TWI528821B - 具偏移電壓移除之帶隙參考電路 - Google Patents

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TWI528821B
TWI528821B TW102138308A TW102138308A TWI528821B TW I528821 B TWI528821 B TW I528821B TW 102138308 A TW102138308 A TW 102138308A TW 102138308 A TW102138308 A TW 102138308A TW I528821 B TWI528821 B TW I528821B
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波 歐勒 帕爾
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Description

具偏移電壓移除之帶隙參考電路
本發明一般而言係關於帶隙參考電壓電路，且特定而言(但非排他性地)係關於在一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器之讀出電路中所使用之彼等帶隙參考電壓電路。
影像感測器係普遍存在的。其廣泛用於數位靜態相機、數位視訊攝影機、蜂巢式電話、保全攝影機、醫療裝置、汽車及其他應用中。
諸多影像感測器具有由若干因素限制之一影像品質。一個此因素係影像感測器之讀出電路中所包含之類比轉數位轉換器之準確度。一準確之類比轉數位轉換器通常需要既準確又穩定之一參考電壓。可實施各種電路來提供參考電壓。一個此實例係一帶隙參考電路。
帶隙參考電路廣泛地用於類比電路中以提供穩定、電壓無關且溫度無關之參考電壓。帶隙參考電壓電路依據維持具有一正溫度係數之一內部電壓源及具有一負溫度係數之另一內部電壓源之原理而操作。藉由對該兩者一起求和，可消除溫度相依性。另外，可使用兩個內部源中之任一者作為一溫度感測器。
顧名思義，由帶隙參考電路產生之電壓用作參考，且特定而言在需要參考電壓之高穩定性(例如，如在影像感測器中通常所需要)之 情況下利用。在典型之帶隙參考電路中，使用運算放大器以便改良參考電壓之準確度。然而，運算放大器自身並非理想的，且具有偏移電壓。理想地，運算放大器之輸入處之電壓應彼此相等，此歸因於放大器之輸入之間的虛擬短路。然而，在實際情形中，偏移電壓Vos幾乎始終存在。此外，偏移電壓Vos在晶片間變化而非一固定值。因此，輸出電壓Vout亦由於偏移電壓Vos之分佈而在晶片間變化，以使得難以補償此一變化。
用於補償運算放大器中存在之偏移電壓之某些習用技術包含「高頻(HF)斬波器技術」及「自動調零技術」。然而，此斬波器穩定及自動調零基於影像感測器之臨界列時間期間之高頻切換。高頻切換可將高頻電流耦合至帶隙參考輸出中或在共用「接地路徑」中產生高頻電壓。因此，可降低帶隙電壓輸出之準確度，此可導致帶隙參考電路無法與具有高解析度類比轉數位轉換器之影像感測器相容。
100‧‧‧影像感測器
110‧‧‧像素陣列
112‧‧‧行
114‧‧‧像素單元/像素
116‧‧‧行讀出線/位元線
118‧‧‧類比轉數位轉換器
120‧‧‧控制電路
130‧‧‧讀出電路
150‧‧‧選用數位處理邏輯
160‧‧‧帶隙參考電路
200‧‧‧實例性帶隙參考電路/帶隙參考電路/參考電路
202‧‧‧運算跨導放大器
204‧‧‧邏輯
206‧‧‧電路節點/節點
208‧‧‧電路節點/節點
210‧‧‧輸入環路
A1‧‧‧射極面積
A2‧‧‧射極面積
CHOLD‧‧‧保持電容器
Cos‧‧‧偏移電容器/電容器/取樣電容器
Q1‧‧‧雙極電晶體/電晶體
Q2‧‧‧雙極電晶體/電晶體
