示)，其提供以加偏壓於比較器電路110(諸如，其中此加偏壓使比較器電路100 為取樣IN 102及/或Ref 104做準備)。加偏壓操作(在本文中亦稱為「自動歸零」操作)可使G1 114之一個或多個元件進入一操作狀態中，以限制削波、飽和或其他非所要信號/電路效能特性。G1 114可進一步包括用以限制自動歸零操作期間之電荷注入之電路，但某些實施例在此方面不受限制。

比較器電路100可進一步包括第二級120以自G1 114接收中間信號。在一實施例中，第二級120包括經由N1 116耦合至第一級110之開關電路SW 122。根據不同實施例，SW 122可用一NMOS電晶體實施或替代地用一PMOS電晶體實施。第二級120可接收開關控制信號SC 130以用於調節SW 122之操作。以圖解而非限制之方式，可提供SC 130以使第一級110與第二級120之間之切換式耦合及/解耦合與第一級110之自動歸零及/或取樣操作協調。

在一實施例中，自G1 114接收中間信號可導致第二級120基於該中間信號儲存某電荷。以圖解而非限制之方式，第二級120可包括耦合至SW 122之電容器CP2 124。當SW 122閉合時，CP2 124可回應於經由N1 116自G1 114接收之中間信號而累積電荷。

第二級120可進一步包括經由節點N2 126耦合至CP2 124之第二增益電路G2 128，其中G2 128基於來自G1 114之第一中間信號產生一第二中間信號。G2 128可包括一放大器(諸如，一反相器放大器)或其他此電路以產生來自G1 114之第一中間信號之一放大版本。可將此第二中間信號提供至第二級120與第三級140之各自元件之間之節點N3 132。

在一實施例中，G2 128可接收一個或多個控制信號(未展示)以協調比較器電路100之自動歸零操作。此外或替代地，G2 128可包括用以限制通過第二級120之電荷注入之電路，但某些實施例在此方面不受限制。

比較器電路100可進一步包括第三級140以經由N3 132自G2 128接收第二中間信號。第三級140可包括組合邏輯142以基於該第二中間信號在節點N4 144處提供輸出信號comp 150。組合邏輯142可包括一個或多個數位邏輯閘以使comp 150具有用於清楚地表示一二進位邏輯狀態之一個或多個數位信號特性。在一實施例中，第三級140接收輸出啟用控制信號OE 146以用於控制組合邏輯142之操作。舉例而言，OE 146可防止comp 150之輸出直至已完成用以加偏壓於比較器電路100之自動歸零操作。

比較器電路100可進一步包括耦合在N4 144與N2 126之間之回饋電路160。回饋電路160可提供回饋以對N2 126動態地提供一下拉路徑。舉例而言，經由回饋電路160之此回饋可防止歸因於一原本高得不可接受之comp 150而引起之電路飽和。在一實施例中，回饋電路160接收一個或多個控制信號以調節N4 144與N2 126之間之回饋。以圖解而非限制之方式，回饋電路160亦可接收OE 146，其中來自N4 144之用以改變N2 126之一特性之回饋在與容許自第三級140輸出comp 150進行協調時由OE 146選擇性地控制。

圖2繪示根據一實施例之一比較器電路200之元件。比較器電路200可包括第一級206以接收輸入信號IN 202及參考信號Ref 204，其中比較器電路200將產生表示IN 202與Ref 204之一比較之一輸出信號(未展示)。比較器電路200可包括比較器電路100之一些或全部特徵(舉例而言，其中第一級206之操作提供第一級110之一些或全部功能性)。

在一實施例中，第一級206包括：取樣器電路212，其用以選擇性地取樣IN 202及Ref 204；以及增益電路214，其用以產生指示IN 202及Ref 204之各自位準之比較之一經放大信號。以圖解而非限制之方式，增益電路214可在節點N1 236處提供此一經放大信號用於比較器電路200之某較後級(未展示)。在一實施例中，N1 236對應於比較器電路100之N1 116。

