TW201729588A - 減輕影像感測器之行固定圖案雜訊之讀出電路 - Google Patents

減輕影像感測器之行固定圖案雜訊之讀出電路 Download PDF

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Abstract

本發明係關於用於減輕影像感測器資料中之固定圖案雜訊之技術及機制。在一實施例中，讀出電路包含一自適應類比至數位轉換器(ADC)，其包括一差動放大器及跨該差動放大器耦合之一回饋路徑，其中該ADC將接收一斜坡信號、與該斜坡信號之一轉變率相關聯之一控制信號，及由一或多個像素產生之一類比信號。在另一實施例中，基於該控制信號來組態該回饋路徑及/或經耦合至該差動放大器之一或多個其它電路元件，以對該差動放大器提供多個環路增益中之一者。該ADC提供一數位輸出，以判定基於該斜坡信號與該類比信號之一比較。

Description

減輕影像感測器之行固定圖案雜訊之讀出電路
本發明大體上係關於類比至數位信號轉換，且特定言之(但非排他性地)，係關於影像感測器讀出電路。
影像感測器已經變得無處不在。其等廣泛使用於數位相機、蜂巢式電話、安全相機中，以及醫學、汽車及其它應用中。用以製造影像感測器之技術，且特定言之，用以製造互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器之技術繼續大幅進步。例如，針對更高解析度、高品質影像及更低電力消耗之要求已經促進此等CMOS影像感測器之進一步微型化及集成。然而，固定圖案雜訊(或「FPN」)係CMOS(及其它)影像感測器之一已知問題。FPN係均勻照明下歸因於一影像感測器內之裝置與互連失配之像素輸出之一空間改變。FPN可在一所得影像中將其自身呈現為發生於在相同溫度及曝光下取得之影像中之較亮或較暗像素之某種圖案。行FPN(CFPN)係一特定類型之FPN之一通用名稱，其歸因於沿一像素陣列「行」(其在此背景中係指沿著其由多個像素共用之一輸出位元線之一方向)耦合之放大器或類比至數位轉換器(ADC)電路中之改變。CFPN在一所得影像中將其自身呈現為發生於在相同溫度及曝光下取得之影像中之較亮或較暗行之某種圖案。
減少影像感測器中之FPN之習知方法包含相關雙取樣(CDS)，其中放大一類比參考信號(或黑信號電平)且接著在重設一像素單元之前對其進行取樣。在隨後影像獲取期間，重設像素單元被曝光於光且經充電以產生一類比影像信號。類比影像信號被放大，接著被取樣且與經取樣參考信號作比較(即，自影像信號減去黑信號)以得出一最終值(即，所得影像信號)。
使用通常所稱之行增益放大器電路執行此類比參考及影像信號之放大，該行增益放大器電路在習知影像感測器中接著將一放大類比輸出提供至類比至數位電路用於進一步處理。由用於一像素陣列行之一ADC中之改變引起之CFPN被行增益放大器抑制至行增益之一因數。隨著對較小形狀因數及/或低成本影像感測器裝置之要求繼續增加，對應地需要能夠減輕各種影像感測條件中之CFPN而無一行增益放大器之成本之有效解決方案。因此，期望對CFPN減輕之漸進式改良針對影像感測技術之連續產生變得越來越有價值。
100‧‧‧成像系統
105‧‧‧像素陣列
110‧‧‧讀出電路
115‧‧‧功能邏輯
120‧‧‧控制電路
150‧‧‧插圖
155‧‧‧位元線
160‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
165‧‧‧數位信號
200‧‧‧像素單元
300‧‧‧讀出電路
310‧‧‧類比輸入
320‧‧‧斜坡信號產生器
325‧‧‧斜坡信號Vramp
330‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
335‧‧‧數位信號
340‧‧‧鎖存電路
350‧‧‧記憶體
360‧‧‧計數器
370‧‧‧控制邏輯
372‧‧‧控制信號
374‧‧‧控制信號
376‧‧‧控制信號
380‧‧‧時序圖
382‧‧‧Vramp(1x)
384‧‧‧Vramp(Nx)
390‧‧‧計數器週期Cntr
400‧‧‧方法
