TWI333369B - Signal generator and method for generating signals for reducing noise in signals - Google Patents

Description

21737pif.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於訊號產生器以及用於產生訊號之方法， 其可由影像感應器（image sensor )使用。更特定而言，本 發明之一或多個態樣是關於互補金氧半導體（CMOS)影 像感應器，以及具有改良之雜訊減少及/或消除性質與改良 之影像品質的操作CMOS影像感應器之方法。 【先前技術】 影像感應器可應用於各種領域，例如，機器人學、運 輸、汽車、基於衛星之儀器使用、導航等。影像感應器可 包括形成於半導體基板上之像素的二維陣列，且該像素陣 列可對應於影像圖框之像場。 影像感應器可包括能夠累積對應於一定量的所偵測能 量（例如，可見光等）的一定量電荷的光電轉換元件。舉 例而言，像素陣列之每一像素可包括該光電轉換元件，且 當光子撞擊光電轉換元件之表面時，可產生自由電荷載流 子。繼而，可藉由各別光電轉換元件收集此等自由電荷載 流子。接著，可將收集之電荷載流子轉換成對應於所收集 之自由電荷載流子的各別量的輸出訊號，例如，電壓或電 流。像素陣列之像素中的每一者可輸出各別輸出訊號，且 可將輸出訊號中之每一者供應至輸出電路以及用於產生對 應於所偵測之能量的量的影像。 已知各種類型之影像感應器，例如，電荷耦合裝置

(CCD)影像感應器以及CMOS影像感應器。相較於CCD 1333369 21737pif.doc 影像感應器，CMOS影像感應器可較 如丄CM〇Sf观應器可使用（例如)標準。此二（例 以衣U，可與其他CMOS裝置以及電 〇S過程力口 而允許小型化裝置、可應用相對低之操;=單晶片上從 耗相對較少的功率。然而，相較於CCD $ ^及可消 影像感應H -般需要使用高解析度 (ADC)’其用於將接收自主動像素感應 1(ΑΡΓ)轉換器 訊號轉換成數位訊號。 （S)之頰比 由影像感應器產生之影像的品質可 比Ϊ接相關，例如，影像 二❼像感應&產生之影像的品f(例如，解析户 就越南。在減少雜訊以及增加S/N比之嘗試巾，cm〇s= 像感應可使用（例如）執行關連式雙取樣U〇rrelat= double Sampling，CDS )之 ADC。亦執行咖之該 A% 可 減;少對應於ADC自身之態樣的雜訊特性、然而，執行cds 之該等ADC可不減少及/或消除其他類型之雜，例如， 由各別料之部分而不是各別ADC所產生的電源雜訊。 對於能夠產生較高解析度影像之影像感應器的需要在 =斷增加m不斷增加之—制為隨著^尺寸的不 斷知百減’雜訊對影像品質之負面影響亦在增加。因此，需 要具有改良之雜訊減少以及改良之影像品質之用於影像感 應器的没计及/或結構。 【發明内容】 因此，本發明之一或多個態樣是針對訊號產生器以及 6 ⑧ 1333369 2 ϊ 737pif.doc 產生訊號之方法，其可由影像感應器加以應用，且其 貫質上克服了由於相關技術之限制與缺點而產生之問題中 的一或多個。 因此，本發明之實施例的特徵為提供CM〇s影像感應 為以及具有改良之雜訊減少及/或消除性質與改良之影像 品質的操作CMOS影像感應器之方法。 因此，本發明之實施例的獨立特徵為減少及/或消除 CMOS影像感應器中之電源雜訊。 因此，本發明之實施例的獨立特徵為減少及/或消除 CMOS影像感應器中之開關雜訊。 因此，本發明之實施例的獨立特徵為減少及/或消除 CMOS衫像感應為中之開關雜訊以及電源雜訊。 因此，本發明之實施例的獨立特徵為提供配合及/或使 用已知CMOS影像感應！|之元件時可使 關以及電源雜訊的裝置以及方法。 ㈣减1 本务月之以上以及其他特徵與優點中之至少一 ==rs影像感峨其包括主動像⑽ 列）之方、纟：；主動像诚應辦列的雜訊、;肖除器陣 陣餅部之雜訊的變化參考訊號，將變化 列中以消㈣及將，交化參考崎用於雜訊消除器陣 產生：ΐΐ!素感應器陣列内部以及外部的雜訊。 感應器陣二將功率供應至主動像素 之笔源中的雜訊。鏡射電源中之雜訊可包括根 7 1333369 2l737pif.doc 感應器陣列中之像素的像素運作以及來自電源 «加至值定參考訊號。建立複製訊號可包括提 應器陣列中之像素的像素結構之像i結構 U像素（_eal black pixel)，以切 供應至光學黑色像素。 +自电，原 建立複製訊號可包括提供具有與所述主動 陣列中之所述像素對輸人功率之回應相等的騎二= :應的等效電路，以及將功率自電源供應至等：：: 生變化參考訊號可包減㈣關除器陣 產 ::產生變化參考訊號可包括將複製訊號供 讯绱除器，所述虛設雜訊消除器具有鱼 ^至虛汉雜 除器之結構等效的結構。產生變化參考;= ，兄射雜訊消除器陣列内之開關偏差雜訊。 〜可匕括 號可包括將怪定參考訊號供應至虛設 =化參考訊 設雜訊消除器具有與雜訊消除器陣 H杰’所述虛 等效的結構。 平』之‘矾消除器之結構 本發明之以上以及其他特徵與優點中 由提供與CMOS影像感應器（其包括 者可藉 =及對應於主動像素感應器陣列的雜 裝置而得以分別實現，該裝置包二::㈡ 生裔，以產生鏡射主動像素感應哭陣又l考如虎產 參考Μ，以及將變化參考號輸出至雜變化 變化參考訊號可鏡射將功率供應至主陣 21737pif.doc 列之電源中的雜訊 器陣列中之像素的像素…用於根據主動像素❹ 製訊號的複製單元。變源之功率而建立; 有等效於主動像素感應器陣二=;複製單元可包括具 結構的光學黑色像素 ：：的像素結構之像素 複製單元可包括且右子…像素自電源接收功率。 像素對輪入功象核應器陣列，之所述 路，該等效電路輪入功率之回應的等效電 訊。:==】?射雜訊消除器陣列内之開關偏差雜 ' =化4考减產生器可包括具有與雜訊消除 雜W除器之結構等效之結構的虛設雜訊消除器，所述虛 設雜^除器可接收複製訊號。變化參考訊號可鏡射雜ς 消除為陣列内之開關偏差雜訊。變化參考訊號產生器可包 括具有與雜訊消除器陣列之雜訊消除器之結構等效:結構 的虛设雜訊消除器。變化參考訊號產生器可包括多個虛設 雜訊消除器。 Κ 【實施方式】 現將參看展示本發明之示範性實施例的附圖，在下文 中更為全面地描述本發明。然而，本發明可以不同形式體 現’且不應將其解釋為限制於本文闡明之該等實施例。更 確切地’提供此等實施例，以便此揭示案詳盡而完整，且 全面地將本發明之範疇傳達至熟習此項技術者。在示範性 實施例之以上描述中，術語“低，，與“高”分別指的是邏 1333369 2I737pif.doc 準。全”相同參考數;指:何特定的轉位 圖1说明了本發明之—或多 一 CMOS影像錢_ 制之示範性