R1‧‧‧電阻器
R2‧‧‧電阻器
R3‧‧‧電阻器/負載電阻器
R4‧‧‧電阻器/負載電阻器
R5-R8‧‧‧電阻器
SF‧‧‧源極隨耦器電晶體
START‧‧‧開始脈衝
SW1‧‧‧開關
SW2‧‧‧開關
SW3‧‧‧開關
SW4‧‧‧開關
t1‧‧‧時間
t2‧‧‧時間
t3‧‧‧時間
t4‧‧‧時間
t7‧‧‧時間
t8‧‧‧時間
t9‧‧‧時間
t10‧‧‧時間
t11‧‧‧時間
Vos‧‧‧偏移電壓/實質偏移電壓/經取樣電壓
VREF‧‧‧參考電壓/參考電壓輸出/共模電壓
φ1‧‧‧信號
φ2‧‧‧信號
φ3‧‧‧信號
可藉由參考以下說明及用以圖解說明實施例之隨附圖式來理解本發明。在圖式中：圖1係圖解說明根據本發明之一實施例之具有包含一帶隙參考電路及多個ADC之一讀出電路之一影像感測器之一方塊圖。
圖2係圖解說明根據本發明之一實施例之一實例性帶隙參考電路之一方塊圖。
圖3係圖解說明圖2之帶隙參考電路之各種波形之一時序圖。
圖4係圖解說明根據本發明之一實施例之與一影像感測器之列讀出同步之對帶隙參考電路之更新(refresh)之一流程圖。
在以下說明中，陳述眾多特定細節，例如特定讀出電路、電壓斜波信號、校準電路操作次序等。然而，應理解，可在無此等特定細 節之情況下實踐實施例。在其他例項中，為了不使本發明之理解模糊，未展示眾所周知之電路、結構及技術。
圖1係圖解說明根據本發明之一實施例之具有多個類比轉數位轉換器(ADC)118之影像感測器100之一方塊圖。影像感測器100包含像素陣列110、控制電路120、讀出電路130及選用數位處理邏輯150。為使圖解說明簡明起見，像素陣列110之所圖解說明實施例僅展示各自具有四個像素單元114之兩個行112。然而，應瞭解，實際影像感測器通常包含自數百至數千個行，且每一行通常包含自數百至數千個像素。此外，所圖解說明之像素陣列110係規則形狀的(例如，每一行112具有相同數目個像素)，但在其他實施例中，該陣列可具有不同於所展示配置之一規則或不規則之配置且可包含比所展示之彼等多或少之像素、列及行。此外，在不同實施例中，像素陣列110可係包含經設計以在光譜之可見部分中擷取影像之紅色、綠色及藍色像素之一彩色影像感測器或可係一黑白影像感測器及/或經設計以在光譜之不可見部分(諸如紅外線或紫外線)中擷取影像之一影像感測器。在一項實施例中，影像感測器100係一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。
在使用期間，在像素單元114已獲取其影像資料或電荷之後，可經由行讀出線或位元線116將類比影像資料(例如，類比信號)或電荷自像素單元讀出至讀出電路130。經由位元線116一次一個像素地將來自每一行112之像素單元114之類比影像資料讀出至讀出電路130且接著將其傳送至ADC 118。
ADC 118可係任何類型之ADC且在所圖解說明之實施例中係需要一參考電壓VREF之ADC。舉例而言，ADC 118可係一快閃ADC、一逐次逼近ADC、一積分ADC、一管線ADC或需要一參考電壓之任何其他ADC。如圖1中所展示，由帶隙參考電路160產生參考電壓VREF。在一 項實施例中，帶隙參考電路160可包含一布羅考(Brokaw)帶隙參考電路。然而，如上文所提及，帶隙參考電路中所包含之運算放大器通常在放大器之輸入處具有一相關聯之偏移電壓。嘗試減輕此問題之習用方法包含增加MOS裝置之大小及/或藉由電路修整。然而，此兩種技術皆係高成本的。因此，本文中所揭示之一帶隙參考電路之實施例包含一電容器，其用於對運算放大器之偏移電壓進行取樣且接著將經取樣偏移電壓施加至參考電路之一輸入環路以消除(亦即，移除)該偏移電壓。因此，本發明之實施例可移除通常與CMOS放大器中之CMOS電流鏡或差分對相關聯之偏移或失配電壓。此外，可減小電荷注入誤差之效應。下文將更詳細地論述此等及其他實施例。
