TWI345910B - Cmos image sensor for high-speed operation - Google Patents

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TWI345910B TW095136568A TW95136568A TWI345910B TW I345910 B TWI345910 B TW I345910B TW 095136568 A TW095136568 A TW 095136568A TW 95136568 A TW95136568 A TW 95136568A TW I345910 B TWI345910 B TW I345910B
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Description

1345910 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ▲本發明係提供—種互補錢半導聽像感應H，尤指-種可 高速操作之具有雙類比信號處理器之互補金氧半導體影像感應 器。 【先前技術】 影像感應器是-種用來將光學影像轉變為電信號的裝置，主 要可分為互補金氧半導體(complementaiy Metal Qxide
Semiconductor，CM〇s)影像感應器和電荷耦合器(ch—c〇u_
Devlce，CCD)。在電她合n中’各個電容^彼此設置的很靠近， 電荷載子被儲細及傳制電容Μ。另—方面，在互補金氧半 導體影像感應器中’使用互補金氧半導體積體電路的技術來構造 像素陣列，輸出資料透過Μ操作以循序的方式檢測。由於互補 金氧半導體影像祕ϋ具有低功率損耗的優點，常廣泛地應用在 行動電話等個人通訊系統中。 月參考第1 ®，第1圖為習知互補金氧半導體影像感應器之 不忍圖。習知互補金氧半導體影像感應器包含像素陣歹，川，像素 、’（R)、綠(G)、藍(Β)5史置為矩陣的形式。複數個關聯雙取樣 (Correlation Double Sampling，CDS)電路 12 設置於像素陣列 u 之 下側，每-關聯雙取樣電路輕接於像素陣列之每一行。類比信號 5 1345910 、 處理器丨0gSignalProcessor，ASP) 13設置於像素陣列1〗之側 ' 邊’用來處理複數個關聯雙取樣電路12輸出的信號。 關聯雙取樣電路對來自每一像素之重置信號以及資料信號取 並且傳輸至類比k號處理器〗3 ^接著，類比信號處理器a 异重豎彳„號以及> 料信號之差值並且放大信號，藉此取得實物 之像素H在讀取像«料的過程中，像鱗列11之某一列像 鲁*會同時傳輸到複數個關聯雙取樣電路12中對應的關聯雙取樣電 路。在驅動器Η的控制下，關聯雙取樣電路的輸出#料依順傳輸 到類比信號處理器13中處理。 如上所述’依據習知互補金氧半導體影像 顺雜時，選擇狀像奴重置錄从資料信號1 雙取樣電路中，接著，對應的_雙取樣電路 ，、驅動器控制依順序地傳輸到類比信號處理器。 列方卿雙絲冑㈣數目會隨 匯二: 由於傳輸資料到類比信號處理器之 數量龐大的關聯雙取樣電路，匯流排的 也合 3二此，互補金氧半導體影像感應器無二 了達到高速操作之目的，互補金 ⑽部作為 比信號處理器，必須再作改良以達到所需=應器’特別是類 6 【發明内容】 „本發明係提供—種可高速操作之互補金氧半導體影像感應 盗包含一像素陣列，包含複數個第一像素，複數個第二像素， 以及複數㈣H複數侧輕取樣，分職接於該像 厂車歹丨之每行，一選擇電路，包含複數個輸入端，分別耦接於 該複數個_較轉電H個Μ雙轉電路，-第-輸出 端以及第一輪出端；一第一類比信號處理器，轉接於該選擇 ，路之第—輪出端’用來處理該複數個第-像素以及第二像素之 資料；以及一第二類比信號處理器，耦接於該選擇電路之第二輸 出端，用來處理該複數個第三像素之資料。 