車列30、數位碼輸出單元4〇、以及參考電壓產生器

_列驅動A 10可接收時序訊號及/或來自才空制器（未圖 不）之一個以上控制訊號，且可將多個驅動訊號供應至Ap S =列20。驅動訊號可控制Aps陣列2〇之像素的讀出操作， 思即，所吸收之電荷的讀取。驅動訊號可包括例如重設訊 號RX、傳送訊號TX、及/或像素選擇訊號SEL。在本發明 之實施例中’可以逐列方式將驅動訊號供應至Aps陣列 20 ’使得可順序供應例如對應於APS陣列20之各別列的 驅動訊號。 APS陣列20可包括多個像素22，其每一者可具有圖 2中所說明之示範性結構。像素22可經配置於行列矩陣 中，且可包括例如η列以及m行，使得APS陣列可包括η x m個像素22 ’其中η與m均為整數。像素22中之每一 者可吸收自影像圖框中之物件反射的光，且可將吸收之光 21737pif.doc 能轉換成電訊號。如上所述，APS陣列20可自列驅動器 10接收多個驅動訊號。由APS陣列20之像素22中之每 —者產生的電訊號可被供應至CDS陣列30。 如圖2中所示，像素22中之每一者可包括光電轉換元 牛PD重设元件TRX、傳送元件ΤΤχ、電荷彳貞測元件N、 玫大單元τΑΜΡ、以及選擇元件TsEL。 ^光電轉換元件PD可為（例如）光電二極體、光電晶 月^光閘、鉸接光電二極體（Pinned Photo Diode，PPD )等。 光電轉換元件PD可收集因吸收自物件反射之光而產生的 電荷。 傳送元件ττχ可為（例如）用於將由光電轉換元件PI) 欠木之％荷傳送至電荷偵測元件N的開關或電晶體。傳送 ~ Τχ 了包括（例如）一或多個電晶體。在所說明之實 列中，傳送元件Ττχ可藉由傳送訊號丁又加以控制。 重叹元件TRX可為（例如）用於傳送重設訊號Rx之 或電晶體。在所說明之實例中，重設元件TRX可藉由 设訊號RX加以控制。重設元件Trx可定期重設電荷偵 $ 一件N。如5兒明之貫例所示，重設元件可具有連 至外:電源VDD』的及極。 卞電荷偵測元件1^可為（例如）浮動擴散（FD)區域。 件N可對應於傳送元件Ττχ與放大單元τ_ 域元二了經由傳送元件％分別接收藉由光電轉 收木之電荷。如圖2中所不之示範性像素結構 不，電荷偵測元件Ν可連接至重設元件丁Rx的源極、放 1333369

21737pif.doc 4: Μ. ^τ- T 且有寄生及/或料元件Τ τ X。電荷侧元件可 構電荷。加中所示之 π日純'。冓中，展不了电谷器Cp’其可對應於寄生電 合而不疋離散額外組件。 方文大^哭丁 入 °。AMP可為（例如）與恆定電流產生器（未圖示） ，、且 D 之;'、極隨耦放大器（source follower amplifier) ’ 其可

