TWI578789B - 經由斜波產生器之影像感測器電源供應抑制比雜訊減少 - Google Patents

經由斜波產生器之影像感測器電源供應抑制比雜訊減少 Download PDF

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Description

經由斜波產生器之影像感測器電源供應抑制比雜訊減少
本發明大體上係關於影像感測器。更明確言之，本發明之實例係關於自影像感測器像素單元讀出影像資料之電路。
影像感測器已變得無處不在。其等廣泛應用於數位相機，蜂巢式電話、安全攝像機，以及醫療、汽車及其它應用中。用以製造影像感測器(且尤其互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器)之技術已持續以迅猛之速度進步。例如，對更高解析度及更低能耗之需求已促進CMOS影像感測器之進一步微型化及整合。
在一習知CMOS主動像素感測器中，自一光敏器件(例如，一光電二極體)轉移影像電荷且該影像電荷被轉換成一浮動擴散節點上之像素單元內部之一電壓信號。在習知CMOS影像感測器中，一放大器(諸如一源極隨耦器電路)用於像素單元中以放大該浮動擴散節點上之信號，以將影像資料輸出至位元線，該等影像資料由行讀出電路讀取。受像素單元之設計及佈局約束限制，源極隨耦器電路可受一不合意之電源抑制比(諸如-20dB)之影響。一不合意之電源抑制比可帶來許多挑戰，包含可進入輸出信號路徑之來自電源之雜訊。此外，電源之漣波可致使所捕獲影像中之非所要水平漣波。
100‧‧‧影像感測系統/成像系統
102‧‧‧像素陣列
104‧‧‧讀出電路
106‧‧‧功能邏輯
108‧‧‧控制電路
110‧‧‧讀出行位元線
202‧‧‧像素陣列
204‧‧‧讀出電路
210‧‧‧位元線
212‧‧‧像素單元
214‧‧‧光電二極體(PD)
216‧‧‧轉移電晶體T1
218‧‧‧重置電晶體T2
220‧‧‧供應電壓AVDD
222‧‧‧浮動擴散節點FD
224‧‧‧放大器電晶體SF T3
226‧‧‧列選擇電晶體RS T4
228‧‧‧感測放大器電路
230‧‧‧類比至數位轉換器
232‧‧‧斜波產生器
234‧‧‧參考斜波信號Ramp_out
236‧‧‧參考帶隙電壓VBG
238‧‧‧數位影像資料
312‧‧‧像素單元
320‧‧‧AVDD供應電壓
332‧‧‧斜波產生器
334‧‧‧輸出斜波信號Ramp_out
336‧‧‧參考帶隙電壓VBG
340‧‧‧供應電壓取樣電路
342‧‧‧感測放大器SA1
346‧‧‧均衡開關EQ
348‧‧‧供應電壓取樣開關SP0
350‧‧‧輸出電容器C3
352‧‧‧第三電容器C4
354‧‧‧第一積分器電路
356‧‧‧第一積分器耦合運算放大器OP3
358‧‧‧第四電容器C5
360‧‧‧第一積分器均衡開關AZ1
362‧‧‧第一積分器輸出電容器C6
364‧‧‧第一開關T_cvdn_b
366‧‧‧第二開關T_cvdn
368‧‧‧經緩衝參考電壓Vbg_buf
370‧‧‧電壓隨耦器耦合運算放大器OP1
372‧‧‧電容器C1
374‧‧‧Samp_vrn
376‧‧‧電容分壓器
378‧‧‧第一電容器C7
380‧‧‧第二電容器C8
382‧‧‧斜波產生器輸入參考信號
384‧‧‧第二積分器電路
386‧‧‧恆定輸入信號IN
388‧‧‧第二積分器耦合運算放大器OP4
390‧‧‧第二積分器均衡開關Ramp_en
392‧‧‧第五電容器C9
434‧‧‧Ramp_out
446‧‧‧EQ
448‧‧‧開關SP0信號
460‧‧‧AZ1
464‧‧‧第一開關T_cvdn_b
466‧‧‧第二開關T_cvdn
474‧‧‧Samp_vrn
490‧‧‧時序圖
494‧‧‧電壓VA
496‧‧‧電壓VB
498‧‧‧時序圖
參考以下圖描述本發明之非限制性及非窮盡實施例，其中遍及各種視圖中之相同元件符號係指相同部分，除非另有規定。
圖1係繪示根據本發明之教示之包含具有像素單元及讀出電路以改良位元線中之電源抑制比之一像素陣列之一實例成像系統之一方塊圖。
圖2係繪示根據本發明之教示之耦合至包含耦合至一類比至數位轉換器之一斜波產生器(其藉由補償像素單元之AVDD電源之變化而改良像素單元之電源抑制比)之讀出電路之一像素單元之一實例之一示意圖。
圖3係繪示根據本發明之教示之改良位元線中之電源抑制比之包含於一影像感測系統之讀出電路中之一斜波產生器之一實例之一示意圖。
圖4繪示根據本發明之教示之改良位元線中之電源抑制比之包含於一影像感測系統之讀出電路中之一實例斜波產生器中之信號之一時序圖。
對應參考字元遍及圖式之若干視圖指示對應組件。熟練技術人員應瞭解，圖中之元件出於簡單及清楚之目的而繪示，且並不一定按比例繪製。例如，圖中一些元件之尺寸相對於其它元件可被誇大以幫助改良對本發明之各種實施例之理解。此外，為促進對本發明之此等各種實施例之更少理解障礙，通常不描繪在商業上可行之一實施例中有用或必要的普通但眾所周知之元件。