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
500‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
505‧‧‧位元線/類比信號線
510‧‧‧差動放大器
520‧‧‧放大器
530‧‧‧控制信號
540‧‧‧控制信號
600‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
605‧‧‧類比信號線
610‧‧‧差動放大器
620‧‧‧放大器
630‧‧‧控制信號
640‧‧‧控制信號
在附圖之圖式中藉由實例而非藉由限制繪示本發明之各種實施例，且其中：圖1係繪示根據一個實施例之一影像感測器之一功能方塊圖。
圖2係繪示根據一個實施例之用於一像素陣列內之兩個四電晶體(「4T」)像素之像素電路之一電路圖。
圖3A係繪示根據一實施例之減輕固定圖案雜訊之一讀出電路之元件之一功能方塊圖。
圖3B展示根據一實施例之繪示由讀出電路執行之信號交換之時序圖。
圖4係繪示根據一實施例之操作讀出電路之一方法之要素之一流程圖。
圖5係繪示根據一實施例之讀出電路之一類比至數位轉換器之元件之一電路圖。
圖6係繪示根據一實施例之讀出電路之一類比至數位轉換器之元件之一電路圖。
本文所討論之實施例不同地提供技術及/或機制以(例如)不依賴於任何行增益放大器電路來減輕影像感測器資料中之行固定圖案雜訊。根據一個實施例之讀出電路包含一類比至數位轉換器(ADC)，其自適應以調適(例如)各對應於一各自影像感測條件之不同增益級。例如，此一ADC可包含一差動放大器及跨該差動放大器耦合之一回饋路徑，其中ADC將接收一斜坡信號、與該斜坡信號之一轉變率相關聯之一控制信號及由一或多個像素產生之一類比信號。該控制信號(及/或該斜坡信號之轉變率)可基於(例如)在類比信號之產生期間所檢測之一照明條件。在一實施例中，針對將對差動放大器提供之多個環路增益中之任何者，可使用控制信號來組態回饋路徑及/或耦合至差動放大器之一或多個其它電路元件。ADC可允許獨立於由行增益放大器電路做出之任何前述類比信號放大之影像感測器資料之處理。
圖1係繪示根據本發明之一實施例之成像系統100之一方塊圖。所繪示之成像系統100之實施例包含像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115及控制電路120。
像素陣列105係成像感測器單元或像素單元(例如，像素P1、P2、……、Pn)之一二維(「2D」)陣列。如本文所討論，可使用其中各成像元件包含一或多個像素之一成像元件陣列來實踐各種替代實施例。自此一成像元件收集之影像資料可包含來自該成像元件中之全部像素之各自輸出或(替代地)僅來自該成像元件中之一所選一或多個像素之各自輸出之一加總。
在一個實施例中，像素陣列105包含一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)成像像素。像素陣列105可經實施為一前側照明影像感測器或一背側照明影像感測器。如所繪示，各像素經配置成一列(例如，列R1至列Ry)及一行(例如，行C1至行Cx)中以獲得個人、位置或物件之影像資料，接著可使用該影像資料以再現該個人、位置或物件之一影像。
在各像素已獲得其影像資料或影像電荷之後，由讀出電路110讀出該影像資料且將其轉移至功能邏輯115。讀出電路110可包含放大電路、類比至數位(「ADC」)轉換電路或其它電路。功能邏輯115可簡單儲存該影像資料或甚至藉由應用後影像效果(例如，剪裁、旋轉、消除紅眼、調整亮度、調整對比度或其它)來操縱該影像資料。在一個實施例中，讀出電路110可沿著讀出行線(經繪示為通用位元線)一次讀出一列影像資料，或可使用多種其它技術(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全部像素)來讀出該影像資料。