22的外部。放大器T歸可輸出一輸出訊號OUT， β纟〜可為（例如）對應於由電荷偵測元件Ν所接收之電 塵的可變電壓。如說明之實例所#，放大ΙΙΤ着的源極可 連接至選擇元件TSEL之祕，且卿科1^之没極可連 接至外部電源VDD P。

遥擇元件T s E L使得可選擇將以逐列方式讀取之各別像 素22。當各別像素選擇訊號SEl選擇各別像素22時，各 別像素22可輸出像素輸出訊號Aps—〇。如圖2中所說明 之實例中所示，選擇元件TSEL的閘極可接收各別像素選擇 sfl唬SEL，且選擇元件Tsel之源極可連接至偏壓電流源 Ibias ’偏壓電流源IBIAS可連接至地電壓源vss_P。 再麥看圖1 ’提供了示範性CMOS影像感應器5之操 作的一般概述。重設訊號RX可控制APS陣列20之像素 22的重設操作。舉例而言，可施加對應於aps陣列20之 第k列的重設訊號RXk來重設經配置於APS陣列20之第 k列中的一或多個像素22。可經由連接列驅動器1〇至APS 20之對應的電路徑（未圖示）供應各別重設訊號rx。傳 送訊號TX可控制傳送元件Ττχ。 12 21737pif.doc 像素選擇訊號SEL可控制APS陣列20中之像素22 的選擇。舉例而言，對應於APS陣列2〇之第k列的像素 選擇訊號SELk可選擇經配置於APS陣列20之第k列中的 或夕個像素。可經由連接列驅動器1 〇至APS陣列2〇之 對應列的對應電路徑（未圖示）供應各別像素選擇訊號 SEL。 在示範性CMOS影像感應器5之操作期間，如上所論 述，可基於（例如）像素選擇訊號亂* (例如）順序選 擇APS陣列20的η個列，且在（例如）娜陣列2〇之所 選擇列中的像素22之每—者可將料輸出訊號Aps 〇輸 ΐ至⑽陣列3〇。舉例而言，在具有㈣以及m行—之示 视性APS陣列20中，如上所論述，在對應於Aps陣列2〇 :所選擇列的時間週期期間，可將m個各別 Ο—1至APS—〇-m輸出至⑽陣列 ^像素巾之-者所供應之輸出訊號的特性（例如， 电壓）可改!I：。舉例而言，在重执 別APS輸出訊號之電壓可對^；^取樣週期期間，各 別重設訊號RX相關聯的重=應至彼像素22之各 影像訊號取樣週期期間，。而且，例如，在 30 APS 相问像素22供應至CDS陣列

Vsig。 ^ §f^的電壓可對應於影像訊號電壓 各別APS輪出訊號Aps 〇 者可對應於各別輸出電壓v〇utT Q-m中之每一 以及影像訊號電壓Vsig 中、:?括^電麼Vres 丫所不，可由APS陣列 217j7pif.doc 至ίΐί=像素22順序供應重設及影像訊號電愿Vres、Vsig S陣列3〇qCDS陣列30可基於所 各別重設带厫Λ/ 关收之电屋，例如， 連式雙^ 及各別影像訊號電磨V岭來執行關 CDS=::7-士發明之一或多個態樣可應用之示範性 勺示思圖。如圖3中所示，CDS 30可勹杯夕 個CDS電路32、μ、π # s ⑶W可包括多

y 34 36。仏吕展不了三個CDS 33、：，陣列3啸任何數目的CDS電路32、 個門/電路32、34、36中之每一者可包括一或多 兒:ί二個電容器、以及—或多個比較器及/或放大 二 月之貫例所示，CDS電路32、34、36中 者可包括四個開關（例如，s 36中：母- 哭C卜娜針中―w 82、幻、84)、阻塞電容 二“:：子电谷杰C2、訊號傳送電容器C3、比較哭 A卜以及放大器A2。 ϋ权口口 CDS陣列30可包括（例如）

對於示範性APS陣列20々.. P

電路’且m個CDS電路巾之C ^中之母—彳了有―個CDS 輸出訊號APS 0丨至AH—者可分難收各別的奶

Vres以及各肺像贼· -v』’其包括各別重設電壓

出訊號 CDSQUCDjVSlgHM_CDW 電路（例如^、34、3中所示’每一咖 坡訊號RAMP，例如，電)/^接收參考訊號㈣以及斜 _ 兒崚斜坡訊號。 如圖1中所示，可藉由參

訊號REF且將其供應至⑶ ^ MUM CDS陣列30。可藉由（例如）斜 1333369 21737pif.doc - 坡訊號產生器（未圖示）將斜坡訊號RAMP供廡至