在以下描述中，闡述眾多特定細節以提供對本發明之透徹理解。然而，一般技術者將明白，無需使用特定細節來實踐本發明。在其它例項中，尚未詳細描述眾所周知之材料或方法以避免混淆本發明。
遍及本說明書之對「一個實施例」、「一實施例」、「一個實例」或「一實例」之參考意謂結合實施例或實例所描述之特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一個實施例中。因此，遍及本說明書之各種地方之片語「在一個實施例中」、「在一實施例中」、「一個實例」或「一實例」之出現並不一定全部係指相同實施例或實例。此外，在一或多個實施例或實例中，可以任何適當組合及/或子組合而組合特定特徵、結構或特性。特定特徵、結構或特性可包含於一積體電路、一電子電路、一組合邏輯電路或提供所描述之功能之其它適當組件中。此外，一般技術者應瞭解，在此所提供之圖出於解釋目的且並不一定按比例繪製圖式。
根據本發明之教示之實例描述一斜波產生器，其經耦合以向包含於一影像感測器讀出電路中之一類比至數位轉換器提供一斜波信號。在一實例中，該斜波產生器包含一供應電壓取樣電路，其經耦合以在一像素單元之一黑色信號讀出期間取樣該像素單元之一黑色信號供應電壓，且在該像素單元之一影像信號讀出期間取樣該像素單元之一影像信號供應電壓。該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之差用以判定電源中漣波量。一第一積分器電路耦合至該供應電壓取樣電路之一輸出。第一開關及第二開關耦合在該第一積分器電路與第一電容器之間。該第一開關及該第二開關經切換以將表示該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之差之一信號傳送至該第一電容器。一第二積分器電路耦合至該第一電容器以產生一輸出斜波信號，其經耦合以由該影像感測器讀出電路中之一類比至數位轉換器接收。回應於該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之差而調整該輸出斜波信號之起始值。藉由回應於該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之差而調整該輸出斜波信號之起始值，供應電壓中之漣波經補償，其因此提供根據本發明之教示之該影像感測器中之 一經提高電源抑制比。
為繪示，圖1係繪示根據本發明之教示之包含具有像素單元及讀出電路以改良位元線中之電源抑制比之一像素陣列之一實例成像系統之一方塊圖。如所展示，圖1描繪根據本發明之教示之包含具有提供一經改良電源抑制比之一斜波產生器之讀出電路104之一影像感測系統100之一實例。如在所描繪之實例中所展示，成像系統100包含像素陣列102，其經耦合至控制電路108；及讀出電路104，其經耦合至功能邏輯106。
在一實例中，像素陣列102係成像感測器或像素單元(例如，像素單元P1、P2、P3、……、Pn)之一二維(2D)陣列。在一實例中，各像素單元係一CMOS成像像素。如所繪示，將各像素配置成一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以獲取人員、位置、物件等等之影像資料，其接著能夠用以呈現人員、位置、物件等等之一2D影像。
在一實例中，於各像素單元已累積其影像資料或影像電荷之後，該影像資料係由讀出電路104通過行位元線110讀出且接著被傳送至功能邏輯106。在各種實例中，讀出電路104亦可包含額外放大電路、取樣電路、額外類比至數位(ADC)轉換電路或其它電路。功能邏輯106可僅儲存影像資料或甚至藉由應用影像後製效果(例如，裁剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或依其它方式)來操縱影像資料。在一實例中，讀出電路104可沿讀出行位元線110一次讀出一列影像資料(已繪示)，或可使用各種其它技術來讀出影像資料(未繪示)，諸如，一串列讀出或同時完全平行讀出全部像素。
在一實例中，控制電路108經耦合至像素陣列102以控制像素陣列102之操作特性。例如，控制電路108可產生用於控制影像獲取之一快門信號。在一實例中，該快門信號係一全域快門信號，用於同時使 像素陣列102內之全部像素能夠在一單一獲取視窗期間同時捕獲其等各自影像資料。在另一實例中，該快門信號係一滾動快門信號，使得像素之各列、行或群組在連續獲取窗口期間被循序地啟用。
圖2係繪示根據本發明之教示之經耦合至包含經耦合至一類比至數位轉換器之一斜波產生器(其藉由補償像素單元之AVDD電源之漣波或變化來改良像素單元之電源抑制比)之讀出電路之一像素單元之一實例之一示意圖。特定言之，圖2展示根據本發明之教示之經耦合至具有一讀出架構(其補償像素陣列202之像素單元212之AVDD電源之漣波或變化)之讀出電路204之一行之一像素陣列202之一像素單元212之一實例之一示意圖。應注意，圖2之像素單元212、像素陣列202及讀出電路204可為圖1之實例像素單元P1、P2、……、Pn，像素陣列102及讀出電路104，且下文參考之類似命名及編號的元件因此類似於如上文所描述而經耦合及起作用。