控制電路120耦合至像素陣列105且包含用於控制像素陣列105之一操作特性之邏輯。例如，可由控制電路120產生重設、列選擇及/或轉移信號，如下文所討論。另外，如下文所討論，亦可由控制電路120(或與讀出電路110集成之控制邏輯)產生增益控制信號。在一實施例中，控制電路120可包含光敏電路以量測照射於像素陣列105上之光之強度及相應地調整控制信號。
如圖1之插圖150中所繪示，根據一些實施例之讀出電路(例如讀出電路110)可包含類比至數位轉換器(ADC)160，其經耦合以直接自一像素陣列之位元線155接收一類比信號。此讀出電路可省略一行增益放大器或其它此電路，以在由ADC 160進行信號轉換之前執行影像感測器資料之類比放大。在所展示之實例中，ADC 160產生表示經由 位元線155接收之影像感測器資訊的數位信號165，或另外用以產生表示此影像感測器資訊的數位資料。數位信號165之此產生可為基於可由ADC 160提供之多個可組態增益級中之一者。
圖2係繪示一影像感測器陣列內之兩個四電晶體(「4T」)像素單元Pa及Pb(統稱為像素單元200)之像素電路之一電路圖。像素電路200係用於實施圖1之像素陣列105內之各像素的一種可行像素電路架構，但應瞭解，本發明之實施例不限於4T像素架構；而是，受益於本發明之一般技術者將理解，本教示亦適用於3T設計、5T設計及各種其它像素架構。
像素單元Pa及Pb經配置於兩列及一行中，且分時共用一單一讀出行線。各像素單元200包含一光電二極體PD、一轉移電晶體T1、一重設電晶體T2、一源極跟隨器(「SF」)或放大器(「AMP」)電晶體T3及一列選擇(「RS」)電晶體T4。
在操作期間，轉移電晶體T1接收一轉移信號TX，其將光電二極體PD中累積的電荷轉移至一FD節點。重設電晶體T2經耦合於一電源軌VDD與FD節點之間，以在一重設信號RST之控制下重設該像素(例如，將FD及PD放電或充電至一預設電壓)。FD節點經耦合以控制AMP電晶體T3之閘極。AMP電晶體T3經耦合於電源軌VDD與RS電晶體T4之間。AMP電晶體T3作為一源極跟隨器操作，從而提供至FD節點之一高阻抗連接。最後，RS電晶體T4在一信號SEL之控制下將像素電路之輸出選擇性地耦合至讀出行線。
在正常操作中，藉由臨時地斷定重設信號RST及轉移信號TX來重設光電二極體PD及FD節點。藉由取消斷定轉移信號TX及容許入射光對光電二極體PD充電來開始影像累積窗(曝光週期)。隨著光生電子累積於光電二極體PD上，其電壓降低(電子為負電荷載流子)。光電二極體PD上的電壓或電荷指示在曝光週期期間入射於光電二極體PD上 之光的強度。在曝光週期結束時，重設信號RST經取消斷定以隔離FD節點，且轉移信號TX經斷定將光電二極體耦合至FD節點，且因此耦合至AMP電晶體T3之閘極。電荷轉移致使FD節點之電壓按與在曝光週期期間累積於光電二極體PD上之光生電子成比例之一量來下降。此第二電壓偏置AMP電晶體T3，其在信號SEL於RS電晶體T4上被斷定時耦合至讀出行線。可將資料自像素單元讀出至行線上作為一類比信號。在一個實施例中，由控制電路120產生TX信號、RST信號及SEL信號。
圖3A繪示根據一實施例之處理影像感測器資料之讀出電路300的元件。讀出電路300可包含(例如)讀出電路110的一些或全部特徵。
讀出電路300可包括ADC 330，以基於(例如)由像素陣列105、由圖2之像素單元或由多種其它影像感測器電路中之任何者所產生的類比輸入310來輸出數位信號335。數位信號335之產生可進一步基於一或多個控制信號，例如，其包含由經包含於讀出電路300中或經耦合至讀出電路300之控制邏輯370所提供的控制信號372、376。在一些實施例中，進一步基於自經包含於讀出電路300中或經耦合至讀出電路300之斜坡信號產生器320接收的斜坡信號Vramp 325來產生數位信號335。可將斜坡信號Vramp 325用作用於執行一比較以評估由類比信號310表示之一電平之一基礎。
