TWI636668B - 自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法 - Google Patents

自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法 Download PDF

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劉育榮
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Abstract

本發明揭露一種自動電壓放大裝置。自動電壓放大裝置包含輸出端、感測器、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體。感測器接收輸入電壓並輸出直流輸出電壓。第一電晶體耦接感測器並接收直流輸出電壓。第二電晶體分別耦接感測器及第一電晶體於第一接點及第二接點。第三電晶體耦接於第一接點與接地端之間。第四電晶體耦接於第二接點與輸出端之間。輸入電壓隨時間而增加且直流輸出電壓根據輸入電壓同步抬升。

Description

自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法
本發明係與影像感測器有關，尤其是關於一種應用於影像感測器之自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法。
近年來，互補式金屬氧化半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)影像感測器已被廣泛應用於眾多的電子產品中，例如智慧型手機、數位相機、攝錄影機等。
一般而言，CMOS影像感測器主要可分成兩大類：如圖1所示之被動式像素感測器(Passive Pixel Sensor,PPS)以及如圖2所示之主動式像素感測器(Active Pixel Sensor,APS)。雖然圖1中之被動式像素感測器PPS僅包含一個電晶體M1而具有高填充率，但由於無法滿足現今對於影像輸出速率及品質之高要求，故已很少使用。取而代之的圖2中之主動式像素感測器APS可有效提升讀取速度及訊號雜訊比，但由於其包含三個電晶體M1~M3，亦導致填充率因而降低。
在實際應用中，無論是圖1中之被動式像素感測器PPS或圖2中之主動式像素感測器APS，均需在其外部設置有如同 圖3所示之放大電路3或圖4所示之放大電路4來實現放大電壓之功能，不僅導致成本之增加，亦無法提供較高的元件敏感度與較大的電壓範圍。
有鑑於此，本發明提出一種自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法，以有效解決先前技術所遭遇到之上述種種問題。
根據本發明之一具體實施例為一種自動電壓放大裝置。於此實施例中，自動電壓放大裝置包含輸出端、感測器、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體。感測器用以接收一輸入電壓並輸出一直流輸出電壓。第一電晶體耦接感測器並接收直流輸出電壓。第二電晶體分別與感測器及第一電晶體耦接於第一接點及第二接點。第三電晶體耦接於第一接點與接地端之間。第四電晶體耦接於第二接點與輸出端之間。輸入電壓隨時間而增加且直流輸出電壓根據輸入電壓同步抬升。
於一實施例中，於第一時間區間內，第二電晶體與第三電晶體係為開啟且第四電晶體係為關閉，輸入電壓係由初始準位增加至第一準位。於第二時間區間內，第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體均為關閉，輸入電壓係由第一準位增加至第二準位。於第三時間區間內，第二電晶體係為開啟且第三電晶體及第四電晶體係為關閉，輸入電壓係由第二準位增加至第三準位。
於一實施例中，直流輸出電壓於第一時間區間與第 二時間區間內係以第一速率線性增加，並且直流輸出電壓於第三時間區間內係以第二速率線性增加，其中第二速率大於第一速率。
於一實施例中，於第四時間區間內，第二電晶體及第三電晶體係為關閉且第四電晶體係為開啟，輸入電壓係由第三準位增加至第四準位，直流輸出電壓係以第三速率線性增加，第三速率大於第二速率。
於一實施例中，於第四時間區間內，輸出端所輸出之輸出電壓係等於第四時間區間的輸入電壓加上第三時間區間的輸入電壓再減去兩倍的第一電晶體之臨界電壓。
於一實施例中，自動電壓放大裝置進一步包含第五電晶體，耦接於第一接點與第二電晶體之間，第五電晶體於第四時間區間內係為開啟。