對IN 202及Ref 204之取樣可包括使用一個或多個控制信號操作取樣器電路212。在一闡釋性實施例中，取樣器電路212包括一分支之低態有效電晶體T1，其將在開放輸入啟用信號OPEIB 220之控制下選擇性地取樣IN 202。取樣器電路212可進一步包含一分支之電晶體T2，其將在互補參考電壓輸入啟用信號VREINB 222之控制下取樣Ref 204。包括T2之分支可進一步包括虛設電晶體T3以限制可能原本由於切換至將樣本Ref 204取樣至第一級206中而引起之至第一級206中之電流注入。在此一實施例中，T3可在參考電壓輸入啟用信號VREIN 224之控制下操作，舉例而言，該VREIN 224與VREINB 222互補。在一替代實施例中，比較器電路200之NMOS電晶體之各者以一各自PMOS電晶體替代(諸如，其中比較器電路200之PMOS電晶體之各者以一各自NMOS電晶體替代，且其中用於比較器電路200之各種控制信號為圖2中展示之各種控制信號之邏輯逆)。

在一實施例中，對IN 202及Ref 204之取樣可導致取樣器電路212儲存某一量之電荷。以圖解而非限制之方式，取樣器電路212可包括或耦合至電容器C1以儲存一電荷，其中該電荷之一位準表示經取樣IN 202及Ref 204之各自位準之間之差異。取樣器電路212可(諸如，經由C1)耦合至增益電路214，其中增益電路214將基於C1中之電荷產生某中間信號。增益電路214可包括多種類型之放大器電路中之任一者以為輸出至N1 236之一信號提供增益。

以圖解而非限制之方式，增益電路214可包括電晶體T7及電晶體T8以作為反相器放大器電路一起選擇性地操作，以用於基於C1處累積之電荷而在N1 236處提供一信號。此一反相器放大器可與一電流源一致地操作，舉例而言，該電流源包含電晶體T6及電源供應器238。在一實施例中，此一電流源在一類比偏壓控制信號PSCMP 230之控制下操作。在一替代實施例中，一些或全部電流源可在增益電路214之外部(諸如，在第一級206及比較器電路200兩者中之一者之外部)。

增益電路214可包括用以使第一級206自動歸零之一個或多個電路元件。以圖解而非限制之方式，增益電路214可包括耦合在C1與N1236之間之電晶體T5。T5可(諸如，回應於比較器歸零控制信號CZ1 234)操作以旁通包括T7及T8之反相器放大器電路。自動歸零操作可啟動T5達一段時間以使增益電路214達到一基線偏壓(諸如，包括一基線DC電壓)以適用於IN 202與Ref 204之間之一差異之一系列值。增益電路214可進一步包含耦合在C1與N1 236之間之虛設電晶體T4，以限制比較器電路200之自動歸零期間通過增益電路214之電流注入。舉例而言，T4可回應於互補比較器歸零控制信號CZ1B 232而操作，其中CZ1B 232與CZ1 234互補。

圖3繪示根據一實施例之一比較器電路300之元件。舉例而言，比較器電路300可包括比較器電路100之一些或全部特徵。在一實施例中，比較器電路300包括一第一級(未展示)，該第一級包括206之一些或全部特徵。

在一實施例中，比較器電路300包括第二級310以(諸如，自諸如第一級206之一級)接收基於一經取樣輸入信號及一參考信號之一經放大信號。以圖解而非限制之方式，第二級310可包括電容器C2以基於中間信號儲存一電荷。第二級310可進一步包括開關電路320以切換地斷開(或閉合)比較器電路300之第二級310及先前級之一個或多個元件之間之一路徑。

以圖解而非限制之方式，開關電路320可包括耦合在第二級310之一輸入節點(諸如，節點N1 236)與C2之間之電晶體T9。開關電路320可進一步包括電晶體T10以在T9處於一非作用(諸如，斷開)狀態時對C2選擇性地提供一上拉路徑。T9及T10可各自在鎖存控制信號LT 322之控制下操作，以在某個時間點至少部分地使第二級310與諸如第一級206之一較早級(未展示)隔離。舉例而言，LT 322可提供比較器電路300之多個級之間之隔離，以防止臨限值跳躍、過飽和或其他信號異常在比較器電路300中傳播。舉例而言，LT 322可為一時脈信號，但某些實施例在此方面不受限制。在一替代實施例中，比較器電路300之NMOS電晶體之各者以一各自PMOS電晶體替代(諸如，其中比較器電路300之PMOS電晶體之各者以一各自NMOS電晶體替代，且其中用於比較器電路300之各種控制信號為圖3中展示之各種控制信號之邏輯逆)。