如本文所使用，「斜坡信號」係指在某一時間週期期間在一第一電平(例如，電壓或電流之第一電平)與一第二此電平之間線性轉變之一信號。為繪示，圖3B展示根據一實施例之可由電路邏輯(諸如讀出電路300之電路邏輯)執行之信號交換之時序圖380。此一信號Vramp(1x)382表示(例如)當ADC經組態用於某個相對較小增益級(例如1x)時可被提供至一ADC之一斜坡信號，如Vramp 325。當ADC代替性地經組態用於一相對較大增益級(例如，Nx，其中N大於1)時可提供如 由Vramp(Nx)384所繪示之此一斜坡信號之另一範圍。在其中N等於8之一個繪示性實施例中，Vramp(1x)382轉變通過在電壓電平VH1、VL1之間的一範圍，其中Vramp(Nx)384轉變通過在電壓電平VHN、VLN之間的範圍之八分之一。例如，VH1及VHN可分別為5V及0.625V，其中VL1及VLN兩者均為0V(例如一接地電位)。然而，在不同實施例中，用於一ADC之各種操作之一斜坡信號之特定值、範圍等等可根據實施方案之特定細節而顯著改變。儘管將Vramp(1x)382及Vramp(Nx)384展示為具有逐漸高至低轉變之週期性鋸齒信號，但根據其它實施例之斜坡信號在此等方面不受限制。
數位信號330可表示由類比輸入310產生之影像感測器資訊及/或其可經提供以另外判定此影像感測器資訊。在一個實施例中，數位信號335表示基於類比輸入310及Vramp 325之一比較或可另外經提供以判定基於類比輸入310及Vramp 325之一比較。例如，數位信號335在一邏輯高狀態與一邏輯低狀態之間的一轉變可符合或另外表示Vramp 325之一電平(電荷電平、電壓電平或類似物之電平)或另外基於Vramp 325之一電平等於(或在其它實施例中，轉變至高於或替代地低於)基於類比輸入310之另一此電平。作為比較之結果，數位信號335可經提供以發信號通知將一值儲存至一記憶體，例如，其中該值對應於由類比輸入310表示之感測光之一電平。
藉由繪示且不受限制，讀出電路300可進一步包含或耦合至一計數器360，計數器360將執行一預定遞減計數(或遞增計數)序列。可將計數器序列與Vramp 325之一轉變同步。例如，如由圖3B之計數器週期Cntr 390所表示，可將一斜坡信號之一轉變與一時間t1處之一計數序列之結束同步且與另一時間t2處之計數序列之結束同步。在一個實施例中，來自控制邏輯370之控制信號374(例如，相同於控制信號372)可提供此同步。可週期性地重複Cntr 390之計數序列，例如，其中重 複計數週期符合一斜坡信號之各自轉變。
在一個實施例中，數位信號335發信號通知計數器360之一當前值將被儲存為表示類比輸入310中之資訊之影像感測器資訊。例如，讀出電路可進一步包含或耦合至鎖存電路340及記憶體350，其中數位信號335在邏輯狀態之間的一轉變將致使鎖存電路340鎖存一當前計數值以儲存至記憶體350。數位信號335之轉變時間之變化將致使鎖存電路340鎖存一不同計數值，其導致影像上之CFPN。為減輕CFPN，ADC 330應能夠輸出一快速轉變數位信號335。對於一快速變化之Vramp(1x)382或一緩慢變化之Vramp(Nx)384，輸出數位信號335將具有不同轉變時間。藉由自適應組態ADC 330以使基於輸入Vramp 325之變化率之輸出數位信號335之轉變時間最小化，在全部條件下減輕CFPN。
圖4繪示根據一實施例之用於操作讀出電路以處理影像感測器資訊之方法400之元件。可由具有成像系統100之一些或全部特徵之一影像感測器執行方法400，例如，其中由讀出電路110或讀出電路300執行方法400。為繪示各種實施例之某些特徵，本文參考圖5描述方法400之一些操作，圖5繪示根據一個實施例之ADC 500(例如ADC 300)之元件。然而，可使用根據不同實施例之具有本文不同地陳述之特徵之多種其它類比至數位轉換電路之任何者額外或替代地執行此等操作。
方法400可包含：在410處，在一ADC處接收一類比信號、一斜坡信號、對應於該斜坡信號之一變化率之一控制信號。在一個實施例中，類比信號、斜坡信號及控制信號分別包含類比輸入310、Vramp 325及控制信號376。在由圖5所繪示之實施例中，ADC 500經耦合以接收經由類比信號線505之一輸入、斜坡信號Vramp1及控制信號540。類比信號線505可將由一像素陣列(未展示)產生之一信號提供至ADC 500而不依賴於來自像素陣列之一輸出之後之任何類比放大。例如，像素陣列之一像素可將該信號輸出至一位元線，其中ADC 500直接耦合至該位元線，或另外經由獨立於(例如省略)讀出電路之任何行增益放大器之一信號路徑而耦合至該位元線。電容器Cbit1經連接於該位元線或類比信號505與差動放大器510之一輸入之間。電容器Cbit1之存在可允許差動放大器510之輸入跟隨類比信號線505處之一信號。