本發明另提供一種可高速操作之互補金氧半導體影像感應 器’包含-像素_，包含複數個第—像素，複數個帛二像素， 以及複數個第三像素；—切換電路，包含複數個輸人端，分職 接於該像素陣列之每一行；以及複數個輸出端；複數個關聯雙取 樣電路，分聰接於該切換電路之複數個輸出端；—輪出電路， 包含複數個輸人端’分_接於雜數侧雜取 個關聯雙取樣電路，-第-輸出端，以及—第二輸出端；一第一 類比信號處理ϋ，減於該選擇電路之第—輸出端，用來處理該 複數個第-像素以及第二像素之資料；以及—第二類比信號處理 器’雛於該選擇電路之第二輪出端，用來處理該複數個第三像 素之資料。 1345910 ·、 【實施方式】 ' 請參考第2圖，第2圖為本發明互補金氧半導體影像感應器 之第一實施例之示意圖。互補金氧半導體影像感應器包含一像素 陣列 22、複數個關聯雙取樣(Correlation Double Sampling，CDS)電 路24、一選擇電路26、一第一類比信號處理器(Anakgsignaj Processor, ASP)28以及一第二類比信號處理器3〇。像素陣列22包 含複數個第一像素R，複數個第二像素B，以及複數個第三像素 φ 〇 ’像素陣列的奇數列以像素GR交錯排列，像素陣列的偶數列以 像素BG交錯排列。複數個關聯雙取樣電路24分別耦接於該像素 陣列22之每一行之同一侧，每次可以讀取像素陣列22 一列的資 料。關聯雙取樣電路通常由兩組源極隨耦器組成，當關聯雙取樣 電路要輸出資料時，需要去推動内部的關，而所有_雙取樣 電路的輸出端皆連接在-起，如此相當於要推動所有開關的寄生 負載。隨著像素陣列越來越大，為加快操作速度，必須增大開關 的大小，但寄生負載也隨之增加，也限制了操作速度。因此，要 • 提高操作速度，必須採用分路匯_(DividedBus)，以降低寄生負 載。此外，第-像素R、第二像素3以及第三像素G在像素陣列 中以交錯的方式排列，為了使信號處理更簡單，將第—像素r、 第二像素B交由-類比信號處理器處，第三像素G交由另 信號處理器處理。 請參考第3圖，第3圖為第2圖之選擇電路26之操作示意圖。 T(2n-1)以及T(2n)分別表示像素陣列之奇數列以及偶數列之操 1345910 作。本發明彻選擇電路26，將複數侧 組，達到分路匯流排的效果。選擇電路26 2路24分成多、 =:數個關聯雙取樣電路24之每-個關聯雙:: 將複數個關聯雙取樣電路24讀取的資料輪出 3S 〇β j,. _ 35判第一類比信號處理 器28或第二類比信號處理器3〇。第一 理笛-你h 理H28用來處 像素R以及第二像素B的資料，第二類比信號處理哭％ 用來處理第三像素G的資料，而選擇電路26之第—輸出端:及第 一輸出端分別耦接於第一類比信號處理器 理哭μ 乂及第二類比信號處 理器30。選擇電路26包含八個開關S1_S8 λ 將複數個關聯雙取樣 =24刀為四組分路匯流排，開關S1、S2為第—分路匯流排… 耦接於第(4n-3)個關聯雙取樣電路，開關S3、弘為第—八路匯漭 排52，雛於第(4n_2)個關聯雙取樣電路，開關％、流、 ^匯流排53，墟於第(4n__聯雙取樣電路，咖幻、= 苐四分路匯流排54，祕於第4η侧聯雙取樣電路，其中η為正 整數。假設每一關聯雙取樣電路内部的開關皆相同，則寄生負載 將減少為丨/4，如此可有朗提_作速度。當複數烟聯雙取樣 電路24讀取像素陣列之奇數職料時，只有開關si、l S8會開啟，八個開關S1-S8之操作時序如第3圖所示，將第一八 路匯流排51以及第三分路匯流排53之資料傳送到第一類比_號 處理器28 ’第二分路匯流排52以及第四分路匯流排54之資料傳 送到第二類比信號處理器30。當複數個關聯雙取樣電路24讀取像 素陣列之偶數列資料時，只有關S2、S3、S6、S7會開啟:將第 二分路匯流排52以及第四分路匯流排54之資料傳送到第一類比 信號處理器98 , @ 、 8第一分路匯流排51以及第三分路匯流排53之資 料傳送到第二類比信號處理器％。由上述說明可知，第三分路匯 机排53與第—分路匯流排51之路徑相同可合併，第四分路匯流 排54與第二分路匯流排52之路徑相同可合併，但使用二組分路 匯桃排時寄生負载只能減少為1/2，效果較差。