於一實施例中，於第一時間區間與第二時間區間內，第一接點之第一接點電壓與第二接點之第二接點電壓均為零。
於一實施例中，於第三時間區間內，第一接點之第一接點電壓與第二接點之第二接點電壓均等於輸入電壓減去第一電晶體之臨界電壓。
根據本發明之另一具體實施例為一種自動電壓放大方法。於此實施例中，自動電壓放大方法係應用於一自動電壓放大裝置。自動電壓放大裝置包含一感測器、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體及一輸出端。感測器分別耦接第一電晶體及第三電晶體。第二電晶體分別耦接位於感測 器與第三電晶體之間的一第一接點以及位於第一電晶體、第二電晶體與第四電晶體之間的一第二接點。第四電晶體耦接於第二接點與輸出端之間。感測器接收一輸入電壓並輸出一直流輸出電壓至第一電晶體。
自動電壓放大方法包含下列步驟：(a)於第一時間區間內開啟第二電晶體與第三電晶體並關閉第四電晶體；(b)於第二時間區間內關閉第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體；以及(c)於第三時間區間內開啟第二電晶體並關閉第三電晶體及第四電晶體。其中，輸入電壓隨時間而增加且直流輸出電壓根據輸入電壓同步抬升。
相較於先前技術，根據本發明之自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法係提供能夠提高電壓準位的充電電路給主動式像素感測器(APS)，不需在其外部額外設置放大電路即能實現自動電壓放大之功能，故可有效節省成本並提高其元件敏感度與電壓範圍。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
RST‧‧‧重置訊號
SEL‧‧‧選擇訊號
VRST‧‧‧重置電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
AMP‧‧‧放大器
Rin、Rf、R‧‧‧電阻
C‧‧‧電容
5‧‧‧自動電壓放大裝置
SEN‧‧‧感測器
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
M3‧‧‧第三電晶體
M4‧‧‧第四電晶體
M4’‧‧‧另一第四電晶體
M5‧‧‧第五電晶體
CLK1‧‧‧第一時脈訊號
CLK2‧‧‧第二時脈訊號
CLK3‧‧‧第三時脈訊號
CLK4‧‧‧第三時脈訊號
N1‧‧‧第一接點
N2‧‧‧第二接點
N3‧‧‧第三接點
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
VDD‧‧‧工作電壓
C1‧‧‧電容
Cout‧‧‧輸出電容
VC1‧‧‧第一接點電壓
VC2‧‧‧第二接點電壓
DCout‧‧‧直流輸出電壓
t0~t4‧‧‧時間
△T1~△T4‧‧‧第一時間區間~第四時間區間
Vin1~Vin4‧‧‧第一時間區間的輸入電壓~第四時間區間的輸入電壓
V0~V4‧‧‧初始準位、第一準位~第四準位
S10~S16‧‧‧步驟
圖1係繪示傳統的被動式像素感測器之示意圖。
圖2係繪示傳統的主動式像素感測器之示意圖。
圖3及圖4係繪示傳統的主動式像素感測器外部需設置的放大電路之示意圖。
圖5係繪示根據本發明之一較佳具體實施例的自動電壓放大裝置之示意圖。
圖6A至圖6D係分別繪示圖5中之自動電壓放大裝置於第一時間區間~第四時間區間內之運作情形。
圖7係繪示於第一時間區間~第四時間區間內之訊號時序圖。
圖8係繪示於第一接點與第二電晶體之間額外設置受控於第三時脈訊號之另一第四電晶體之示意圖。
圖9係繪示自動電壓放大裝置之另一實施例。
圖10係繪示根據本發明之另一較佳具體實施例的自動電壓放大方法之流程圖。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種自動電壓放大裝置。於此實施例中，自動電壓放大裝置係提供可提高電壓準位的充電電路給主動式像素感測器(APS)，藉以實現自動電壓放大之功能並有效提高其元件敏感度與電壓範圍。
請參照圖5，圖5係繪示此實施例中之自動電壓放大裝置的示意圖。