圖2係圖解說明根據本發明之一實施例之一實例性帶隙參考電路200之一方塊圖。將帶隙參考電路200之所圖解說明實例展示為包含一運算跨導放大器(OTA)202、開關SW1至SW4、電阻器R1至R8、雙極電晶體Q1及Q2、一源極隨耦器電晶體SF、偏移電容器COS、保持電容器CHOLD、邏輯204以及電路節點206及208。帶隙參考電路200係圖1之帶隙參考電路160之一項可能實施方案。
在一項實施例中，OTA 202係其差分輸入電壓產生一輸出電流之一放大器。因此，OTA 202可作為一電壓控制電流源(VCCS)而操作。將OTA 202展示為包含一反相輸入(-)及一非反相輸入(+)。如所展示，OTA 202通常具有一實質偏移電壓VOS，舉例而言，此歸因於由裝置大小失配所導致之電路不對稱性。此偏移可導致將一誤差引入至OTA 202之輸出中。因此，本發明之實施例包含偏移電容器COS以選擇性地對偏移電壓VOS進行取樣，接著自帶隙參考電路200之輸入環路210減去偏移電壓VOS以消除OTA 202之偏移電壓VOS。如本文中所使用，輸入環路210係指在開關SW3閉合時在節點208處開始跨越OTA 202之輸入端子、跨越偏移電容器COS至節點206逆時針取得之電壓。
如圖2中所展示，偏移電容器COS具有耦合至OTA 202之反相輸入之一第一端。偏移電容器COS之一第二端耦合至開關SW2及開關SW3兩者。開關SW2及SW3分別由信號φ2及φ3控制以分別將偏移電容器COS之第二端選擇性地耦合至節點206或節點208。舉例而言，在開關SW2斷開且開關SW3閉合之情況下，偏移電容器COS耦合至節點206。相反地，在開關SW2閉合且SW3斷開之情況下，偏移電容器COS耦合至節點208。OTA 202之非反相輸入亦耦合至節點208。因此，在信號φ2及φ3將偏移電容器COS之第二端耦合至節點208時，偏移電容器COS被充電至實質上等於偏移電壓VOS之一電壓。此外，在信號φ2及φ3將偏移電容器COS之第二端耦合至節點206時，自參考電路200之輸入環路210減去跨越偏移電容器COS之經取樣電壓(亦即，VOS)以消除OTA 202之偏移電壓VOS。
開關SW1耦合於OTA 202之反相輸入與一輸出之間。開關SW1由信號φ1控制以在開關SW1閉合時提供環繞OTA 202之一負單位增益回饋環路。在開關SW1斷開時，OTA 202處於一開放環路模式中。
開關SW4具有耦合至OTA 202之輸出之一端。開關SW4之另一端耦合至保持電容器CHOLD。如所圖解說明，開關SW4由用以控制開關SW3之相同信號φ3控制。因此，在開關SW3閉合以將偏移電容器COS耦合至節點206時，開關SW4亦閉合以允許OTA 202之輸出給保持電容器CHOLD充電。接著將跨越保持電容器CHOLD形成之電壓提供至源極隨耦器電晶體SF之控制端子。在一項實施例中，源極隨耦器電晶體SF係一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，其中控制端子係該MOSFET之閘極。源極隨耦器電晶體SF用作一電壓緩衝器，其中控制端子係輸入且源極係提供帶隙參考電路200之一參考電壓輸出VREF之輸出。包含電阻器R5至R8之一電阻分壓器亦耦合至參考電壓輸出VREF以提供參考電壓VREF之經縮放版本。
參考電壓輸出VREF亦經耦合以將一共模電壓提供至雙極電晶體Q1及Q2之基極。雙極電晶體Q1之射極耦合至兩個串聯連接之電阻器R1及R2，而雙極電晶體Q2之射極耦合至電阻器R1與R2之間的節點。在一項實施例中，電阻器比R1/R2係16/5。雙極電晶體Q1之集極耦合至節點206，而雙極電晶體Q2之集極耦合至節點208。