此外，若考慮關聯 雙取樣電路24之架構，分路匯流排51-53之控制信號有可能會相 互重登’但是因為每一分路匯流排各自獨立，所以不會影響分路 匯流排的功能。 請參考第4圖’第4圖為本發明互補金氧半導體影像感應器 之第二實施例之示意圖。互補金氧半導體影像感應器之第二實施 例另包含一切換電路32以及一辅助的關聯雙取樣電路34,此外， 第二實施例使用輸出電路36取代第一實施例之選擇電路26。切換 電路32輕接於像素陣列22以及複數個關聯雙取樣電路24之間。 輔助的關聯雙取樣電路34耦接於切換電路以及輸出電路36之 間。切換電路32包含一第一組開關33以及一第二組開關35 ^第 一組開關33耦接像素陣列22之第η行於複數個關聯雙取樣電路 24之第η個關聯雙取樣電路，第二組開關35耦接像素陣列之第一 行於輔助的關聯雙取樣電路34以及耦接該像素陣列22之第η行 於複數個關聯雙取樣電路24之第(η-I)個關聯雙取樣電路，其中η 為正整數。第一組開關33以及第二組開關35為互補的操作，也 就是其中一組開啟時，另一組關閉。切換電路32簡單來說就是以 移位的方式’將第一像素R、第二像素Β與第三像素G分開傳輸 2同_聯雙取樣電路，例如像素_ 22之奇數娜2行之像 路R破傳輸到複數個關聯雙取樣電路24之第H_聯雙取樣電 备偶數列第1行之像素3也被傳輸到第_聯雙取樣電路， 第2 A第行之像素G被傳輸到第2侧聯雙取樣電路，偶數列 仃之騎G也被第2咖雙轉f路’獅的_雙取樣電 ^咖來接收奇_第1行之像素G。如此，輸出電路36可 ^開關直接將貝料輸出到第_類比信號處理器Μ或第二類比信 號處理器30。 Μ Γ參考第5圖’第5 ®為本發明錢半導體影像感應器 弟三實施例之示意圖。第三實施例與第二實施例不同的地方在 心不使用辅助_聯雙取樣電路34，所以第三實施例之切換電路 ^第二實施例有些不同。切換電路42包含-第-組開關43以 及—第二_關45。第-組開關43耦接像素陣列22之第m行於 複數個襲雙取樣電路24之第__雙取樣，第二組開關 將該像素陣列22之第(2η_ι)；^_接於複數侧聯雙取樣電路24 之第2n個關聯雙取樣電路，以及像素陣列22之第㈣行柄接於複 數個關聯雙取樣電路24之第㈣個關聯雙取樣電路，其中爪、n 為正整數，右像素陣列具有N行，則m為i至N，η為丨至N/2。 由於第一像素R、第二像素B以及第三像素G為交錯排列，若切 換電路42利肢錯的方式，將第一像素R、第二像素B與第三像 素G分開傳制*__雙取樣魏，财需要制輔助的關 聯雙取樣電路34。 丄 綜上所边，本發明之互補金氧半導财像感應器具有雙類比 信號處理器’可減少類比信號處理器隨著像素陣列愈大之設計難 度。在第—實施例中，利用選擇電路將第-料R以及第二像素 B傳輸到第-類比信號處理器’將第三像^傳輸到第二類比信 號處理器，可解決類比信號處理器之規格問題。再者，選擇電路 將複數個Μ雙取樣之輸㈣四條分賴流排傳輸 ，可有效 降低寄生負載，_高速操作之目的。第二實施例以及第三實施 例利用切換電路在像素陣列之資料輸出到複數個關聯雙取樣電路 時先將第-、第二像素R、B與第薦素⑽開，不同處在於第 -實施例額外使用-個辅助的_雙取樣電路，使用切換電路雖 然需要比選擇f雜多的開關，但由於像素_輸㈣關聯雙取 樣電路的速度較襲雙取樣電路輸㈣類比健處理^的速度慢 很多’開關的規格要求較低。 • 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知互補金氧半導體影像感應器之示意圖。 第2圖為本發明互補金氧半導體影像感應器之第一實施例之示 意圖。 第3圖為第2圖之選擇電路之操作示意圖。 12 1345910 第4圖為本發明互補金氧半導體影像感應器之第二實施例之示 意圖。 第5圖為本發明互補金氧半導體影像感應器之第三實施例之示 意圖。