在一實施例中，第二級310之增益電路330(諸如，經由C2)耦合至開關電路320，其中增益電路330基於由第二級310接收之信號產生一中間信號。增益電路330可包括多種類型之放大器電路中之任一者以對輸出至節點N3 338之一信號提供增益。

以圖解而非限制之方式，增益電路330可包括電晶體T14及電晶體T15以作為一反相器放大器電路一起選擇性地操作，以基於在C2處累積之電荷在N3 338處提供一信號。在闡釋性實施例中，增益電路330經由節點N2 324耦合至C2。此反相器放大器電路可與(舉例而言)包含電晶體T13及電源供應器340之一電流源一致地操作。舉例而言，電源供應器340可與電源供應器238相同。在一替代實施例中，一些或全部電流源可在增益電路330外部(諸如，在第二級310及比較器電路300兩者中之一者之外部)。電流源可基於一個或多個控制信號(諸如，包括類比偏壓控制信號PSCMP 332)而操作。舉例而言，PSCMP 332可為PSCMP 230(來自圖2)。在此一實施例中(諸如，其中第一級206為比較器電路300之一第一級)，T6、電源供應器238、T13及電源供應器340可形成一電流鏡之至少一部分以驅動一各自電流通過第一級206及第二級310之每一者。

在一實施例中，增益電路330包括用於用以將第二級310自動歸零之操作之一個或多個電路元件。以圖解而非限制之方式，增益電路330可包括耦合在C2與N3 338之間之電晶體T12。T12可(諸如，回應於比較器歸零控制信號CZ2 336)而操作以對包括T14及T15之反相器放大器電路提供一旁路。自動歸零操作可啟動T12達一段時間以使增益電路330達到一基線狀態(諸如，包括一基線DC電壓)以適應比較器信號300將取樣且將與一參考信號進行比較之一輸入信號之一電壓範圍。增益電路300可進一步包含耦合在C2與N3 338之間之虛設電晶體T11以限制在第二級310之自動歸零期間通過增益電路330之電流注入。T11可回應於互補比較器歸零控制信號CZ2B 334而操作，其中CZ2 336與CZ2B 334互補。

比較器電路300可進一步包括經由N3 338耦合至第二級310之第三級350，其中第三級350將產生表示由比較器電路300變化地取樣之輸入信號與參考信號之一比較之輸出信號comp 360。以圖解而非限制之方式，第三級350可包括NAND閘GT1以接收N3 338處之中間信號。GT1可進一步接收開關啟用控制信號SWEN 352以控制GT1基於N3 338處之中間信號輸出一信號。第三級350可進一步包括NAND閘GT2以自GT1接收輸出。GT2可進一步接收等化控制信號EQB 354，其控制GT2在N4 356處輸出comp 360。

在一實施例中，比較器電路300進一步包括耦合在N4 356與節點N2 324之間之回饋電路370。回饋電路370之操作可回應於comp 360而對N2 324動態地提供一下拉路徑。舉例而言，經由回饋電路370之回饋防止歸因於原本位準高得不可接受之comp 360而引起之飽和。回饋電路370可接收一個或多個控制信號以調節N4 356與N2 324之間之回饋。以圖解而非限制之方式，回饋電路370可包括在N2 324與一參考電壓位準(諸如，一接地)之間彼此串聯耦合之電晶體T16及T17。可回應於在N4 356處comp 360之輸出來啟動T17。在一實施例中，可回應於SWEN 352選擇性地啟動T16以變化地容許下拉電流自N2 324載送至接地，其中此下拉電流係基於comp 360至T17之回饋。

圖4繪示根據一實施例之用以調節一比較器電路之操作之傳訊400之要素。為證實某些實施例之各種特徵，相對於分別包括圖2及圖3中之比較器電路200及比較器電路300之元件之一比較器電路來論述傳訊400。在一實施例中，傳訊400將操作包括第一級206及耦合至其之第二級310之一比較器電路，其中第二級310將自第一級206接收一中間信號。此一比較器電路進一步包括第三級350及回饋電路370以用於基於第二級310之另一中間信號產生comp 360。

在一實施例中，傳訊400包括在某個時間t0確證PSCMP 332以驅動一電流鏡(諸如，包括電源供應器238、340及電晶體T6、T13)，該電流鏡促進增益電路214及增益電路330之操作。舉例而言，驅動此一電流鏡可容許增益電路214及增益電路330之自動歸零。