陣列30。 、〜 S 如上所論述以及如圖3中所示，可經由開關S1將勹 . 括各別重設電壓Vres以及各別影像訊號電壓Vsig之各= APS輸出訊號（例如，Aps—〇—υ供應至各別cds電路 • 32，以及可經由開關S2將斜坡訊號RAMp供應至cDs恭 - 路32。阻塞電容器C1可連接於開關S1以及訊號儲存電^ 器C2與開關S2之間。可將開關S3並聯於比較器A1之輪 入端子IN與比較器A1之輸出端子之間。可將參考訊^ REF供應至比較器A1的另一輸入端子。訊號傳送電容器 C3可連接於比較器A1之輸出端子mFF與放大器八2之輪 入端子之間。可將開關S4並聯於放大器A2的輸入端子與 放大器A2之輸出端子之間，所述輸出端子可對應於cDs 輸出訊號CDS—〇—1至CDS—〇—m中的各別一者。 圖4說明了習知CMOS影像感應器之時序圖。為了簡 潔起見’圖4中所說明之時序圖中省略了重設訊號rx、 φ 傳送訊號TX、以及像素選擇訊號SEL·。 如圖4中所不’在執行重設訊號取樣的週期期間，意 即’在時間（1)與時間⑴之間，各別輸出電壓v〇ut 可相對較南。更特定而言，在執行重設訊號取樣的週期期 . 間’與各別像素22相關聯之各別重設訊號RX可為高，意 即’由各別像素22輪出之重設電壓Vres可為高。當執行 . 重設訊號取樣時’可開啟開關SI、S2、S3、S4。在圖4 中說明之實例中’在時間⑺處關閉開關S3，以及在時 ⑧ 15 2l737pif.doc 間〇)處關閉開關S1、S2以及S4。 =’如圖4中所示’在執行影像訊號取樣 如’在時間⑺與時間⑷之間，透過由馬陣列= η別像素22輪出之影像訊號電壓Vsig而 減少APS輸出訊號APs_〇—1至Aps—〇—m的 电壓Vout。在隨後之在時間⑷與時間⑴之間的影像 訊號取樣週_間’啸器A1之輸人端子處的電壓反映 了各別APS輸出訊號Aps_〇—1至綱―〇 m之各別電壓 v〇m之電壓降。如藉由圖4中說明之示範性時序圖可見， 由電源（例如’電源電壓VDD_P)引起的雜訊包括於各別 APS輸出訊號APS_〇—!至Aps—〇—m之各別v〇m中。舉 例而言，在時間（2)，當開關S3 .關閉時，反映在供應至 比較器A1之各別輸入電壓Vin中。 " 如圖4中說明之時序圖中所示，可藉由參考電壓產生 器5 0供應之參考訊號REF的參考電壓Vref不反映雜訊或 僅反映數量可忽略之雜訊。 可藉由下列關係式來說明包括於各別Aps輸出訊號 APS_0_1至APS_0_m之各別輸出電壓v〇ut中的雜訊對由 CDS陣列30輸出之所得訊號的影響。 在重設訊號取樣期間’例如，自時間（1 )至時間（3 )， 雜訊對V1NJ之影響、雜訊對VWJ、Vref以及Vdiff-res之 Vref影響可為如下所示。

Vin_i 二 Vref + + △Vpower

Vref = Vref 21737pif.doc 所以 Vdiff res = VIN i - Vref = △ VS3 + △ VP0WER — 一 如上所論述，在時間（3)，開關S3可關閉且可為重 設訊號取樣週期期間之訊號雜訊的主要原因。 在影像訊號取樣期間，例如，自時間（4)至時間（5)， 雜訊對VIN_2、Vref以及Vdiff_sig之影響可為如下所示。 Vin_2 = Vref + AVS3 + △Vpower- Vsig

Vref = Vref 所以 Vdiff_sig = VIN 2 - Vref = Δν53 + AYpower —

Vsig 在影像訊號取樣後，例如，在時間（5)之後，雜訊對 Vin_3、Vref以及Vdiff_res_sig之影響可為如下戶斤示。

Vin_2 = Vref + Z\Vs3 + ΔΥρον/Εΐι 一 Vsig Vin_3 = VIN_2 + VramP + AVsi =Vref + A Vg3 + △V'power — Vsig + Vramp + A^Vsi Vref = Vref 所以 Vdiff_res_sig = VIN_3 - Vref = △ VS3 + /XVpowER -Vsig + VRAMp+ Δν$ι 如上所論述，在時間（5)，開關SI可關閉且可為影 像訊號取樣週期期間之訊號雜訊的主要原因。如自反映雜 訊對Vdiff_res_sig訊號之效應之最後的方程式可見，除了 意欲傳送之分量外（例如，Vsig以及Vramp )’存在多個雜 訊源△V's〕、△VpOWER 以及△Vs1。 如上所論述，需要可減少及/或消除（例如）由電源及 /或APS陣列20外之源所引起之雜訊的CMOS影像感應器 1333369 2I737pif.doc 以及操作CMOS影像感應器之方法。 ，5况明了應用本發明之一或多個態樣之CM〇s影像 感應器105 <第-示範性實施例的方塊圖。為了簡潔起 見Π將僅描述圖5中所示之CMC)S影像感應器1〇5之 示範性貝她例與以上關於圖丨_3所描述之CM〇s影像感應 器5之間的差異。 〜