ADC 500係包括一差動放大器、一回饋路徑之一ADC的一個實例，該回饋路徑包含經耦合於該差動放大器之一輸入與該差動放大器之一輸出之間之一第一電容器，及經耦合於該差動放大器之該輸入與提供一參考(例如接地)電位之一節點之間之一第二電容器。更特定言之，ADC 500包括差動放大器510及包含經耦合於差動放大器510之一輸入(例如反相輸入)與差動放大器510之一輸出之間之電容器Cfb1之一回饋路徑。ADC 500進一步包括經耦合於差動放大器510之相同輸入與接地之間的電容器Caz1。在一些實施例中，回饋路徑進一步包括如由回應於控制信號540之繪示性開關SW1表示之一開關。
基於控制信號，ADC可為自適應(至少在其可經不同地組態之範圍內)以提供兩個或兩個以上可能增益級之任何者。例如，方法400可進一步包括：在420處，回應於控制信號而組態差動放大器之一環路增益，其包含組態回饋路徑(例如包含Cfb1)及第二電容器(例如Caz1)之一者。控制信號(例如信號540)可對應於斜坡信號之一電壓(或其它)範圍及/或斜坡信號之一對應電壓(或其它)轉變率。在420處組態之環路增益可對應於斜坡信號之此一範圍及/或轉變率。在420處組態環路增益可包含在對差動放大器提供一開環增益之一組態與對差動放大器提供一閉環增益之另一組態之間轉變ADC。例如，在420處組態環路增益可包含回應於控制信號而於一斷開狀態與一閉合狀態之間轉變開關SW1。替代地或另外，在420處組態環路增益可包含(例如)回應於控 制信號而變化第一電容器之一電容及/或第二電容器之一電容。
基於在420處回應於控制信號所組態之環路增益，方法400可包括在430處自該ADC輸出表示基於類比信號及斜坡信號之一比較之一數位信號。在一個實施例之一繪示性情節中，用於一影像感測器之讀出電路判定指示一強光條件中的影像感測。作為回應，Vramp1可經組態以具有一相對較快變化率(諸如，Vramp(1x)382之變化率)，例如，其歸因於一相對較大斜坡電壓範圍。此快速變化斜坡信號可需要一相對較高頻寬之ADC 500。因此，某些實施例(例如)藉由使用控制信號540將SW1轉變至一閉合狀態來以類比差動放大器510動態地組態一相對較低環路增益，從而導致一閉環增益之組態以實現負回饋。
ADC 500可進一步包含電容器Cbit1，以基於類比信號線505之一信號來接收電荷，其中ADC 500之Cramp1將基於Vramp1來接收電荷。Cbit1與Cramp1兩者均可被耦合至差動放大器510之非反相輸入。在一重設階段期間(例如，在一旁路開關AZ1斷開之情況下)，來自像素陣列之一重設信號可經取樣以使電容器Cbit1、Cramp1達到一初始狀態。接著，執行一影像處理階段，其中開關SW1可(或可不)(例如)取決於將對差動放大器510提供之一期望環路增益而閉合。接著，可將來自像素陣列之一成像信號經由類比信號線505取樣至電容器Cbit1、Cramp1中，同時亦將Vramp1取樣至Cbit1、Cramp1中。因此，將對應於重設信號與被同時取樣至電容器Cbit1、Cramp1中之影像信號之間之一差異(例如，包含一變化率差異)之一電壓提供至差動放大器510之非反相輸入。此可允許差動放大器510產生一信號，其指示與Vramp1同步之一計數器之一當前計數值係影像信號資訊之表示，且將被鎖存至一記憶體。
在一替代情節中，低光條件之一指示可導致ADC 500接收一相對緩慢變化(低變化率)之Vramp(諸如Vramp(1x)382之Vramp)。緩慢變化之 斜坡信號可允許ADC 500代替性地組態有一相對較高環路增益，此係因為頻寬現在並非一限制因素。據此，可由控制信號540動態地組態SW1之一斷開狀態以提供一開環(相對高)增益。