雙極電晶體Q1及Q2在不同之電流密度(亦即，流動穿過射極之電流之密度)下操作。在圖2之實施例中，電晶體Q1在比電晶體Q2之電流密度小之一電流密度下操作。電流密度之此一差異可由以下各項產生：(1)使用在不等電流下操作之等同電晶體，(2)使用在相等電流下操作之具有不等射極面積之電晶體，或(3)藉由前兩個配置之某一組合。以實例之方式，在圖2之所圖解說明實施例中，電晶體Q1及Q2之射極面積A1及A2分別係不同的且穿過該兩個電晶體之電流係相等的。在一項實施例中，射極面積比A1/A2等於24。在另一實施例中，射極面積比A1/A2等於8。雙極電晶體Q1及Q2可在Q2位於一3×3雙極裝置陣列或一5×5雙極裝置陣列的中間因此射極面積比為8：1或24：1的情況下良好匹配。
藉由包含相等電阻之電阻器R3及R4之一負回饋配置來驅迫雙極電晶體Q1及Q2之電晶體電流相等。電阻器R3及R4形成與各別集極電流成比例且在開關SW3閉合時耦合至OTA 202之輸入端子之電壓。源極隨耦器電晶體SF回應於OTA 202之輸出而驅動雙極電晶體直至跨越負載電阻器R3及R4之電壓降相等為止，藉此驅迫電晶體集極電流相等。藉由使用良好匹配之電晶體Q1及Q2，射極電流亦將相等。因此，將參考電壓VREF調節至矽之帶隙電壓(亦即，大約1.24V)，藉此提供一準確且穩定之參考以供其他電路(例如，圖1之ADC 118)使用。
圖3係圖解說明圖2之帶隙參考電路200之各種波形之一時序圖。現在將參考圖2及圖3來闡述帶隙參考電路200之操作。在時間t1處， 一開始操作階段以信號φ1及φ2為高且信號φ3為低而開始，藉此閉合開關SW1及SW2且斷開開關SW3及SW4。在時間t1處，亦在源極隨耦器電晶體SF之控制端子處接收一開始脈衝START。在一項實施例中，開始脈衝START係自圖1之影像感測器100之控制電路120接收的，從而指示像素陣列110之一讀出階段之開始。作為回應，源極隨耦器電晶體SF將把共模電壓VREF供應至雙極電晶體Q1及Q2之基極，從而致使此等電晶體導通。此時，由於偏移電壓VOS而在節點206與節點208之間存在一差分電壓。因此，在偏移電容器COS耦合至節點208之情況下，此電容器充電至實質上等於偏移電壓VOS之一電壓。接下來，在信號φ1之下降邊緣處，在時間t2處，開關SW1斷開，藉此中斷環繞OTA 202之單位增益負回饋環路。此外，在時間t2處，來自開關SW1之電荷注入可作為額外非補償偏移電壓誤差顯現於偏移電容器COS上。可藉由減小開關SW1之面積且增加電容器COS之面積來減小此偏移電壓誤差。此時，OTA 202之反相輸入已變為一CMOS「浮動節點」且當SW2在時間t3處斷開時無電荷可逃出偏移電容器COS。
接下來，在時間t4處，信號φ3變高，藉此閉合開關SW3及SW4。此致使OTA 202之回饋環路進入一差分電壓感測狀態中，其中自輸入環路210減去跨越電容器COS之經取樣電壓(亦即，VOS)。在輸入環路210中自節點208逆時針量測電壓，該電壓將跨越OTA 202之輸入端子升高一個VOS且接著在偏移電容器COS上下降一個VOS而到達節點206。因此，已消除OTA 202之偏移電壓VOS。
雖然圖3展示一單個開始階段，但本發明之實施例可需要數個開始循環來使參考電壓VREF達到其大約1.24V之最終狀態。一旦達到最終狀態，帶隙參考電路200便可藉由在一第一階段與一第二階段之間交替而週期性地更新參考電壓VREF。第一階段(亦即，階段1)係在開關SW1及SW2閉合之情況下將偏移電壓VOS取樣至電容器COS上，且第 二階段(階段2)係差分電壓感測級，其中將VREF調節至其最終值(例如，1.24V)。在一項實施例中，參考電壓VREF之更新與一CMOS影像感測器(諸如圖1之影像感測器100)之列讀出同步。