，似於以上描述之CMOS影像感應器5，CM〇s影像 感應器105可包括列驅動器11〇、Aps陣列12〇、CDs陣 列130、。數位碼輸出單元14〇。本發明之態樣可使用參考電 壓產生器150。CMOS影像感應器105亦可包括光學黑色 (0B)像素陣列122。 "像素陣列122 —般可提供於影像感應器中，以執 灯動位準補償（ADLC)，意即，補償像素的電壓位準 差。在本發明之實施例中，參考電壓產生器]5〇 =用= 像素陣列122以複製電源雜訊，以及將包括由（例如）

C=〇S影像感應器105之CDS陣列130外的電源等所引起 之雜訊的輸出訊號0B一〇供應給參考電壓產生器15〇。 汝圖5中所說明，在本發明之實施例中，〇B像素陣 ϋ2可包括配置於一或多個行以及一或多個列中的多個 。素。在本發明之貫施例中，〇Β像素陣列122之列的 =目可對應於Aps陣列12〇之列的數目，例如，〇 mi U2可具有η列。在本發明之實施例中，可以各種方 =用ΟΒ像素陣列122<3〇Β像素陣列122之一行、若干 仃或所有行可對應於APS陣列120之爪行中的一行，以 1333369 2i737pif.doc 便複製雜訊，例如，電源雜訊。 ，其中0B像素陣列122包括對應於Aps陣列12〇之 :口二2 =發明之實施例中，各別輸出訊號0B 0中 ，干=有者可連接在一起作為至參考電壓產生器15〇 ί其中0B像素陣列122包括對應於APS陣 列120之仃的夕個行之本發明之其他實 用⑽像素陣列m之多個行之各別輸出織

母一者。在其中OB像素陣列122包括對餘Aps陣列i2〇 之灯的多個行之本發明之其他實施例中，◦ B像素陣列i 2 2 ，輸出訊號0B_0可分成多組’且對應數目之各別輸出訊 #uOB—Ο可被輸出至參考電壓產生器15Q。在本發明之實 施例中’OB像素陣列120之每一行的每一輸出訊號〇β 〇 可基於12G之各黯的—個、若干或所有〇b 像素。

如圖5中所示’參考電壓產生器15〇的示範性實施例 可接收來自OB像素陣列122的輸出訊號〇B—〇、斜坡吨 號RAMP—R、以及REF_0B訊號，且可經由放;器A3 (展 不於圖6中）將REF—C訊號供應至CDS陣列13〇。在本 發明之實施例中，CDS陣列130、APS陣列120、數位碼 輸出單元140、以及列驅動器110可具有（例如）對應於 圖1-3中所示之CMOS影像感應器之CDS陣列30、APS 陣列20、數位碼輸出單元4〇、以及列驅動器1〇的結構。 在本發明之實施例中，斜坡訊號產生器（未圖示）可 產生多個斜坡訊號’例如，RAMP—R以及RAMP C。如圖 1333369 21737pif.doc 5中所示，RAMP_R訊號可供應至參考電壓產生器150， 且RAMP—C訊號可供應至CDS陣列130。RAMP—R訊號 可供應至參考電壓產生器150,且可不具有任何電壓變 化。在本發明之實施例中，甚至在RAMP—C訊號可開始增 加的時間（6)之前、之時或之後，供應至參考電壓產生器 15 〇之RAMP—R说號可為貫質上丨互定或完全值定的電壓訊 號。

在本發明之實施例中’REF_OB訊號可對應於由（例 如）已知參考電壓產生器（例如，圖i中的5〇)~所產生的 無雜訊參考訊號。

REF—C訊號可包括由（例如）CDS陣列13〇外之因子 所引起的雜訊。該等雜訊因子可為（例如）電源雜訊、歸 因於開啟/關閉開關操作的時脈饋通雜訊。在本發明之實^ 例中，參考電壓產生器150可使用0B像素陣^ 122二】 生與CMOS影像感應器105之訊號具有相同或實質上相同 ㈣tflHx使得輸出REF_C訊號可;肖除所有或 ==有的降級CM0S影像感應器1〇5内之訊號品質的 稭由供應參考電壓訊號（.，包括所有或 =響隨影像感應器内之訊號之雜訊降級的 ’可減少及/或消除雜訊對影像品質的效應。 訊，參^由CDS陣列外部之源引起的雜 CDS 產 可包括對應於CDS陣列130中之 电路的CDS電路έ士槿。A 士旅ηΒ ^ 電壓產生^们^、·，；1構在本發明之實施例中，參考 生。。150可包括與對應之CDS陣列13〇之⑽電

(D 20 1333369 21737pif.doc 路結構相同的CDS電路結構，且從而可將歸因於（例 開啟/關閉開關操作的時脈饋通雜訊複製至所產生之參考 圖6說明了根據本發明之一或多個態樣與示範性 電壓產生立器i50-起使用的圖3中所示之示範性⑽陣= 130的不思圖。以下將僅描述圖6中所說明之⑶$陣列別 與圖3中所說明之CDS陣列30間的差異。