在圖2所描繪之實例中，繪示像素單元212為一四電晶體(4T)像素單元。應瞭解，像素單元212係用於實施像素陣列202內之各像素單元之像素電路架構之一可行實例。然而，應瞭解，並不一定將根據本發明之教示之其它實例限於4T像素架構。受益於本發明之一般技術者應理解，本教示亦適用於根據本發明之教示之3T設計、5T設計及各種其它像素單元架構。
在圖2所描繪之實例中，像素單元212包含一光敏元件(其亦可被稱作累積影像電荷之一光電二極體(PD)214)、一轉移電晶體T1 216、一重置電晶體T2 218、一浮動擴散(FD)節點222、一放大器電晶體(其繪示為一源極隨耦器(SF)電晶體T3 224)及一列選擇電晶體T4 226。在操作期間，轉移電晶體T1 216接收一轉移信號TX，其選擇性地將在光敏元件PD 214中累積之影像電荷轉移至浮動擴散FD節點222。
如在所繪示之實例中所展示，重置電晶體T2 218耦合於一供應電 壓AVDD 220與浮動擴散節點FD 222之間以回應於一重置信號RST而重置像素單元212中之位準(例如，將浮動擴散節點FD 222及光敏元件PD 214放電或充電至一預設電壓)。浮動擴散節點FD 222經耦合以控制放大器電晶體SF T3 224之閘極。放大器電晶體SF T3 224耦合於供應電壓AVDD 220與列選擇電晶體RS T4 226之間。放大器電晶體SF T3 224作為一源極隨耦器放大器而操作，提供一高阻抗連接至浮動擴散節點FD 222。列選擇電晶體RS T4 226回應於一列選擇信號RS而選擇性地將像素單元212之影像資料輸出耦合至讀出行位元線210。在所繪示之實例中，位元線210經耦合以選擇性地自像素陣列202之一行讀出影像資料。
圖2中所描繪之實例亦繪示讀出電路204之一行，其包含耦合至位元線210以自像素陣列202之像素單元212讀出影像資料之一感測放大器電路228。在一實例中，使用感測放大器電路228感測之影像資料可被取樣，且接著輸出至一類比至數位轉換器230，類比至數位轉換器230轉換自感測放大器電路228接收之經感測之類比影像資料。
在一實例中，類比至數位轉換器230亦經耦合以自一斜波產生器232接收一參考斜波信號Ramp_out 234。在類比至數位轉換器230之轉換程序期間，參考斜波信號Ramp_out 234自一起始值減小(或增大)。在一實例中，類比至數位轉換器230回應於參考斜波信號Ramp_out 234信號及自感測放大器電路228接收之類比影像資料信號而在轉換程序完成之後輸出一數位影像資料238信號。在一實例中，數位影像資料238接著可由功能邏輯106(如圖1中所展示)接收。
如下文將更詳細討論，根據本發明之教示，可由斜波產生器232藉由調整參考斜波信號Ramp_out 234之一起始值來補償發生於AVDD供應電壓220中之變化或漣波以改良電源抑制比。在實例中，根據本發明之教示，AVDD供應電壓220中之漣波越大，對參考斜波信號 Ramp_out 234之起始值之調整越大。
在一實例中，斜波產生器232回應於一參考帶隙電壓VBG 236及自像素陣列202之一像素單元220接收之AVDD供應電壓220而產生參考斜波信號Ramp_out 234。如將討論，根據本發明之教示，由斜波產生器232藉由尋找在自像素陣列202讀出一黑色信號時與自像素陣列202讀出一影像信號時之間之AVDD供應電壓220中的差來判定AVDD供應電壓220中的變化或漣波。
為繪示，圖3係繪示根據本發明之教示之改良位元線中之電源抑制比之包含於一影像感測系統之讀出電路中之一斜波產生器332之一實例之一示意圖。應注意，圖3之斜波產生器332可為圖2之斜波產生器232之一實例，且下文參考之類似命名及編號的之元件因此類似於如上文所描述而經耦合及起作用。
如在所描繪之實例中所展示，斜波產生器332包含一供應電壓取樣電路340，其經耦合至一影像感測器之一像素單元312，以在像素單元312之一黑色信號讀出期間取樣像素單元312之AVDD供應電壓320之一黑色信號供應電壓值。此外，供應電壓取樣電路340亦適用於在像素單元312之一影像信號讀出期間取樣像素單元312之AVDD供應電壓320之一影像信號供應電壓值。接著可判定差(在本發明中指△AVDD)：△AVDD=V_avdd_signal-V_avdd_black (方程式1)其中V_avdd_signal係在像素單元312之一影像信號讀出期間之像素單元312之AVDD供應電壓320的影像信號供應電壓值，且其中V_avdd_black係在像素單元312之一黑色信號讀出期間之像素單元312之AVDD供應電壓320的黑色信號供應電壓值。在實例中，該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間的△AVDD差可用以判定像素單元312之AVDD電源中的漣波或變化。