如自圖3可見，在時間t7至時間t8處，參考電壓VREF可在開關SW3及SW4於時間t7處閉合之後需要穩定時間。因此，與影像感測器100之列讀出之同步可使得在參考電壓VREF已穩定之後(例如，在時間t8處)僅讀出一列。因此，時間t8與t9之間的週期可與像素114之一第一列之讀出(及數位轉換)對應，而時間t10與t11之間的週期與像素114之一第二列之讀出對應，等等。應注意，本發明之實施例可具有優於習用「斬波器穩定」及「自動調零」技術之一優點，此乃因在將VREF供應至ADC時之時間間隔(例如，間隔t8至t9及間隔t10至t11)中不發生高頻切換。
現在返回參考圖2，帶隙參考電路200可包含用於產生信號φ1、φ2及φ3之邏輯204。如所展示，邏輯204可回應於一列同步輸入信號而產生信號φ1、φ2及φ3。在一項實施例中，該列同步輸入信號係由影像感測器100之控制電路120產生之一row_sync信號，以使得在讀出影像感測器之每一列之前更新參考電壓VREF。舉例而言，圖4係圖解說明根據本發明之一實施例之與一影像感測器之列讀出同步之對帶隙參考電路之更新之一流程圖。將參考圖1至圖4來闡述過程400。在過程方塊405中，控制電路120選擇像素陣列110之一第一列用於讀出。如此一來，控制電路可產生各種控制信號，包含使列之讀出同步之一row_sync信號(過程方塊410)。在過程方塊415中，帶隙參考電路160接收row_sync信號。以實例之方式，至圖2之邏輯204之列同步輸入信號可係row_sync信號。作為回應，過程方塊420包含帶隙參考電路更新由帶隙參考電路產生之參考電壓。參考電壓之更新包含先前參考圖3所論述之兩個階段。亦即，第一階段包含將OTA 202之偏移電壓VOS 取樣至取樣電容器COS上。第二階段包含OTA之電壓差分操作模式，其中自輸入環路210減去在取樣電容器COS上保持之取樣電壓以取消OTA 202之偏移電壓VOS。
接下來，在過程方塊425中，將類比影像資料讀出至讀出電路130且ADC 118使用參考電壓VREF來轉換該資料。在決策方塊430中，判定是否已讀出所有列。若是，則過程400結束列之讀出。若否，則過程方塊435選擇下一列用於讀出且過程400重複。因此，對像素陣列110之每一列讀出，就更新由帶隙參考電路產生之參考電壓。
本文中所揭示之影像感測器可包含於一數位靜態相機、數位視訊攝影機、攝影機電話、影像電話(picture phone)、視訊電話、攝錄影機、網路攝影機、一電腦系統中之攝影機、保全攝影機、醫療成像裝置、光學滑鼠、玩具、遊戲、掃描器、汽車影像感測器或其他類型之電子影像及/或視訊獲取裝置中。取決於實施方案，電子影像及/或視訊獲取裝置亦可包含其他組件，例如，用以發射光之一光源、以光學方式耦合以將光聚焦於像素陣列上之一或多個透鏡、以光學方式耦合以允許光通過一或多個透鏡之一快門、用以處理影像資料之一處理器及用以儲存影像資料之一記憶體，此處僅列舉幾項實例。
在說明及申請專利範圍中，可使用術語「經耦合」及「經連接」連同其派生詞。應理解，此等術語並非意欲作為彼此之同義詞。而是，在特定實施例中，「經連接」可用以指示兩個或兩個以上元件彼此直接實體或電接觸。「經耦合」可意指兩個或兩個以上元件直接實體或電接觸。然而，「經耦合」亦可意指兩個或兩個以上元件並不彼此直接接觸，但仍彼此協作或互動。舉例而言，一校準電路可經由一介入開關與一行ADC電路耦合。
在上文說明中，出於解釋之目的，已陳述眾多特定細節以便提供對實施例之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將明瞭，可在無此 等特定細節中之某些細節之情況下實踐一或多個其他實施例。提供所闡述之特定實施例並非為了限制本發明而是為了對其進行圖解說明。本發明之範疇將不由上文所提供之特定實例判定而僅由下文申請專利範圍判定。在其他例項中，已以方塊圖形式或未詳細展示眾所周知之電路、結構、裝置及操作以便避免使對說明之理解模糊。