在一實施例中，自動歸零加偏壓於包括電晶體T7、T8之增益電路214之反相器放大器，且進一步加偏壓於包括電晶體T14及T15之增益電路330之反相器放大器。舉例而言，此自動歸零可包括與確證CZ1 234及CZ2 336組合地確證VREIN 224。對Ref 204之取樣可回應於VEREIN 224被確證而發生，而同時所確證之CZ1 234及CZ2 336可容許增益電路214及增益電路330之反相器放大器到達基於經取樣Ref 204之各自偏壓點。

在針對Ref 204加偏壓於比較器電路之後，可撤銷確證VREIN 224、CZ1 234、CZ2 336以準備取樣IN 202。在傳訊400中，當撤銷確證VREIN 224時，在時間t0與時間t1之間執行自動歸零。在IN 202之自動歸零及取樣期間，可針對將第二級310之C2耦合至N1 236之一閉合開關電路320確證LT 322。

舉例而言，取樣IN 202可包括撤銷確證OPEIB 220以操作取樣器電路212之低態有效T1。OPEIB 220之此撤銷確證可容許IN 202給C1充電，此繼而可致使增益電路214之反相器放大器在N1 236處提供一中間信號。在開關電路320藉由所確證之LT 322閉合之情況下，N1 236處之中間信號可給C2充電，此繼而可致使增益電路330之反相器放大器在N3 338處提供另一中間信號。

在容許N3 338處之中間信號穩定之後，可啟動第三級350之組合邏輯以在N4 356處提供comp 360。以圖解而非限制之方式，可(諸如，在時間t2)針對NAND閘GT1確證SWEN 352以在N3 338處輸出中間信號之一反相版本。在一實施例中，可在時間t2之前之某個時間點確證EQB 354，其中SWEN 352及EQB 354兩者之組合確證開始在N4 356處輸出一數位信號comp 360。

在t2確證SWEN 352可進一步啟用回饋電路370之啟動(諸如，以促進基於來自N4 356之comp 360之回饋將N2 324下拉)。在較晚之時間t3，可撤銷確證LT 322以經由開關電路320至少部分地使第一級206與第二級310解耦合。此後，可在一時間t4確證OPEIB 220以停止經由低態有效電晶體T1取樣IN 202，且可在一時間t5重新確證LT 322以切換地閉合N1 236與C2之間之連接。

圖5係繪示根據一實施例之包括信號放大電路之一影像感測器系統500之方塊圖。所繪示之影像感測器系統500之實施例包括一像素陣列505、讀出電路510、功能邏輯515及控制電路520。

像素陣列505可包含像素單元(諸如，像素P1、P2...Pn)之列及行。在一項實施例中，每一像素為一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)像素。像素陣列505可實施為一正面照明影像感測器或一背面照明影像感測器。如所繪示，每一像素配置成一列(諸如，列R1至Ry)及一行(諸如，行C1至Cx)以獲取一人、位置或物件之影像資料，該影像資料可接著用於呈現該人、位置或物件之一影像。

在每一像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，該影像資料可由讀出電路510經由位元線507讀出且傳送至功能邏輯515。讀出電路510可包括放大電路、類比轉數位(「ADC」)轉換電路或其他。在一實施例中，讀出電路510包括信號增益組件以放大來自位元線507中之一者之一信號。舉例而言，此信號增益組件之組態可由控制電路520控制。在另一實施例中，用以控制像素陣列505之電路可不同於用以選擇性地組態讀出電路510之信號增益組件之其他控制電路。

功能邏輯515可僅儲存影像資料或甚至藉由施加後影像效果(諸如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一項實施例中，讀出電路510可沿著讀出行線(繪示為一般位元線)一次讀出一列影像資料或可使用多種其他技術(未繪示)(諸如，一串列讀出、沿著讀出列線之行讀出，或同時全並行讀出所有像素)讀出影像資料。

控制電路520可耦合至像素陣列505且可包括用於控制像素陣列505之操作特性之邏輯。舉例而言，可藉由控制電路520產生重設、列選擇及傳送信號，如下文論述。此外，如下文論述，亦可藉由控制電路520產生雙重轉換增益信號或FD升壓信號。在一項實施例中，控制電路520可包括光敏電路以量測照射在像素陣列505上之光之強度及相應地調整控制信號。