因為圖6中所說明之CDS陣列13〇對應於圖3中所說 明的CDS陣列30’所以可配合目3中在上文所說明之⑽ 陣列30使用本發明之態#。特定而言，本發日月之實施例可 使用雜訊消除裝置，例如，代替（例如）電壓產生器5〇 或除了（例如）電壓產生器5〇外之電壓產生器15〇/°以消 除可由CDS陣列130外之因子引起的雜訊。如關於圖6 之論述’參考電壓產生器15〇可使用來自〇3像素陣列122 的輸出訊號ΟΒ—Ο、RAMP—R訊號、REF_0B訊號，以及 對應於對應CDS陣列130之CDS電路132、134、136之

電壓訊號REF C。 結構的結構152,以產生包括實質上或完全對應於由（例 如）電源及/或時脈饋通所引起的雜訊項（例如，avs3、 △VP0WER以及ΑνΜ)之雜訊的參考電壓訊號REF_c。 圖7說明了使用本發明之一或多個態樣之示範性 CMOS影像的示範性時序圖。開關S1、S2、S3、S4之操 作可對應於圖4中所示之時序圖中之開關S1、S2、S3、S4 的操作。RAMP一C訊號可對應於圖4中所示之ramp訊 號。如圖7中之所示，輸出電壓v〇ut訊號可實質上或完全 21 ⑴3369 2l737pif.doc 對應於圖4中所示之Vout訊號。 .如上所論述，在本發明之實施例中，甚至在RAMP_C 訊號可開始增加的時間（6)之前、之時或之後，供應至參 考電壓產生器150之RAMP_R訊號可為實質上恆定或完全 恒定的電壓訊號。 而且’如上所論述，在本發明之實施例中，可基於來 • 自0B像素陣列122 (其可將（例如）電源雜訊複製至無 • 雜訊參考電壓REF_OB)之各別輸出訊號〇B_〇而產生供 應至CDS陣列13〇的參考電壓訊號反证^。從而，如圖7 中所示，在本發明之實施例中，比較器A1之輸出訊號vdiff 可不包括（例如）電源雜訊。更特定而言，在本發明之實 如例中’ REF—C訊號之電壓訊號vref_c可消除存在於v〇ut 矾號中的雜訊，使得所得之輸出Vdiff不包括任何或實質 上所有的雜訊，例如，電源雜訊。從而，本發明之實施例 使知影像訊號具有高品質，且從而可改良影像品質。 更特定而言，將描述雜訊對使用本發明之一或多個態 本:κ之CMOS衫像感應器之訊號的效應。可藉由下列關係式 來說明包括於各別APS輪出訊號ApS—0j至APS_〇_m 之各別輸出電壓Vout中的雜訊對由CDS陣列13〇輸出之 所得訊號的影響。 . 在重設訊號取樣期間，例如，自時間（1)至時間（3)， . 雜訊對VlN-i之影響、雜訊對V丨NJ、Vref以及Vdiff—res之

Vref影響可為如下所示。

ViN_1 = Vref+AVS3 + AVp〇wER 22 ⑤ 21737pif.doc

ViN 〇b j = Vref + AVs3 + AVPOWer 所以 Vdiff_res = VIN 丨-V丨N 0B j = 0 如上所論述，在時間（3)，開關S3關閉且為重設訊 號取樣週期期間之訊號雜訊的主要原因。 在影像訊號取樣期間，例如’自時間（4)至時間（5)， 雜訊對V丨N 2、V1N_0B 2以及Vdiff_sig之影響可為如下所示。 Vin_2 = Vref + △Vs] + AYpower- Vsig ^in_〇b_2 = Vref + AVS3 + AVP0WER 所以 Vdiff_sig = VIN_2 - Vin_〇b_2 = - Vsig 在影像訊號取樣後，例如，在時間（5)之後，雜訊對 Vm_3、Vin_ob_3以及Vdiff—res—sig之景多響可為如下所示。 ViN_3 = VIiN]_2 +VraMP+AVs1 =Vref + Z^Vsi + AYpower - Vsig + VrAMP + △ Vs丨 Vin_OB_3 = Vjn_〇b_2 + AVsi =Vref + AVS3 + AVPOWer + AVSi 所以 Vdiff_res_sig = VIN」 VIN 0B—3 = VRAmp — Vsig 如上所論述，在時間（5)，開關SI可關閉且可為影 像訊號取樣週期期間之訊號雜訊的主要原因。從而，與以 上所描述之CMOS影像感應器5對比，如自反映雜訊對 Vdiff_res_sig訊號之效應之最後的方程式可見，可消除多 個雜訊源’例如，△ Vs3、ΔΥροχνΕΙΙ以及△ Vsi ’且可傳送 意欲傳送的分量（例如，Vsig以及VRAMP)而無雜訊或實 質上無雜訊。 圖8說明了根據本發明之一或多個態樣之參考電壓產 1333369 21737pif.doc 生。-的另示範性實施例。圖8中所示之參考電壓產生界 15〇’之第二實施例對應於圖1中所示之參考電壓產生= 150的tf&'h實施例，但包括對應CDS電路結構（例如， ϋ' 中的多者。因為放大器A3可連接至（例如） ZL t m1 ’所以本發明之實施例可使用多個該等對應 放大ί αΓ^(例如Λ52、154)以嘗試減少輸入電容對 00 之效應。儘管展示了兩個對應的CDS雷跋έ士 構’例如，1 S， 1〜 ％吩、’’口 的對應CDS電料構m明之實施例可使用兩個以上 各別參考電壓產生器-驅動之對應二 車30之#置（例如，比較器A1)之數目。 L 第—不乾性貫施例的方塊圖，以及圖10說明了祀 t明之—或多個紐之像素雜訊複製單S之示範性^ 施例的示意圖。以下將僅描述盥 貝 示範性容^ 以上關於圖5-8所描述之 丁墟^例不R之4性實施例的態樣。