熟習此項技術者亦將瞭解，可對本文中所揭示之實施例(例如，對實施例之組件之組態、功能及操作方式以及使用)做出修改。與在圖式中圖解說明且在說明書中闡述之彼等關係等效之所有關係涵蓋在實施例內。此外，在認為適當之處，已在各圖當中重複參考編號或參考編號之末端部分以指示對應或類似元件，該等對應或類似元件視情況可具有類似特性。
已闡述各種操作及方法。雖然已在流程圖中以一基本形式闡述該等方法中之某些方法，但可視情況將操作添加至該等方法及/或自該等方法移除。另外，儘管流程圖展示根據實例性實施例之操作之一特定次序，但應理解，彼特定次序係例示性的。替代實施例可視情況以不同次序執行操作、組合特定操作、使特定操作重疊等。可對該等方法做出諸多修改及改動且本發明涵蓋該等修改及改動。
一或多項實施例包含一製造物件(例如，一電腦程序產品)，該製造物件包含一機器可存取及/或機器可讀媒體。該媒體可包含提供(舉例而言，儲存)呈可由機器存取及/或讀取之一形式之資訊之一機制。該機器可存取及/或機器可讀媒體可提供或其上儲存有一或多個指令及/或資料結構或者一指令及/或資料結構序列，若由一機器執行，則該一或多個指令及/或資料結構或者該指令及/或資料結構序列致使或導致機器執行及/或致使機器執行本文中所揭示之圖中所展示之操作或方法或技術中之一或多者或一部分。
在一項實施例中，機器可讀媒體可包含一有形非暫時機器可讀 儲存媒體。舉例而言，有形非暫時機器可讀儲存媒體可包含一軟式磁片、一光學儲存媒體、一光碟、一CD-ROM、一磁碟、一磁光碟、一唯讀記憶體(ROM)、一可程式化ROM(PROM)、一可抹除可程式化ROM(EPROM)、一電可抹除可程式化ROM(EEPROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一靜態RAM(SRAM)、一動態RAM(DRAM)、一快閃記憶體、一相變記憶體或其一組合。有形媒體可包含一或多個固態或有形實體材料，例如，一半導體材料、一相變材料、一磁性材料等。
適合機器之實例包含但不限於：數位相機、數位視訊攝影機、蜂巢式電話、電腦系統、具有像素陣列之其他電子裝置及能夠擷取影像之其他電子裝置。此等電子裝置通常包含與一或多個其他組件(諸如一或多個儲存裝置(非暫時機器可讀儲存媒體))耦合之一或多個處理器。因此，一給定電子裝置之儲存裝置可儲存用於在彼電子裝置之一或多個處理器上執行之程式碼及/或資料。另一選擇係，一實施例之一或多個部分可使用軟體、韌體及/或硬體之不同組合來實施。
亦應瞭解，在本說明書通篇中對「一項實施例」、「一實施例」或「一或多項實施例」之提及(舉例而言)意指一特定特徵可包含於本發明之實踐中(例如，在至少一項實施例中)。類似地，應瞭解，出於簡化本發明及幫助理解各種發明性態樣之目的，在說明中有時將各種特徵一起聚集於一單項實施例、圖或其說明中。然而，本發明之此方法不應被解釋為反映本發明需要比每一請求項中所明確陳述之特徵更多之特徵之一意圖。而是，如以下申請專利範圍反映：發明性態樣可在於少於一單項所揭示實施例之所有特徵。因此，跟隨實施方式之申請專利範圍特此明確併入至此實施方式中，其中每一請求項獨立地作為一單獨實施例。
200‧‧‧實例性帶隙參考電路/帶隙參考電路/參考電路
202‧‧‧運算跨導放大器
204‧‧‧邏輯
206‧‧‧電路節點/節點
208‧‧‧電路節點/節點
20‧‧‧輸入環路
A1‧‧‧射極面積
A2‧‧‧射極面積
CHOLD‧‧‧保持電容器
Cos‧‧‧偏移電容器/電容器/取樣電容器
Q1‧‧‧雙極電晶體/電晶體
Q2‧‧‧雙極電晶體/電晶體
R1‧‧‧電阻器
R2‧‧‧電阻器
R3‧‧‧電阻器/負載電阻器
R4‧‧‧電阻器/負載電阻器
R5-R8‧‧‧電阻器