如圖5所示，自動電壓放大裝置5可包含輸入端IN、輸出端OUT、感測器SEN、第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3、第四電晶體M4、電容C1、輸出電容Cout、第一接點N1及第二接點N2。感測器SEN分別耦接輸入端IN、第一接點N1及第 一電晶體M1之閘極；第一電晶體M1耦接於工作電壓VDD與第二接點N2之間且其閘極耦接感測器SEN；第二電晶體M2耦接於第一接點N1與第二接點N2之間；第三電晶體M3耦接於第一接點N1與接地端之間；第四電晶體M4耦接於第二接點N2與輸出端OUT之間；電容C1之一端耦接於第二電晶體M2與第一接點N1之間且另一端耦接至接地端；輸出電容Cout之一端耦接於第四電晶體M4與輸出端OUT之間且另一端耦接至接地端。
於此實施例中，耦接輸入端IN之感測器SEN接收一輸入電壓Vin並輸出一直流輸出電壓DCout至第一電晶體M1之閘極。因此，第一電晶體M1之開啟或關閉係受控於直流輸出電壓DCout。實際上，感測器SEN可以是一影像感測器，但不以此為限。
第二電晶體M2之閘極接收第二時脈訊號CLK2，亦即第二電晶體M2之開啟或關閉係受控於第二時脈訊號CLK2；第三電晶體M3之閘極接收第一時脈訊號CLK1，亦即第三電晶體M3之開啟或關閉係受控於第一時脈訊號CLK1；第四電晶體M4之閘極接收第三時脈訊號CLK3，亦即第四電晶體M4之開啟或關閉係受控於第三時脈訊號CLK3。位於感測器SEN、第二電晶體M2及第三電晶體M3之間的第一接點N1具有第一接點電壓VC1；位於第一電晶體M1、第二電晶體M2及第四電晶體M4之間的第二接點N2具有第二接點電壓VC2；輸出端OUT具有輸出電壓Vout。
接著，請同時參照圖6A至圖6D及圖7，圖6A至圖6D係分別繪示圖5中之自動電壓放大裝置5於第一時間區間△T1~第 四時間區間△T4內之運作情形；圖7係繪示於第一時間區間△T1~第四時間區間△T4內之訊號時序圖。
需說明的是，圖7中之初始準位V0、第一準位V1、第二準位V2、第三準位V3及第四準位V4分別為輸入電壓Vin在時間t0、t1、t2、t3及t4時之準位，由於第四準位V4高於第三準位V3、第三準位V3高於第二準位V2、第二準位V2高於第一準位V1且第一準位V1高於初始準位V0，所以輸入電壓Vin從時間t0開始至時間t4係隨時間而增加。至於第一時間區間△T1係從時間t0開始至時間t1為止，可稱之為「讀取階段」；第二時間區間△T2係從時間t1開始至時間t2為止，可稱之為「重置階段」；第三時間區間△T3係從時間t2開始至時間t3為止，可稱之為「回授輸入階段」；第四時間區間△T4係從時間t3開始至時間t4為止，可稱之為「輸出階段」。
由圖6A及圖7可知：於第一時間區間△T1(亦即從時間t0開始至時間t1為止的「讀取階段」)內，由於第一時脈訊號CLK1與第二時脈訊號CLK2處於高準位且第三時脈訊號CLK3處於低準位，因此，分別受控於第一時脈訊號CLK1與第二時脈訊號CLK2的第三電晶體M3與第二電晶體M2係為開啟(ON)且受控於第三時脈訊號CLK3的第四電晶體M4係為關閉(OFF)。此時，第一接點N1之第一接點電壓VC1與第二接點N2之第二接點電壓VC2均為0；假設第一時間區間△T1的輸入電壓Vin為Vin1，則Vin1會由時間t0時之初始準位V0線性增加至時間t1時之第一準位V1，其中第一準位V1高於初始準位V0；由於第四電晶體M4於第一時間區間△T1內處 於關閉狀態，故輸出電壓Vout為0。
由圖6B及圖7可知：於第二時間區間△T2(亦即從時間t1開始至時間t2為止的「重置階段」)內，由於第一時脈訊號CLK1、第二時脈訊號CLK2及第三時脈訊號CLK3均處於低準位，因此，分別受控於第一時脈訊號CLK1、第二時脈訊號CLK2及第三時脈訊號CLK3的第三電晶體M3、第二電晶體M2及第四電晶體M4均為關閉(OFF)。此時，第一接點N1之第一接點電壓VC1與第二接點N2之第二接點電壓VC2均為0；假設第二時間區間△T2的輸入電壓Vin為Vin2，則Vin2會由時間t1時之第一準位V1線性增加至時間t2時之第二準位V2，其中第二準位V2高於第一準位V1；由於第四電晶體M4於第二時間區間△T2內仍處於關閉狀態，故輸出電壓Vout亦維持為0。
需說明的是，於第一時間區間△T1與該第二時間區間△T2內，輸入電壓Vin會先從時間t0時之初始準位Vo線性增加至時間t1時之第一準位V1，再繼續從時間t1時之第一準位V1線性增加至時間t2時之第二準位V2，而直流輸出電壓DCout於第一時間區間△T1內會等於第一時間區間△T1的輸入電壓Vin1且於第二時間區間△T2內會等於第二時間區間△T2的輸入電壓Vin2，故直流輸出電壓DCout亦會隨之以第一速率線性增加，亦即圖7中之直流輸出電壓DCout曲線於時間t0至t2之間具有第一斜率。