圖6繪示根據一實施例之包括比較器電路CMP 610之讀出電路600之元件。讀出電路600可提供用於(諸如，經由位元線507中之一者)自像素單元(諸如，CMOS像素單元)讀取影像資料之功能性，諸如讀出電路510之功能性。在一實施例中，CMP 610包括比較器電路100之一些或全部特徵。

讀出電路600可包括運算放大器AMP 620以經由讀出線625接收自一像素陣列讀出之一影像資料信號。在一實施例中，讀出電路600包括開關SW2 630以容許用於一CMOS影像感測器之一可選擇動態增益。根據不同實施例，SW2 630可使用一NMOS電晶體實施或替代地使用一PMOS電晶體實施。舉例而言，讀出電路600可包含跨AMP 620之一可切換回饋路徑，該可切換回饋路徑包括SW2 630及一負載(諸如回饋電容器Cfb2 632)。

CMP 610可自AMP 620之一輸出接收信號IN 602且比較IN 602與一臨限值參考電壓Vref 604。在一實施例中，CMP 610輸出表示IN 602與Vref 604之一比較之信號comp 612。輸出comp 612可操作SW2 630以判定跨AMP 620之回饋是否實施讀出電路600之一高動態增益或一低動態增益。

在一實施例中，SW2 630可操作以經由Cfb2 632選擇性地控制放大器620之輸入及輸出之間之一交換。在某個時間點，CMP 610可判定IN 602是否大於Vref 604。CMP 610可回應於IN 602大於臨限值電壓Vref 604而輸出comp 612。comp 612之確證可閉合SW2 630，從而導致跨放大器620之增益之一減少。一低增益模式可有利於達成高動態增益(諸如，如亮光影像擷取情境中所需)。或者，當IN 602小於Vref 604時，可撤銷確證comp 612。撤銷確證comp 612可斷開SW2 630，從而防止Cfb2 632減少跨放大器620之增益。一高增益放大器可有利於達成低動態增益(諸如，如在低光影像擷取情境中所需)。

在一實施例中，讀出電路600進一步包括跨放大器620之一個或多個額外回饋及/或前饋路徑(未展示)。以圖解而非限制之方式，一回饋電容器及一等化器開關為通常針對一行放大器電路或其他此讀出電路而包括之額外組件。在一項實施例中，讀出電路600進一步包括等化器開關SW1 640，等化器開關SW1 640與SW2 630及Cfb2 632並聯耦合在AMP 620之輸入與輸出之間。舉例而言，此一等化器開關SW1 640可回應於開關控制信號SP1 642而選擇性地耦合運算放大器620之輸入及輸出以用於放大器偏移消除。根據不同實施例，SW1 640可使用一NMOS電晶體實施或替代地使用PMOS電晶體實施。在一實施例中，EQB 354為SP1 642之一延遲且反相版本。

此外或替代地，讀出電路600可進一步包括回饋電容器Cfb1 650，該回饋電容器Cfb1 650與SW2 630及Cfb2 632並聯且在一實施例中進一步與SW1 640並聯地耦合在運算放大器620之輸入與輸出之間。在一實施例中，Cfb1 650實施用於AMP 620之信號放大之某基線迴路增益。讀出電路600可包括額外邏輯以基於來自AMP 620之輸入IN 602提供輸出。以圖解而非限制之方式，一開關SW3 660可進一步耦合至AMP 620之輸出，其中SW3 660藉由開關控制信號SP2 665操作以選擇性地對一輸出電容器670充電。

圖7繪示根據一實施例之用於操作一比較器電路之一方法700之要素。方法700可操作具有比較器電路100之一些或全部特徵之一比較器電路。在一實施例中，方法700包括在710處用比較器電路之一第一級取樣一輸入信號。舉例而言，710處之取樣可包括基於一參考信號執行比較器電路之一自動歸零。在一實施例中，在自動歸零已基於參考電壓加偏壓於比較器電路之後執行對輸入信號之取樣。

方法700可進一步包括在720處基於參考信號及輸入信號在一第一節點處提供一第一中間信號。該第一中間信號可在720處由第一級之第一增益電路提供。舉例而言，該第一級可包括儲存具有基於710處對輸入信號之取樣之一位準之電荷之一電容器(諸如，第一級206之C1)。在一實施例中，第一增益電路(諸如一反相器放大器)可回應於此電容器電荷提供第一中間信號。