【主要元件符號說明】 11 像素陣列 12 複數個關聯雙取樣電路 13 類比信號處理器 14 驅動器 22 像素陣列 24 複數個關聯雙取樣電路 26 選擇電路 28 第一類比信號處理器 30 第二類比信號處理器 51 第一分路匯流排 52 第二分路匯流排 53 第三分路匯流排 54 第四分路匯流排 S1-S8第一至第八開關 32 切換電路 33 第一組開關 35 第二組開關 34 輔助的關聯雙取樣電路 36 輸出電路 42 切換電路 43 第一組開關 45 第二組開關 13

Claims (1)

1345910
十、申請專利範圍： 1 · 一種可而速操作之互補金乳半導體(C〇mpiernentary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)影像感應器，包含： 一像素陣列，包含複數個第一像素，複數個第二像素，以 及複數個第三像素； 複數個關聯雙取樣(Correlation Double Sampling，CDS)電 路；
一輔助的關聯雙取樣電路； -輸出電路，包含複數個輸人端，分職接於該複數個關 聯雙取樣電路之每-侧聯雙轉電路以及該輔助的 〃關聯雙取樣電路，—第—輸出端，以及—第二輸出端； 第類比仏號處理器(Analog Signal Processor，ASP)，轉 接於該輸出電路之第-輸出端，用來處理該複數個第 像素以及第二像素之資料；
一第，比錢處理器於該輸出電路之第二輪出 端’用來處理該複數個第三像素之資料；以及 一切換電路，包含·· 一第一組開關’織該像输彳之第晴 雙取樣電路之第η個關聯雙取樣電路；以及數個關聯 一第=獨關，輕接該像素陣列之第一行於該輔助 :樣電路，以及轉接該像素陣列之第㈣)行、 個_雙取樣t路之第__雙取樣”複 其中η係為正整數。 吟， 14 「8 二这 "" |单片曰修(气)正替換頁 =項1所述之縣祕n，射該概個關雙取樣電格 糊聯樣電路係經由該輸㈣路域於該第〜 =:==，以及該辅助的關聯雙取樣電路以及該複數個 取樣f路之第Μ侧卿取樣魏係經倾輸出電路 耦接於該第二類比信號處理器，其中η係為正整數。
。月求項1所述之影像感應器，其中該複數個關聯雙取樣 係分別耦接該像素陣列之每一行之同一側。 電路 《如請求項1所述之影像感應器，其中該第一像素、第二像素以 及第三像素係分別為紅色像素、藍色像細及綠色像素。 5. 一種可高速操作之互補金氧料體(c〇mplementaryMetai Oxide Semiconductor，CMOS)影像感應器，包含： • —像素陣列，包含複數個第-像素，複數個第二像素，以 及複數個第三像素； 複數侧聯雙取樣(C〇rrelation D〇uWe Sampling, CM)電 路； -輸出電路，包含複數墙人端’分職接於該複數個關 聯雙取樣電路之每-個關聯雙取樣電路，一第一輸出 端，以及一第二輸出端； 第類比L f虎處理器(Anai〇g signai pr〇cess〇r. Asp)，輕 15 % 用來處理該複數個第 胁該輪ίϊϋ輪)出端： J·像素以及第二像素之資料； 一第二類比信號處理器， 端，田十占 锅接於该輪出電路之第二輪出 一切換電路，包含：I像素之以及 一第^雜鱗批“行於該複數個 雙取樣電路之第__雙取樣電路；以及 + L陣列之第行於該複數 個關如雙取樣電路之第211侧聯雙取樣電路，以 及轉接雜素_之第ρη)行於鋪數侧聯雙取 樣電路之第(2η-1)個關聯雙取樣電路； 其中m、η係為正整數。 如明東項5所述之景;像感應II，其中該複數個關聯雙取樣電路 之第2η侧觀取樣電路係經由該輸出電路触於該第一類 比L唬處理益，以及該複數個關聯雙取樣電路之第(^〜丨)個關 又取樣電路係經由該輸出電路耗接於該第二類比信號處理 器，其中η係為正整數。 如明求項5所述之影像感應器，其中該複數個關聯雙取樣電路 係分別耦接該像素陣列之每一行之同一側。 如請求項5所述之影像感應器，其中該第一像素、第二像素以 1345910 ^9T 8.-3 年月替換頁 及第三像素係分別為紅色像素、藍色像素以及綠色像素 十一、圖式：
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