在圖9中說明之示範性督A lnc r男' 苑例中，代替CMOS影像碭 應為105之〇B像素陣列12?，扯m ± 豕.次 你主 „ 0 j 22使用了像素雜訊複製單元 。像素雜訊複▲早兀i 6 〇可將像 讯）複製至待供應至參考雷厭$ & 兒你嘁 PNR—〇。 可兒壓產生器150的輸出訊號 如圖10中所展示，示範性像 制_ 括用於縮放（scaling)像素、°奴衣早70可包 壓位準的裝置，·，電例如，電源雜訊）之電 。。从及開關。藉由對（例如） ⑧ 24 1333369 21737pif.doc

APS丨竿夕U

VDD.P^^^t^t^VSSP 體術;文=：^=且儘管應用了具 釋，且其並非出於限制之目的。儘管相對 了本發明之實施例’但本發明之處描更：建構描述

如’錯由具有包括當機器存取時導致機：二：:： 訊的訊號之資料的機器可存取產生用於減少雜 習此項技術者將瞭解在不脫離如;列專=圍;= ί =精神嶋的情況下，可實施形式以及細節的 【圖式簡單說明】 精由參看P#il詳細描述本發明之示範性實施例，對於 -般熟習此項技術者，本發明之以上以 點 將變得更為顯而易見，其中：

1說明了本發明之—或多個態樣可應用之示範性 CMOS景》像感應器的一般方塊圖。 圖2說明了本發明之—或多個態樣可應用之cm〇s影 像感應器之示範性像素的示意圖。 圖3 έ兒明了本發明之一或多個態樣可應用之示範性 CDS陣列的示意圖。 圖4说明了習知CMOS影像感應器之時序圖。 圖5 έ兒明了應用本發明之一或多個態樣之CM〇s影像 感應器之第一示範性實施例的方塊圖。 1333369 21737pif.doc 圖6說明了根據本發明之一或多個態樣與示範性參考 電壓產生器一起使用的圖3中所示之示範性CDS陣列的示 意圖。 圖7說明了應用本發明之一或多個態樣之示範性 CMOS影像的示範性時序圖。 圖8說明了根據本發明之一或多個態樣之參考電壓產 生器的另一示範性實施例。 圖9說明了應用本發明之一或多個態樣之CMOS影像 感應器之第二示範性實施例的方塊圖。 圖10說明了根據本發明之一或多個態樣之像素雜訊 複製單元之示範性實施例的示意圖。 【主要元件符號說明】 5、105 :互補金氧半導體影像感應器 10、110 :列驅動器 20、120 :主動像素感應器陣列 22 :像素 30 :關連式雙取樣陣列 32、34、36、130、132、134、136 :關連式雙取樣電 路 40、140 :數位碼輸出單元 50、150 :參考電壓產生器 122 :光學黑色像素陣列 152、154 :關連式雙取樣電路結構 160 :像素雜訊複製單元

26 (C 1333369 1 21737pif.doc A1 :比較器 A2、A3 :放大器 APS_0、APS_0_1 至 APS_0_m : APS 輸出訊號 C1 :阻塞電容器 C2、C3 :訊號儲存電容器 CDS_0、CDS—0—1 至 CDS—0—m : CDS 輸出訊號

Cp :電容器 DIFF :輸出端子

Ibias :偏壓電流源 IN :輸入端子 IN_〇B、VIN—〇B、Vin_rec_c、VRef_ob、VREC_c、： tfl 號 N:電荷偵測元件 0B_0、OUT、PNR_0、Vdiff :輸出訊號 PD :光電轉換元件 RAMP—C、RAMP、RAMP R :斜坡訊號 REF .參考訊號 REF_C :參考電壓訊號 REF—OB :無雜訊參考電壓訊號 RX .重設訊號 S卜 S2、S3、S4、S5、S6、S7 :開關 SEL :像素選擇訊號 Tamp : 放大單元/放大器 Trx .重設元件 TsEL :選擇元件 27 1333369 21737pif.doc - τΤχ:傳送元件 ΤΧ :傳送訊號 VDD—P :電源電壓 . VlN .輸入電壓 V〇UT :輸出電壓 . Vres :重設電壓 VREF :參考電壓 Vsig :影像訊號電壓 • VSS P :地電壓源 28 ③

Claims (1)