在一實例中，供應電壓取樣電路340包含一感測放大器SA1 342，其經耦合以自像素單元312接收供應電壓AVDD 320。在實例中，感測放大器SA1 342為係一單一輸入/單一輸出放大器OP2，其具有一單一反相輸入端子且不具有非反相端子(即，無「+」端子)。因此，在實例中，感測放大器SA1 342具有一負增益a1，其用以匹配真實信號路徑。
圖3中所描繪之實例亦展示供應電壓取樣電路340包含一均衡開關EQ 346，其經耦合於感測放大器SA1 342之一輸入與感測放大器SA1 342之一輸出之間。在操作中，均衡開關EQ 346可經閉合或接通，以在黑色信號供應電壓之取樣之前(即，在取樣V_avdd_black之前)均衡感測放大器SA1 342之輸出與感測放大器SA1 342之輸入。
在所描繪之實例中，圖3亦展示供應電壓取樣電路340包含一供應電壓取樣開關SP0 348，其經耦合於感測放大器SA1 342之一輸出與感測放大器SA1 342之一輸出電容器C3 350之間。
如在圖3中所描繪之實例中所展示，一第一積分器電路354具有一第一輸入，其經耦合以接收一經緩衝參考電壓Vbg_buf 368。在一實例中，經緩衝參考電壓Vbg_buf 368回應於一參考帶隙電壓VBG 336而具備一電壓隨耦器耦合運算放大器OP1 370。例如，如在實例中所展示，參考帶隙電壓VBG 336被取樣至一電容器C1 372上，電容器C1 372回應於一Samp_vrn 374信號而被耦合至運算放大器OP1 370之一非反相(「+」)端子。運算放大器OP1 370之輸出經耦合至運算放大器OP1 370之反相(「-」)端子，其因此將運算放大器OP1 370組態為一電壓隨耦器。因而，在運算放大器OP1 370之輸出處提供經緩衝參考電壓Vbg_buf 368至第一積分器電路354之第一輸入。
在圖3中所展示之實例中，第一積分器電路354亦包含一第二輸入，其耦合至供應電壓取樣電路340之一輸出。特定言之，所描繪之 實例展示第一積分器電路354包含一第一積分器耦合運算放大器OP3 356，其包含一第一輸入，該第一輸入通過一第三電容器C4 352電容耦合至供應電壓取樣電路340。在實例中，第一積分器耦合運算放大器OP3 356之第一輸入係一反相(「-」)輸入。第一積分器耦合運算放大器OP3 356之第一輸入通過一第四電容器C5 358進一步電容耦合至第一積分器耦合運算放大器OP3 356之一輸出。如在實例中所展示，第一積分器耦合運算放大器OP3 356之一第二輸入經耦合以接收經緩衝參考電壓Vbg_buf 368。在實例中，第一積分器耦合運算放大器OP3 356之第二輸入係一非反相(「+」)輸入。在所描繪之實例中，一第一積分器輸出電容器C6 362耦合至第一積分器電路354之輸出，如所展示。
圖3中所展示之實例繪示第一積分器電路354亦包含一第一積分器均衡開關AZ1 360，其耦合於第一積分器耦合運算放大器OP3 356之第一輸入(即，第一積分器耦合運算放大器OP3 356之反相端子)與輸出之間。如下文將進一步詳細討論，第一積分器均衡開關AZ1 360經調適為接通，同時取樣黑色信號供應電壓(即，V_avdd_black)。此外，在取樣黑色信號供應電壓之後，第一積分器均衡開關AZ1 360經調適為斷開。
圖3中所繪示之實例亦展示一第一開關T_cvdn_b 364耦合於第一積分器電路354之第二輸入與一第一電容器C7 378之間。一第二開關T_cvdn 366耦合於第一積分器電路354之一輸出與第一電容器C7 378之間。如下文將討論，第一開關T_cvdn_b 364及第二開關T_cvdn 366經調適(為接通及斷開)以將表示△AV/DD(即，該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之差)之一信號傳送至第一電容器C7 378。
在操作中，當第二開關T_cvdn 366斷開時，第一開關T_cvdn_b 364經調適為接通。類似地，當第二開關T_cvdn 366接通時，第一開 關T_cvdn_b 364經調適為斷開。當第一開關T_cvdn_b 364接通時，表示該黑色信號供應電壓(即，V_avdd_black)之一信號被傳送至第一電容器C7 378。當第二開關T_cvdn 366接通時，表示△AVDD(即，V_avdd_signal-V_avdd_black)之一信號被傳送至第一電容器C7 378。