在一實施例中，方法700進一步包括在730處將第一節點切換地耦合至一第二級之一電容器。730處之切換式耦合可用第二級之開關電路基於一鎖存控制信號來執行。方法700可進一步包括在740處基於第一中間信號在第二級之電容器處儲存電荷。

在一實施例中，方法700進一步包括在750處基於在740處儲存之電荷而在一第三節點處提供一第二中間信號。舉例而言，可在750處用第二級之第二增益電路提供第二中間信號，其中第二增益電路經由一第二節點耦合至第二級之電容器。

方法700可進一步包括在760處基於第二中間信號及一輸出啟用控制信號在一第四節點處提供輸出信號，該輸出信號表示參考信號與輸入信號之一比較。在一實施例中，用一第三級之組合邏輯(諸如，包括NAND閘GT1、GT2之組合邏輯)產生在760處提供之輸出信號。

在一實施例中，方法700包括在770處在比較器電路之回饋電路處接收輸出啟用控制信號。回應於輸出啟用控制信號，方法700可包括在780處用回饋電路控制第二節點之一電壓。780處之控制可基於輸出啟用控制信號(即，除了此控制回應於回饋電路接收輸出啟用控制信號之外)。

在本文中描述用於產生一比較信號之技術及架構。在以上描述中，出於解釋之目的，闡述許多具體細節以提供對某些實施例之透徹理解。然而，熟習此項技術者將明白，可在無此等具體細節之情況下實踐某些實施例。在其他例項中，以電路圖形式展示結構及裝置以避免使描述模糊。

在說明書中引用「一項實施例」或「一實施例」意謂結合該實施例描述之特定特徵、結構或特性包括在本發明之至少一項實施例中。在本說明書之各處出現片語「在一項實施例中」不一定皆指代相同實施例。

依照對一電腦記憶體內之資料位元之操作之演算法及符號表示來呈現本文中之詳細描述之一些部分。熟習此項技術者用以將其等之工作主旨最有效地傳達至其他熟習此項技術者之方法。演算法在此處一般被認為是導致所要結果之一自行一致步驟序列。該等步驟係需要實體量之實體操作之該等者。此等量通常(但不必)呈能夠經儲存、經傳送、經組合、經比較及以其他方式經操縱之電信號、磁信號之形式。有時若方便(主要因通用之故)，將此等信號稱為位元、值、元件、符號、字元、術語、數字或類似物。

然而，應記住，所有此等術語及類似術語與適當物理量相關聯且僅為應用於此等量之適宜標記。除非另有明確規定，否則如自本文中之論述將顯而易見地了解，貫穿該描述，利用諸如「處理」或「計算」或「估算」或「判定」或「顯示」或類似物之術語之論述指代操縱表示為一電腦系統之暫存器及記憶體內之實體(電子)量之資料且將該資料轉換成類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其他此資訊儲存裝置、傳輸或顯示裝置內之實體量之其他資料之電腦系統或類似電子計算裝置之動作及程序。

某些實施例亦係關於用於執行本文中之操作之設備。此設備可針對所要目的特定建構或其可包含一通用電腦(其由儲存在電腦中之電腦程式選擇性地啟動或重新組態)。此一電腦程式可儲存在一電腦可讀儲存媒體中，諸如(但不限於)任何類型之磁碟(包括軟碟、光碟、CD-ROM及磁光碟)、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)(諸如，動態RAM(DRAM)、EPROM、EEPROM)、磁卡或光卡或適於儲存電子指令且耦合至一電腦系統匯流排之任何類型之媒體。

本文中呈現之演算法及顯示器並非原本關於任何特定電腦或其他設備。各種通用系統可與根據本文中之教示之程式一起使用，或其可證明方便地建構更多專用設備以執行所要方法步驟。自本文中描述將清楚多種此等系統之所要結構。此外，未參考任何特定程式化語言描述某些實施例。應了解，多種程式化語言可用以實施如本文中描述之此等實施例之教示。

除了本文中描述之內容以外，可在不脫離所揭示之實施例及其實施方案之情況下對該等實施例及實施方案作出各種修改。因此，應以一闡釋性而非限制性意義理解本文中之圖解及實例。僅參考隨附申請專利範圍量測本發明之範疇。