1. ^^3369 |期:99年6月23日 爲95131530號中文_範圍“▲修1本吾修(半正替紐 十、申請專利範圍： γ^ —種詩操作⑽S影像麵 1的方法，所述 述主絲包括主轉域應轉列歧對應於所 W動像素感應轉列之雜訊雜轉列，所述方法包含： 產，鏡騎述主動像雜應外部之雜訊的變化 蒼考訊號； 及 將所述變化參考訊職出至所述雜心肖除器陣列 ，·以 一將所述變化參考訊號用於所述雜訊消除器陣列中，以 消除所述主動像素感應器陣列内部以及外部的雜訊， 八中產生所述變化參考訊號包含鏡射將功率供應至所 述主動像素感應器陣列之電源中的雜訊， 其中鏡射所述電源中的雜訊包含根據所述主動像素感 應器陣列巾之像素的像素運作以及來自所述電源之功率而 建立複製訊號。 2.如申請專利範圍第1項所述之用於操作CMOS影像 感應器的方法，其中產生所述變化參考訊號進一步包含將 所述複製訊號添加至怪定參考訊號。 3‘如申請專利範圍第1項所述之用於操作CMOS影像 感應器的方法’其中建立所述複製訊號包含提供具有等效 於所述主動像素感應器陣列中之所述像素的像素結構之像 素結構的光學黑色像素，以及將功率自所述電源供應至所 述光學黑色像素。 4.如申請專利範圍第1項所述之用於操作CMOS影像 29 1333369 年月 ^95131530號中文_^^線黑气正替換頁 修正日期:99年6月23日 感應器的方法，其中建立所述複製訊號包含提供具有與所 述主動像素感應盗陣列中之所述像素對輸入功率之回應相 等的對輸入功率之回應的等效電路，以及將功率自所述電 源供應至所述等效電路。

   5.如申請專利範圍第1項所述之用於操作CMOS影像 感應器的方法，其中產生所述變化參考訊號進一步包含鏡 射所述雜訊消除器陣列内之開關偏差雜訊。 、6.如申請專利範圍第5項所述之用於操作CMOS影像 感應器的方法，其中產生所述變化參考訊號進一步包含將 所述複製訊號供應至虛設雜訊消除器，所述虛設雜訊消除 益具有與所述雜訊消除器陣列之雜訊消除器之結構等效 結構。 _、 ^如申請專利範圍第1項所述之用於操作CM0S影像 感應器的方法，其中產生所述變化參考訊號包含鏡射所述 雜訊消除器陣列内之開關偏差雜訊。 ^如申請專利範圍第7項所述之用於操作cM0S影像 感，器的方法，其中產生所述變化參考訊號進一步包含將 J·亙疋多考訊號供應至虛設雜訊消除器，所述虛設雜訊消除 器具有與所述雜訊消除料列之雜訊雜器之結構等效的 結構。 9·一種用於與CM〇s影像感應器一起使用的裝置，所 述CMOS影像感應器包括主動像素感應器陣列以及對應 於所述主動像素錢輯狀誠齡^_，所述裝置 包含： 30 1333369 工替换X丨 2l737pifl 爲95131530號中文專手 修正日期:99年6月23日 變化參考訊號產生器，以產生鏡射所述主動像素感應 器陣列外部之雜訊的變化參考訊號，以及將所述變化參考 訊说輸出至所述雜訊消除器陣列，以及 。。複製單兀，所述複製單元用於根據所述主動像素感應 器陣列中之像素的像素功能以及來自所述電源之功率而建 立複製訊號， 其中所述變化參考訊號鏡射將功率供應至所述主動 像素感應器陣列之電源中的雜訊。 、1〇.如申请專利範圍第9項所述之用於與CM0S影像 ^應器―械㈣H其中所述變化參考訊號產生器包 含比較器’崎比㈣祕賴述複製喊姉定參考訊 號相加。 11.如申請專概ϋ第9柄狀驗與CM0S影像 域料裝置，其情述複製單元包含具有等效 备处Ϊ主動像诚應轉财之賴像素的像素結構之像 此I变的光學黑色像素，所述光學黑色像素自所述電源接 收:功率。 如u概㈣9項所叙跡與CM0S影像 二裝置，其中所述複製單元包含具有與所 等的對盗陣列中之所述像素對輸入功率之回應相 電源接㈣^回應的等效電路，所述等效電路自所述 威應哭一：:：利範圍第9項所述之用於與CM0S影像 —触料•，其中所輕化參考訊舰-步鏡 31 1333369 爲951P3153〇號中文劃I讎正替換頁 rar~ir^- 修正日期:99年6月23日 射所述雜訊消除器陣列内之開關偏差雜訊。 14. 如申請專利範圍第13項所述之用於與CM0S影像 =應器一起使用的裝置，其中所述變化參考訊號產生器包 3具有與所述雜訊消除器陣列之雜訊消除器之結構等效之 f構的虛設雜訊消除器，所述虛減訊消除器接收所述複 製訊號。 15. 如申請專利範圍帛9項所述之用於與c腦影像 的裝置’其中所述變化參考訊號鏡射所述 雜訊擔陣助巧關偏差雜訊。 CM0S 含呈有盥所过雜n /、中所述邊化參考訊號產生器包 結構的虛器陣列之雜訊消除器之结構等效之 感應1 器7::使*用專：m6項所之用於與_影像 含多個虛設雜訊消除器/、所述變化參考訊號產生器包 32