如在圖3中所描繪之實例中所展示，第一電容器C7 378耦合至一第二電容器C8 380。第一電容器C7 378及第二電容器C8 380包含於一電容分壓器376中。在實例中，電容分壓器376之第一電容器C7 378與第二電容器C8 380之一電容比匹配像素單元312之供應電壓AVDD 320與像素單元312之一位元線輸出比之一比。例如，在一實例中，第一電容器C7 378與第二電容器C8 380之電容比為1：6，如圖3中所繪示。
如在實例中所展示，一第二積分器電路384耦合至第一電容器C7 378及第二電容器C8 380。第二積分器電路384經耦合以產生一輸出斜波信號Ramp_out 334，其經耦合以由一類比至數位轉換器(其可(例如)為圖2中所繪示之類比至數位轉換器230)接收。應瞭解，圖3之輸出斜波信號Ramp_out 334可因此為圖2之參考斜波信號Ramp_out 234之一實例。如將討論，回應於△AVDD而調整輸出斜波信號334之一起始值，其根據本發明之教示補償AVDD供應電壓320中之漣波或變化，且因此改良電源抑制比。
在圖3所描繪之實例中，第二積分器電路384包含一第二積分器耦合運算放大器OP4 388，其包含一第一輸入，該第一輸入耦合至第一電容器C7 378以接收一斜波產生器輸入參考信號382。第二積分器耦合運算放大器OP4 388之一第二輸入通過一第五電容器C9 392電容耦合至第二積分器耦合運算放大器OP4 388之一輸出。在一實例中，第二積分器耦合運算放大器OP4 388之該第二輸入進一步經耦合以接收一恆定輸入信號IN 386。例如，在一實例中，恆定輸入信號IN 386 經耦合以自一恆定電流源被接收。在實例中，第二積分器耦合運算放大器OP4 388之該輸出經耦合以提供輸出斜波信號Ramp_out 334，其在一實例中經耦合以由一類比至數位轉換器(諸如，例如，圖2之類比至數位轉換器230)接收。
在圖3所描繪之實例中，一第二積分器均衡開關Ramp_en 390耦合於第二積分器耦合運算放大器OP4 388之該第二輸入與該輸出之間。在實例中，第二積分器均衡開關Ramp_en 390經調適為接通以均衡第二積分器均衡開關Ramp_en 390之第二輸入與輸出。在實例中，回應於第二積分器均衡開關Ramp_en 390可啟用或停用輸出斜波信號Ramp_out 334之操作。
圖4繪示根據本發明之教示之改良位元線中之電源抑制比之包含於一影像感測系統之讀出電路中之一實例斜波產生器中之信號之一時序圖498。應注意，圖4之時序圖498中所繪示之信號可為在操作期間之關於圖3之斜波產生器332所描述之元件中發現之對應信號之實例。據此，應瞭解，下文參考之類似命名及編號之元件因此類似於如上文所描述而耦合及起作用。此外，應瞭解，下文使用指示斷言/解除斷言、打開/關閉等等之術語高/低或接通/斷開來描述數位邏輯信號。當然應注意，一般技術者應瞭解，在其它實例中，根據本發明之教示，可顛倒邏輯電路之極性且因此使本文所描述之信號反相以實現類似或等效功能。
如時序圖498中所展示，在時間T0，EQ 446信號係高，其因此初始化在感測放大器SA1 342之輸出處之電壓以等於感測放大器SA1 342之輸入。此經均衡SA1電壓係VA 494在時間T0之初始電壓，其係跨越感測放大器SA1 342之輸出電容器C3 350之電壓。
AZ1 360信號在時間T0亦係高，其因此初始化在第一積分器耦合運算放大器OP3 356之輸出處之電壓以等於第一積分器耦合運算放大 器OP3 356之第一輸入(即，反相輸入)。在實例中，第一積分器耦合運算放大器OP3 356在操作期間均衡該第一輸入與該第二輸入(即，反相輸入與非反相輸入)之間之電壓差。由於第一積分器耦合運算放大器OP3 356之第二輸入耦合至經緩衝參考電壓Vbg_buf 368，因此該第一輸入因此亦被設定為經緩衝參考電壓Vbg_buf 368。此經緩衝參考電壓Vbg_buf 368因此係如所展示之VB 496之恆定電壓，其係在第一積分器耦合運算放大器OP3 356之第一輸入處之電壓。
在時間T1，EQ 446信號變為低，其因此使感測放大器SA1 342能夠開始取樣AVDD供應電壓320，同時開關SP0信號448係高。在實例中，像素312在此時正讀出一黑色信號，且自AVDD供應電壓320取樣之信號因此係一黑色信號供應電壓，其亦可被稱作V_avdd_black。
在時間T2，開關SP0信號448變為低，其因此完成將該黑色信號供應電壓(V_avdd_black)取樣至感測放大器SA1 342之輸出電容器C3 350上。
在時間T3，Samp_vrn 474信號自高變為低，其因此完成將一Vrn電壓取樣至第二電容器C8 380上，以及將參考帶隙電壓VBG 336取樣至電容器C1 372上。在所描繪之實例中，應注意，被取樣至第二電容器C8 380之Vrn電壓係如所展示之Ramp_out 434信號之電壓。
在時間T4，AZ1 460信號自高變為低，其因此使第一積分器耦合運算放大器OP3 356能夠積分。在實例中，其中AZ1 460信號現在斷開，第一開關T_cvdn_b 464信號接通，且第二開關T_cvdn 466斷開，黑色信號供應電壓(即，V_avdd_black)被傳送至第一電容器C7 378。