SF‧‧‧源極隨耦器電晶體
START‧‧‧開始脈衝
SW1‧‧‧開關
SW2‧‧‧開關
SW3‧‧‧開關
SW4‧‧‧開關
Vos‧‧‧偏移電壓/實質偏移電壓/經取樣電壓
VREF‧‧‧參考電壓/參考電壓輸出/共模電壓
φ1‧‧‧信號
φ2‧‧‧信號
φ3‧‧‧信號

Claims (19)

  1. 一種帶隙參考電路，其包括：一運算跨導放大器(OTA)，其具有一反相輸入及一非反相輸入；一第一開關，其耦合於該OTA之該反相輸入與一輸出之間以在該第一開關閉合時提供環繞該OTA之一負回饋環路；一電容器，其具有耦合至該反相輸入之一第一端及一第二端；一第二開關，其耦合至該電容器之該第二端，其中在該第二開關閉合時，該電容器被充電至實質上等於該OTA之一偏移電壓之一電壓；一第三開關，其耦合至該電容器之該第二端，其中在該第三開關閉合時，自該參考電路之一輸入環路減去跨越該電容器之該電壓以消除該OTA之該偏移電壓；一第一雙極電晶體，其具有耦合至一第一電阻器與該第三開關之間的一第一節點之一集極；及一第二雙極電晶體，其具有耦合至一第二電阻器與該第二開關之間的一第二節點之一集極，其中該OTA之該非反相輸入耦合至該第二節點，其中該帶隙參考電路將經耦合以接收使對一成像感測器中所包含之一像素陣列之每一列之讀出同步之一第一信號，且其中該帶隙參考電路經組態以回應於該第一信號而在對該像素陣列之每一列之該讀出期間更新(refresh)一參考電壓。
  2. 如請求項1之帶隙參考電路，其中更新該參考電壓包含：閉合該第二開關以將該電容器充電至實質上等於該OTA之該偏移電壓之該電壓；及 閉合該第三開關以自該參考電路之該輸入環路減去跨越該電容器之該電壓以消除該OTA之該偏移電壓。
  3. 如請求項1之帶隙參考電路，其中該第一雙極電晶體之一基極及該第二雙極電晶體之一基極耦合至該帶隙參考電路之一參考電壓輸出。
  4. 如請求項1之帶隙參考電路，其進一步包括：一第四開關，其具有耦合至該OTA之該輸出之一端；一源極隨耦器電晶體，其具有耦合至該第四開關之一第二端之一控制端子，其中該源極隨耦器電晶體經組態以在該第四開關閉合時將該參考電壓輸出提供至該等第一及第二雙極電晶體之該等基極。
  5. 如請求項4之帶隙參考電路，其中該源極隨耦器電晶體進一步經耦合以接收一開始脈衝，其中該源極隨耦電晶體經組態以在該第四開關斷開且接收到該開始脈衝時將該參考電壓輸出提供至該等第一及第二雙極電晶體之該等基極。
  6. 如請求項4之帶隙參考電路，其進一步包括經耦合以產生以下信號之邏輯：一第一控制信號，其用以控制該第一開關之切換；一第二控制信號，其用以控制該第二開關之切換；及一第三控制信號，其用以控制該等第三及第四開關之切換。
  7. 如請求項6之帶隙參考電路，其中該邏輯在一第一階段中且在一後續第二階段中產生該等控制信號，其中該第一階段包含該等第一及第二開關閉合且該等第三及第四開關斷開，以使得該電容器之該第二端耦合至該第二節點以將該偏移電壓取樣至該電容器上。
  8. 如請求項7之帶隙參考電路，其中該第二階段包含該等第一及第 二開關斷開且該等第三及第四開關閉合，以使得該OTA感測該等第一與第二節點之間的一差分電壓，且以使得自該參考電路之該輸入環路減去跨越該電容器之該電壓以消除該OTA之該偏移電壓。
  9. 如請求項1之帶隙參考電路，其中環繞該OTA之該負回饋環路係一單位增益負回饋環路。