在一實施例中，430處之數位信號輸出係來自差動放大器之一輸出之一放大版本。例如，ADC 500可進一步包括放大器520以接收由差動放大器510基於類比信號線505之一信號及Vramp1產生之輸出Vo1。放大器520可執行Vo1之放大以產生表示(例如)基於類比信號線505之信號及Vramp1之一比較運算之數位信號Cmp1。
在一些實施例中，ADC 500進一步包括經組態以支援一偏置操作(亦被稱為一「自動調零」)之電路元件。例如，ADC 500可進一步包括一可組態旁路路徑，其與包含Cfb1之回饋路徑並聯耦合於Caz1耦合至其之差動放大器510之輸出與差動放大器510之輸入之間。此一旁路路徑可包含一開關AZ1，其回應於另一控制信號530以組態ADC 500之一自動調零模式。該自動調零模式可實現ADC 500之一偏置，其中AZ1處於一閉合狀態中。此偏置可包含源自習知差動放大器偏置技術之一或多個操作，其並非為對某些實施例之限制。
在一個繪示性實施例中，Cbit1在自150毫微微法拉(fF)至200fF之一範圍內，Cramp1在自150fF至200fF之一範圍內，Caz1在自180fF至220fF之一範圍內且Cfb1在自8fF至12fF之一範圍內。替代地或另外，在一相對較低(例如1x)增益運算期間，Vramp1可以每微秒0.08伏特(V/μs)與1.6V/μs之間的一速率轉變。然而，在一相對較高(例如8x)增益運算期間，Vramp1可以每微秒0.01伏特(V/μs)與0.2V/μs之間的一速率轉變。在此一繪示性實施例中，Vo1可支援邏輯狀態轉變，例如以自100兆赫(Mhz)至150Mhz之一範圍中之一頻率在一邏輯高狀態(「1」)與一邏輯低狀態(「0」)之間不同地轉變。然而，指示ADC 500之操作特性之此等參數僅為繪示性的，且在不同實施例中可根據 實施方法之特定細節顯著改變。
在一些實施例中，在420處組態環路增益包含：回應於控制信號改變第一電容器之一電容及/或第二電容器之一電容。例如，圖6繪示根據另一實施例之處理一影像感測器信號之ADC 600之元件。ADC 600在一些方面可具有類似於ADC 500之架構之一架構，例如，其中ADC 600包含在功能上對應於差動放大器510之差動放大器610，且進一步包含在功能上分別對應於電容器Cbit1、Cramp1、Caz1、Cfb1之電容器Cbit2、Cramp2、Caz2、Cfb2。在一些實施例中，ADC 600進一步包括一旁路路徑，其包含回應於一控制信號630以實現ADC 600之偏置之一開關AZ2。
ADC 600可經耦合以接收經由類比信號線605之一信號、斜坡信號Vramp2及一控制信號(未展示)以組態對差動放大器610提供之一環路增益。在所展示之繪示性實施例中，Caz2包含一可變電容器，其中控制信號動態地組態待由Caz2提供之一電容電平以部分基於包含Cfb2之一回饋路徑而實施一特定閉環增益。在一些實施例中，Cfb2亦(或代替性地)為一可變電容器，其中相同或另一控制信號將另外或替代地組態Cfb2之一電容電平以用於特定閉環增益。替代地或另外，可至少部分由一開關SW2使用一控制信號640之操作而動態地組態環路增益以在一開環增益與一閉環增益之間轉變。基於經組態之環路增益、經由類比信號線605接收之信號及Vramp2，差動放大器610可提供一輸出Vo2。在一些實施例中，ADC 600進一步包括放大器620以基於Vo2輸出表示基於類比信號線605之信號及Vramp2所執行之一比較之一數位信號Cmp2。Cmp2可經提供以發信號通知將包含ADC 600之讀出電路之一計數器(未展示)之一鎖存。該計數器可經組態以執行一計數序列，其與Vramp2之一線性轉變部分之開始及/或結束同步。
本文描述用於處理影像感測器資料之技術及架構。在上文描述 中，出於解釋目的，陳述眾多特定細節以便提供對某些實施例之透徹理解。然而，熟習技術者將明白，可無需使用此等特定細節來實踐某些實施例。在其它實例中，以方塊圖形式展示結構及裝置以便避免使描述模糊。
說明書中對「一個實施例」或「一實施例」之參考意謂與實施例相結合而描述之特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一個實施例中。在說明書中之多個地方中出現片語「在一個實施例中」並不一定全部指代相同實施例。