在時間T5，SP0 448再次自低變為高，其因此使感測放大器SA1 342能夠再次開始取樣AVDD供應電壓320。在實例中，像素312在此時正讀出一影像信號，且自AVDD供應電壓320取樣之信號因此係一影像信號供應電壓，其亦可被稱作V_avdd_signal。當影像信號供應電 壓V_avdd_signal被取樣至輸出電容器C3 350上時，電壓VA 494升高(如所展示)。
在時間T6，開關SP0信號448變為低，其因此完成將影像信號供應電壓(V_avdd_signal)取樣至感測放大器SA1 342之輸出電容器C3 350上。在此時，跨越輸出電容器C3 350之電壓VA 494已變為：VA=經均衡之SA1-a1×△AVDD (方程式2)
其中a1係感測放大器SA1 342之增益之絕對值，其用以匹配真實信號路徑，且△AVDD係影像信號供應電壓(V_avdd_signal)與黑色信號供應電壓(V_avdd_black)之間之差。此外，在此時，當AZ1 460信號斷開時，第一積分器耦合運算放大器OP3 356之輸出可描述如下：Vop3_out=Vbg_buf-△AVDD×(C4/C5) (方程式3)
其中Vop3_out係在第一積分器耦合運算放大器OP3 356之輸出處之電壓，Vbg_buf係經緩衝參考電壓Vbg_buf 368，△AVDD係影像信號供應電壓(V_avdd_signal)與黑色信號供應電壓(V_avdd_black)之間之差，C4係第三電容器C4 352之電容，且C5係第四電容器C5 358之電容。
在時間T7，第一開關T_cvdn_b 464信號自高變為低，且第二開關T_cvdn 466信號自低變為高。在實例中，AZ1 460信號斷開，影像信號供應電壓與黑色信號供應電壓之間之差(即，△AVDD=V_avdd_signal-V_avdd_black)被傳送至第一電容器C7378。如在圖4中所展示，現在時間T7將△AVDD傳送至第一電容器C7 378，將Ramp_out 434信號之電壓自Vrn調整至Ramp_out=Vrn+δ×△AVDD (方程式4)
其中Vrn係在回應於△AVDD而被調整之前之Ramp_out 424信號之電壓。根據以下方程式來判定乘數δ
其中C7係第一電容器C7 378之電容，且C8係電容分壓器376之第二電容器C8 380之電容，其用以匹配供應電壓AVDD與位元線輸出比之比。因此應瞭解，△AVDD越大，AVDD供應電壓漣波就越大，且對Ramp_out 424信號之起始值之調整越大以根據本發明之教示補償電源中之變化且改良電源抑制比。此外，若不存在△AVDD，則不存在AVDD供應電壓漣波，且不存在對Ramp_out 424信號之起始值之調整。
在時間T8，接通斜波啟用Ramp_en 490信號，其使Ramp_out 424信號能夠開始產生斜波(如所展示)。在一實例中，Ramp_en 490信號經啟用以向類比至數位轉換器(諸如，例如，圖2之類比至數位轉換器230)提供一參考信號以將來自一像素陣列202之類比影像資料轉換成一數位影像資料238。
在時間T9，斷開斜波啟用Ramp_en 490信號，且使用根據本發明之教示之一經改良電源比來完成類比至數位轉換。在實例中，第一開關T_cvdn_b 464信號自低變回高，且第二開關T_cvdn 466信號自高變回低(如所展示)以準備根據本發明之教示之下一個類比至數位轉換之斜波產生器。
不意欲本發明之所繪示之實例之以上描述(包含摘要中所描述之內容)為窮盡性或限於所揭示之精確形式。儘管本文描述本發明之特定實施例及本發明之實例係出於繪示性目的，但在不脫離本發明之更廣精神及範疇之情況下之各種等效修改係可行的。
依據以上詳細描述可對本發明之實例做出此等修改。下列申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於本說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範圍全部由下列申請專 利範圍判定，根據申請專利範圍解釋之既定原則來解釋下列申請專利範圍。本說明書及圖應相應地被視為繪示性的而非限制性的。
312‧‧‧像素單元
320‧‧‧AVDD供應電壓
332‧‧‧斜波產生器
334‧‧‧輸出斜波信號Ramp_out
336‧‧‧參考帶隙電壓VBG
340‧‧‧供應電壓取樣電路
342‧‧‧感測放大器SA1
346‧‧‧均衡開關EQ
348‧‧‧供應電壓取樣開關SP0
350‧‧‧輸出電容器C3
352‧‧‧第三電容器C4
354‧‧‧第一積分器電路
356‧‧‧第一積分器耦合運算放大器OP3
358‧‧‧第四電容器C5
360‧‧‧第一積分器均衡開關AZ1
362‧‧‧第一積分器輸出電容器C6
364‧‧‧第一開關T_cvdn_b
366‧‧‧第二開關T_cvdn