  10. 一種用於產生數位影像資料之影像感測器，該影像感測器包括：一像素陣列，其包含配置成若干列及行以用於擷取類比影像資料之複數個像素單元；一位元線，其耦合至該像素陣列之一行內之該等像素中之至少一者；控制電路，其用以產生用以使對該像素陣列之每一列之讀出同步之一第一信號；及讀出電路，其耦合至該位元線以自該至少一個像素讀出該類比影像資料，該讀出電路包含用於將一參考電壓提供至一類比轉數位轉換器(ADC)之帶隙參考電路，該帶隙參考電路包括：一運算跨導放大器(OTA)，其具有一反相輸入及一非反相輸入；一第一開關，其耦合於該OTA之該反相輸入與一輸出之間以在該第一開關閉合時提供環繞該OTA之一負回饋環路；一電容器，其具有耦合至該反相輸入之一第一端及一第二端；一第二開關，其耦合至該電容器之該第二端，其中在該第二開關閉合時，該電容器被充電至實質上等於該OTA之一偏移電壓之一電壓； 一第三開關，其耦合至該電容器之該第二端，其中在該第三開關閉合時，自該參考電路之一輸入環路減去跨越該電容器之該電壓以消除該OTA之該偏移電壓；一第一雙極電晶體，其具有耦合至一第一電阻器與該第三開關之間的一第一節點之一集極；及一第二雙極電晶體，其具有耦合至一第二電阻器與該第二開關之間的一第二節點之一集極，其中該OTA之該非反相輸入耦合至該第二節點，其中該帶隙參考電路經耦合以接收該第一信號，且其中該帶隙參考電路隨著對該像素陣列之每一列之該讀出而更新該參考電壓。
  11. 如請求項10之影像感測器，其中該帶隙參考電路更新該參考電壓包含：閉合該第二開關以將該電容器充電至實質上等於該OTA之該偏移電壓之該電壓；及閉合該第三開關以自該參考電路之該輸入環路減去跨越該電容器之該電壓以消除該OTA之該偏移電壓。
  12. 如請求項10之影像感測器，其中該第一雙極電晶體之一基極及該第二雙極電晶體之一基極耦合至該帶隙參考電路之一參考電壓輸出。
  13. 如請求項10之影像感測器，其中該帶隙參考電路進一步包括：一第四開關，其具有耦合至該OTA之該輸出之一端；一源極隨耦器電晶體，其具有耦合至該第四開關之一第二端之一控制端子，其中該源極隨耦器電晶體經組態以在該第四開關閉合時將該參考電壓提供至該等第一及第二雙極電晶體之該等基極。
  14. 如請求項13之影像感測器，其中該源極隨耦器電晶體進一步經 耦合以接收一開始脈衝，其中該源極隨耦電晶體經組態以在該第四開關斷開且接收到該開始脈衝時將該參考電壓提供至該等第一及第二雙極電晶體之該等基極。
  15. 如請求項13之影像感測器，其中該帶隙參考電路進一步包括經耦合以產生以下信號之邏輯：一第一控制信號，其用以控制該第一開關之切換；一第二控制信號，其用以控制該第二開關之切換；及一第三控制信號，其用以控制該等第三及第四開關之切換。
  16. 如請求項13之影像感測器，其中該邏輯在一第一階段中且在一後續第二階段中產生該等控制信號，其中該第一階段包含該等第一及第二開關閉合且該等第三及第四開關斷開，以使得該電容器之該第二端耦合至該第二節點以將該偏移電壓取樣至該電容器上。
  17. 如請求項16之影像感測器，其中該第二階段包含該等第一及第二開關斷開且該等第三及第四開關閉合，以使得該OTA感測該等第一與第二節點之間的一差分電壓，且以使得自該參考電路之該輸入環路減去跨越該電容器之該電壓以消除該OTA之該偏移電壓。
  18. 如請求項10之影像感測器，其中環繞該OTA之該負回饋環路係一單位增益負回饋環路。
  19. 一種方法，其包括：產生用以使對一成像感測器中所包含之一像素陣列之每一列之讀出同步之一第一信號；在該成像感測器之一帶隙參考電路處接收該第一信號，且回應於該第一信號而在對該像素陣列之每一列之該讀出期間更新由該帶隙參考電路產生之一參考電壓，其中更新該參考電壓包 含：對該帶隙參考電路中所包含之一運算跨導放大器(OTA)之一偏移電壓VOS進行取樣之一第一階段；及自該帶隙參考電路之一輸入環路減去該經取樣電壓以消除該OTA之該偏移電壓VOS之一第二階段；及用一類比轉數位轉換器轉換自該像素陣列之每一列讀出之資料，其中該類比轉數位轉換器使用該參考電壓來轉換該資料。
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