本文依據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呈現實施方式之一些部分。此等演算法描述及表示係計算領域之技術人員用於將其工作之實質最有效地傳達給所屬領域之其它技術人員所使用之方法。演算法在本文中(且通常)被設想為引至一所要結果之步驟之一自洽序列。該等步驟為需要物理量之物理操縱之步驟。通常(儘管非必要)此等量採用能夠被儲存、轉移、組合、比較及依其它方式操縱之電信號或磁信號之形式。主要出於共同使用之原因，有時已證明方便的是，將此等信號指代為位元、值、元件、符號、字元、術語、數值或類似物。
然而，應牢記，所有此等術語及類似術語將與適當物理量相關聯且僅為應用至此等量之方便標記。除非另外具體陳述，否則如自本文之討論明白，應瞭解，貫穿描述，利用諸如「處理」或「計算」或「判定」或「顯示」或類似物之術語之討論指代一電腦系統或類似電子計算裝置之動作及過程，該電腦系統或類似電子計算裝置操縱及轉換表示為電腦系統之暫存器及記憶體內之物理(電子)量之資料變成類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其它此資訊儲存、傳輸或顯示裝置內之物理量之其它資料。
某些實施例亦係關於用於執行本文之操作之設備。出於所需目 的，可專門構造此設備，或其可包括由儲存於電腦中之一電腦程式選擇性地啟動或重新組態之一通用電腦。此一電腦程式可被儲存於一電腦可讀儲存媒體中，諸如(但不限於)任何類型之碟片，其包含軟碟、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及耦合至一電腦系統匯流排之任何類型之媒體。
本文呈現之演算法及顯示器並不固有地與任何特定電腦或其它設備相關。可結合根據本文之教示之程式使用各種通用系統，或可能證明方便的是，構造更專用設備以執行所需方法步驟。將自本文之描述明白多種此等系統之所需結構。另外，未參考任何特定程式設計語言描述某些實施例。應瞭解，可使用多種程式設計語言實施如本文所描述之此等實施例之教示。
除本文所描述之外，可對所揭示之實施例及其實施方案做出各種修改而不背離其範圍。因此，應以繪示意義而非限制意義解釋本文中之圖解說明及實例。應通過參考隨附申請專利範圍唯一地衡量本發明之範圍。
300‧‧‧讀出電路
310‧‧‧類比輸入
320‧‧‧斜坡信號產生器
325‧‧‧斜坡信號Vramp
330‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
335‧‧‧數位信號
340‧‧‧鎖存電路
350‧‧‧記憶體
360‧‧‧計數器
370‧‧‧控制邏輯
372‧‧‧控制信號
374‧‧‧控制信號
376‧‧‧控制信號

Claims (20)

  1. 一種電路，其包括：一信號產生器，用於輸出一斜坡信號；控制邏輯，用於輸出對應於該斜坡信號之一變化率之一控制信號；及一類比至數位轉換器(ADC)，其經耦合以接收該斜坡信號、該控制信號，及一類比信號，該ADC包含：一差動放大器；一回饋路徑，其包含：一第一電容器，其經耦合於該差動放大器之一輸入與該差動放大器之一輸出之間；及一第二電容器，其經耦合於該差動放大器之該輸入與用於提供一參考電位之一節點之間；該ADC回應於該控制信號而組態該差動放大器之一環路增益，其包含：該ADC組態該回饋路徑及該第二電容器之一者；該ADC基於該經組態環路增益而進一步輸出表示基於該類比信號與該斜坡信號之一比較之一數位信號。
  2. 如請求項1之電路，其中該ADC自一像素陣列接收該類比信號，其中該ADC獨立於任何行增益放大器電路而耦合至該像素陣列。
  3. 如請求項1之電路，其中該ADC組態該環路增益包含：該ADC在提供一開環增益之一組態與提供一閉環增益之另一組態之間轉變。
  4. 如請求項3之電路，其中該回饋路徑係一可切換回饋路徑，其包括經組態以回應於該控制信號而於一斷開狀態與一閉合狀態之間轉變之一開關。
  5. 如請求項1之電路，其中該ADC回應於該控制信號來組態該環路增益包含：該ADC回應於該控制信號而改變該第一電容器之一電容。