368‧‧‧經緩衝參考電壓Vbg_buf
370‧‧‧電壓隨耦器耦合運算放大器OP1
372‧‧‧電容器C1
374‧‧‧Samp_vrn
376‧‧‧電容分壓器
378‧‧‧第一電容器C7
380‧‧‧第二電容器C8
382‧‧‧斜波產生器輸入參考信號
384‧‧‧第二積分器電路
386‧‧‧恆定輸入信號IN
388‧‧‧第二積分器耦合運算放大器OP4
390‧‧‧第二積分器均衡開關Ramp_en
392‧‧‧第五電容器C9

Claims (21)

  1. 一種用於在一影像感測器之讀出電路中使用之斜波產生器(ramp generator)，其包括：一供應電壓取樣電路，其經耦合至該影像感測器之一像素單元以接收供應電壓，以在該像素單元之一黑色信號讀出期間取樣該像素單元之一黑色信號供應電壓，且用以在該像素單元之一影像信號讀出期間取樣該像素單元之一影像信號供應電壓；一第一積分器電路，其具有一第一輸入，其經耦合以接收一經緩衝參考電壓；及一第二輸入，其經耦合至該供應電壓取樣電路之一輸出；一第一開關，其經耦合於該第一積分器電路之該第一輸入與一第一電容器之間；一第二開關，其經耦合於該第一積分器電路之一輸出與該第一電容器之間，其中該第一開關及該第二開關經切換以將表示該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之一差之一信號傳送至該第一電容器；及一第二積分器電路，其經耦合至該第一電容器，其中該第二積分器電路經耦合以產生一輸出斜波信號，其經耦合以由一類比至數位轉換器接收，其中回應於該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之該差而調整該輸出斜波信號之一起始值。
  2. 如請求項1之斜波產生器，其中當該第二開關係斷開時，該第一開關經調適為接通，且其中當該第二開關係接通時，該第一開關經調適為斷開，其中當該第一開關係接通時，將表示該黑色信號供應電壓之一信號傳送至該第一電容器，且其中當該第二 開關係接通時，將表示該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之該差之該信號傳送至該第一電容器。
  3. 如請求項1之斜波產生器，其中該第一電容器經耦合至一第二電容器，其中該第一電容器及該第二電容器係包含於一電容分壓器中，其中該電容分壓器之該第一電容器與該第二電容器之一電容比匹配該像素單元之該供應電壓與該像素單元之一位元線輸出之一比。
  4. 如請求項1之斜波產生器，其中該供應電壓取樣電路包含一感測放大器，其經耦合以接收該像素單元之該供應電壓，其中該感測放大器具有一負增益。
  5. 如請求項4之斜波產生器，其中該供應電壓取樣電路進一步包含一均衡開關，其經耦合於該感測放大器之一輸入與該感測放大器之一輸出之間，以在該黑色信號供應電壓之該取樣之前均衡該感測放大器之該輸出與該感測放大器之該輸入。
  6. 如請求項4之斜波產生器，其中該供應電壓取樣電路進一步包含一供應電壓取樣開關，其經耦合於該感測放大器之一輸出與該感測放大器之一輸出電容器之間。
  7. 如請求項1之斜波產生器，進一步包括一電壓隨耦器耦合運算放大器，其經耦合以回應於一帶隙電壓而向該第一積分器電路之該第一輸入提供該經緩衝參考電壓。
  8. 如請求項1之斜波產生器，其中該第一積分器電路包含：一第一積分器耦合運算放大器，其包含一第一輸入，該第一輸入係通過一第三電容器電容耦合至該供應電壓取樣電路，其中該第一積分器耦合運算放大器之該第一輸入係通過一第四電容器進一步電容耦合至該第一積分器耦合運算放大器之一輸出，其中該第一積分器耦合運算放大器之一第二輸入經耦合以 接收該經緩衝參考電壓；及一第一積分器均衡開關，其經耦合於該第一積分器耦合運算放大器之該第一輸入與該輸出之間，其中在取樣該黑色信號供應電壓時，該第一積分器均衡開關經調適為接通，且其中在取樣該黑色信號供應電壓之後，該第一積分器均衡開關經調適為斷開。
  9. 如請求項1之斜波產生器，進一步包括一第一積分器輸出電容器，其經耦合至該第一積分器電路之該輸出。
  10. 如請求項1之斜波產生器，其中該第二積分器電路包含：一第二積分器耦合運算放大器，其包含經耦合至該第一電容器之一第一輸入，其中該第二積分器耦合運算放大器之一第二輸入係通過一第五電容器電容耦合至該第二積分器耦合運算放大器之一輸出，其中該第二積分器耦合運算放大器之該第二輸入經進一步耦合以接收一恆定輸入信號，其中該第二積分器耦合運算放大器之該輸出經耦合以產生經耦合以由該類比至數位轉換器接收之該輸出斜波信號；及一第二積分器均衡開關，其經耦合於該第二積分器耦合運算放大器之該第二輸入與該輸出之間，其中該第二積分器均衡開關經調適為接通，以均衡該第二積分器耦合運算放大器之該第二輸入與該輸出。