接著，由圖6C及圖7可知：於第三時間區間△T3(亦即從時間t2開始至時間t3為止的「回授輸入階段」)內，由於第二 時脈訊號CLK2從低準位轉變為高準位，而第一時脈訊號CLK1及第三時脈訊號CLK3仍維持於低準位，因此，第二電晶體M2係為開啟(ON)且第三電晶體M3及第四電晶體M4係為關閉(OFF)。此時，第一接點N1之第一接點電壓VC1與第二接點N2之第二接點電壓VC2均會等於第二時間區間△T2的輸入電壓Vin減去第一電晶體M1之臨界電壓(Vth)；由於第四電晶體M4於第三時間區間△T3內仍處於關閉狀態，故輸出電壓Vout亦維持為0。
需說明的是，假設第三時間區間△T3的輸入電壓Vin為Vin3，則第三時間區間△T3內之直流輸出電壓DCout會等於第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3，由於第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3會由第二準位V2線性增加至第三準位V3，其中第三準位V3高於第二準位V2，因此，第三時間區間△T3內之直流輸出電壓DCout會根據第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3之增加而同步抬升。於此實施例中，第三時間區間△T3內之直流輸出電壓DCout係以第二速率線性增加，並且第二速率會大於第一速率，亦即圖7中之直流輸出電壓DCout曲線於時間t2至t3之間具有第二斜率，並且第二斜率之絕對值會大於第一斜率之絕對值。
由圖6D及圖7可知：於第四時間區間△T4(亦即從時間t3開始至時間t4為止的「輸出階段」)內，第一時脈訊號CLK1、第二時脈訊號CLK2均處於低準位而第三時脈訊號CLK3處於高準位，亦即第二電晶體M2及第三電晶體M3係為關閉(OFF)而第四電晶體M4係為開啟(ON)。假設第四時間區間△T4的輸入電壓Vin為 Vin4，則第四時間區間△T4內之直流輸出電壓DCout會等於第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4加上第一接點電壓VC1，亦即等於第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4加上第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3減去第一電晶體M1之臨界電壓(Vth)，由於第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4會由第三準位V3增加至第四準位V4，其中第四準位V4高於第三準位V3，再加上第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3係由第二準位V2線性增加至第三準位V3，因此，第四時間區間△T4內之直流輸出電壓DCout會根據第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3與第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4之增加而同步抬升。於此實施例中，第四時間區間△T4內之直流輸出電壓DCout會以第三速率線性增加，並且第三速率會大於第二速率，亦即圖7中之直流輸出電壓DCout曲線於時間t3至t4之間具有第三斜率，並且第三斜率之絕對值會大於第二斜率之絕對值。
需說明的是，由於第四電晶體M4於第四時間區間△T4內處於開啟(ON)狀態，使得第四時間區間△T4的輸出電壓Vout不為0，而是會等於第四時間區間△T4的直流輸出電壓DCout減去第一電晶體M1之臨界電壓(Vth)，而由上述可知：第四時間區間△T4的直流輸出電壓DCout又等於第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4加上第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3減去第一電晶體M1之臨界電壓(Vth)，因此，第四時間區間△T4的輸出電壓Vout會等於第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4加上第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3再減去兩倍的第一電晶體M1之臨界電壓(Vth)。