  6. 如請求項1之電路，其中該ADC回應於該控制信號來組態該環路增益包含：該ADC回應於該控制信號而改變該第二電容器之一電容。
  7. 如請求項1之電路，該控制邏輯進一步使一計數器與該斜坡信號同步。
  8. 如請求項7之電路，該數位信號鎖存來自該計數器之一輸出。
  9. 如請求項1之電路，該ADC進一步包括一旁路路徑，其與該回饋路徑並聯耦合於該差動放大器之該輸入與該差動放大器之該輸出之間，該旁路路徑包含一開關，該ADC進一步接收另一控制信號，且回應於該另一控制信號而組態一自動調零模式，該自動調零模式實現該ADC之一偏置，其中該ADC組態該自動調零模式包含：該ADC將該旁路路徑之一開關轉變至一閉合狀態。
  10. 一種方法，其包括：在一類比至數位轉換器(ADC)處，接收一類比信號、一斜坡信號、對應於該斜坡信號之一變化率之一控制信號，其中該ADC包含：一差動放大器；一回饋路徑，其包含：一第一電容器，其經耦合於該差動放大器之一輸入與該差動放大器之一輸出之間；及一第二電容器，其經耦合於該差動放大器之該輸入與用於提供一參考電位之一節點之間；回應於該控制信號來組態該差動放大器之一環路增益，其包含：組態該回饋路徑及該第二電容器中之一者；及 基於該經組態環路增益，自該ADC輸出表示基於該類比信號與該斜坡信號之一比較之一數位信號。
  11. 如請求項10之方法，其中組態該環路增益包含：在提供一開環增益之一組態與提供一閉環增益之另一組態之間轉變該ADC。
  12. 如請求項10之方法，其中該ADC自一像素陣列接收該類比信號，該ADC係獨立於任何行增益放大器電路而耦合至該像素陣列。
  13. 如請求項10之方法，進一步包括使一計數器與該斜坡信號同步。
  14. 如請求項13之方法，進一步包括：回應於該數位信號而鎖存來自該計數器之一輸出。
  15. 如請求項10之方法，其中該ADC進一步包括一旁路路徑，其係與該回饋路徑並聯耦合於該差動放大器之該輸入與該差動放大器之該輸出之間，該旁路路徑包含一開關，該方法進一步包括：接收另一控制信號；及回應於該另一控制信號來組態一自動調零模式，其包含：將該旁路路徑之該開關轉變至一閉合狀態，其中該自動調零模式實現該ADC之一偏置。
  16. 一種影像感測器系統，其包括：一像素陣列，其包含一第一像素以產生一類比信號；及讀出電路，其經耦合至該像素陣列，該讀出電路包含：一信號產生器，用於輸出一斜坡信號；控制邏輯，用於輸出對應於該斜坡信號之一變化率之一控制信號；及一類比至數位轉換器(ADC)，其經耦合以接收該斜坡信號、 該控制信號，及該類比信號，該ADC包含：一差動放大器；一回饋路徑，其包含：一第一電容器，其經耦合於該差動放大器之一輸入與該差動放大器之一輸出之間；及一第二電容器，其經耦合於該差動放大器之該輸入與用於提供一參考電位之一節點之間；該ADC回應於該控制信號而組態該差動放大器之一環路增益，其包含：該ADC組態該回饋路徑及該第二電容器之一者，該ADC基於該經組態環路增益而進一步輸出表示基於該類比信號及該斜坡信號之一比較之一數位信號。
  17. 如請求項16之影像感測器系統，其中該ADC自一像素陣列接收該類比信號，其中該ADC獨立於任何行增益放大器電路而耦合至該像素陣列。
  18. 如請求項16之影像感測器系統，其中該ADC組態該環路增益包含：該ADC在提供一開環增益之一組態與提供一閉環增益之另一組態之間轉變。
  19. 如請求項16之影像感測器系統，該讀出電路進一步包括一計數器，該控制邏輯進一步使該計數器與該斜坡信號同步。
  20. 如請求項16之影像感測器系統，該ADC進一步包括一旁路路徑，其係與該回饋路徑並聯耦合於該差動放大器之該輸入與該差動放大器之該輸出之間，該旁路路徑包含一開關，該ADC進一步接收另一控制信號，且回應於該另一控制信號而組態一自動調零模式，該自動調零模式實現該ADC之一偏置，其中該ADC組態該自動調零模式包含：該ADC將該旁路路徑之一開關轉變至一閉合狀態。
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