  11. 一種成像系統，其包括：一像素陣列，其包含經組織(organized)成複數個列及行以用於捕獲影像資料之複數個像素單元；控制電路，其經耦合至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；及讀出電路，其經耦合至該像素陣列以自該等像素單元讀出該 影像資料，該讀出電路包含：一感測放大器電路，其經耦合至一位元線，該位元線經耦合至該像素陣列之該複數個行之一者以取樣影像資料；一類比至數位轉換器，其經耦合至該感測放大器電路以轉換由該感測放大器電路感測之該影像資料；及一斜波產生器，其經耦合以產生一輸出斜波信號，該輸出斜波信號經耦合以由該類比至數位轉換器接收，該斜波產生器包含：一供應電壓取樣電路，其經耦合至該像素陣列以接收供應電壓，以在該像素陣列之一黑色信號讀出期間取樣該像素陣列之一黑色信號供應電壓，且用以在該像素陣列之一影像信號讀出期間取樣該像素陣列之一影像信號供應電壓；一第一積分器電路，其具有一第一輸入，其經耦合以接收一經緩衝參考電壓；及一第二輸入，其經耦合至該供應電壓取樣電路之一輸出；一第一開關，其經耦合於該第一積分器電路之該第一輸入與一第一電容器之間；一第二開關，其經耦合於該第一積分器電路之一輸出與該第一電容器之間，其中該第一開關及該第二開關經切換以將表示該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之一差之一信號傳送至該第一電容器；及一第二積分器電路，其經耦合至該第一電容器，其中該第二積分器電路經耦合以產生經耦合以由該類比至數位轉換器接收之該輸出斜波信號，其中回應於該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之該差而調整該輸出斜波信號之一起始值。
  12. 如請求項11之成像系統，進一步包括功能邏輯，其經耦合至該讀出電路以儲存從自該複數個像素單元讀出之該影像資料。
  13. 如請求項11之成像系統，其中當該第二開關係斷開時，該第一開關經調適為接通，且其中當該第二開關係接通時，該第一開關經調適為斷開，其中當該第一開關為接通時，將表示該黑色信號供應電壓之一信號傳送至該第一電容器，且其中當該第二開關為接通時，將表示該影像信號供應電壓與該黑色信號供應電壓之間之該差之該信號傳送至該第一電容器。
  14. 如請求項11之成像系統，其中該第一電容器經耦合至一第二電容器，其中該第一電容器及該第二電容器係包含於一電容分壓器中，其中該電容分壓器之該第一電容器與該第二電容器之一電容比匹配該像素陣列之該供應電壓與該像素陣列之一位元線輸出之一比。
  15. 如請求項11之成像系統，其中該供應電壓取樣電路包含一感測放大器，其經耦合以接收該像素陣列之該供應電壓，其中該感測放大器具有一負增益。
  16. 如請求項15之成像系統，其中該供應電壓取樣電路進一步包含一均衡開關，其經耦合於該感測放大器之一輸入與該感測放大器之一輸出之間，以在該黑色信號供應電壓之該取樣之前均衡該感測放大器之該輸出與該感測放大器之該輸入。
  17. 如請求項15之成像系統，其中該供應電壓取樣電路進一步包含一供應電壓取樣開關，其經耦合於該感測放大器之一輸出與該感測放大器之一輸出電容器之間。
  18. 如請求項11之成像系統，其中該斜波產生器進一步包含一電壓隨耦器耦合運算放大器，其經耦合以回應於一帶隙電壓而向該第一積分器電路之該第一輸入提供該經緩衝參考電壓。
  19. 如請求項11之成像系統，其中該第一積分器電路包含：一第一積分器耦合運算放大器，其包含一第一輸入，該第一輸入係通過一第三電容器電容耦合至該供應電壓取樣電路，其中該第一積分器耦合運算放大器之該第一輸入係通過一第四電容器進一步電容耦合至該第一積分器耦合運算放大器之一輸出，其中該第一積分器耦合運算放大器之一第二輸入經耦合以接收該經緩衝參考電壓；及一第一積分器均衡開關，其經耦合於該第一積分器耦合運算放大器之該第一輸入與該輸出之間，其中在取樣該黑色信號供應電壓時，該第一積分器均衡開關經調適為接通，且其中在取樣該黑色信號供應電壓之後，該第一積分器均衡開關經調適為斷開。
  20. 如請求項11之成像系統，其中該斜波產生器進一步包含一第一積分器輸出電容器，其經耦合至該第一積分器電路之該輸出。
  21. 如請求項11之成像系統，其中該第二積分器電路包含：一第二積分器耦合運算放大器，其包含一第一輸入，其經耦合至該第一電容器，其中該第二積分器耦合運算放大器之一第二輸入通過一第五電容器電容耦合至該第二積分器耦合運算放大器之一輸出，其中該第二積分器耦合運算放大器之該第二輸入經進一步耦合以接收一恆定輸入信號，其中該第二積分器耦合運算放大器之該輸出經耦合以產生經耦合以由該類比至數位轉換器接收之該輸出斜波信號；及一第二積分器均衡開關，其經耦合於該第二積分器耦合運算放大器之該第二輸入與該輸出之間，其中該第二積分器均衡開關經調適為接通，以均衡該第二積分器耦合運算放大器之該第二輸入與該輸出。
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