更進一步來說，由於第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4會由第三準位V3線性增加至第四準位V4且第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3會由第二準位V2線性增加至第三準位V3，所以自動電壓放大裝置5之輸出端OUT於第四時間區間△T4所輸出的輸出電壓Vout即可透過將線性增加的第四時間區間△T4的輸入電壓Vin4與第三時間區間△T3的輸入電壓Vin3相加之疊加效果自動達到電壓放大之功效與目的。
於另一實施例中，如圖8所示，自動電壓放大裝置5亦可進一步包含耦接於第一接點N1與第二電晶體M2之間的另一第四電晶體M4’，並且此另一第四電晶體M4’係受控於第三時脈訊號CLK3，亦即此另一第四電晶體M4’於第一時間區間△T1至第三時間區間△T3內均為關閉(OFF)，但於第四時間區間△T4內為開啟(ON)，藉以防止在第四時間區間△T4內的直流輸出電壓DCout及輸出電壓Vout過大，以避免由於電壓過大而導致電路故障之現象發生。
於另一實施例中，如圖9所示，感測器SEN亦可設置於第一接點N1與第三接點N3之間，並且第一電晶體M1之閘極耦接第三接點N3。自動電壓放大裝置可進一步包含第五電晶體M5，耦接於工作電壓VDD與第三接點N3之間並且受控於第四時脈訊號CLK4，但不以此為限。
根據本發明之另一具體實施例為一種自動電壓放大方法。於此實施例中，自動電壓放大方法係應用於自動電壓放大 裝置。自動電壓放大裝置包含感測器、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體及輸出端。感測器分別耦接第一電晶體及第三電晶體。第二電晶體分別耦接位於感測器與第三電晶體之間的第一接點以及位於第一電晶體、第二電晶體與第四電晶體之間的第二接點。第四電晶體耦接於第二接點與輸出端之間。感測器接收輸入電壓並輸出直流輸出電壓至第一電晶體。第一電晶體係受控於感測器所輸出之直流輸出電壓；第二電晶體係受控於第二時脈訊號；第三電晶體係受控於第一時脈訊號；第四電晶體係受控於第三時脈訊號。其中，輸入電壓會隨時間而增加，並且直流輸出電壓會根據輸入電壓同步抬升。
請參照圖10，圖10係繪示此實施例中之自動電壓放大方法的流程圖。如圖10所示，首先，於第一時間區間內，該方法執行步驟S10：開啟第二電晶體與第三電晶體並關閉第四電晶體。此時，輸入電壓會由初始準位增加至第一準位，其中第一準位係高於初始準位。
接著，於第二時間區間內，該方法執行步驟S12：關閉第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體。此時，輸入電壓會由第一準位增加至第二準位，其中第二準位係高於第一準位。
需說明的是，於第一時間區間與第二時間區間內，第一接點之第一接點電壓與第二接點之第二接點電壓均為零。由於輸入電壓於第一時間區間與第二時間區間內會由初始準位增加至第一準位，使得由感測器輸出至第一電晶體的直流輸出電壓 (DCout)於第一時間區間與第二時間區間內會根據輸入電壓而同步增加。於此實施例中，直流輸出電壓於第一時間區間與第二時間區間內係以第一速率線性增加。
然後，於第三時間區間內，該方法執行步驟S14：開啟第二電晶體並關閉第三電晶體及第四電晶體。此時，輸入電壓會由第二準位增加至第三準位，其中第三準位係高於第二準位。
需說明的是，於第三時間區間內，由於第一接點之第一接點電壓與第二接點之第二接點電壓均等於輸入電壓減去第一電晶體之臨界電壓，並且輸入電壓於第三時間區間內會由第二準位增加至第三準位，使得由感測器輸出至第一電晶體的直流輸出電壓(DCout)於第三時間區間內會根據輸入電壓而同步抬升。於此實施例中，直流輸出電壓於第三時間區間內係以第二速率線性增加，其中第二速率大於第一速率。也就是說，直流輸出電壓(DCout)線性增加的速率會由第一時間區間與第二時間區間內的第一速率增加至第三時間區間內的第二速率。
之後，於第四時間區間內，該方法執行步驟S16：關閉第二電晶體及第三電晶體並開啟第四電晶體。此時，輸入電壓係由第三準位增加至第四準位，其中第四準位係高於第三準位。
需說明的是，於第四時間區間內，自動電壓放大裝置之輸出端所輸出之輸出電壓(Vout)係等於第四時間區間內之輸入電壓(Vin)加上第三時間區間內之輸入電壓(Vin)再減去兩倍的第一電晶體之臨界電壓。由於第三時間區間內之輸入電壓會由第二 準位增加至第三準位且第四時間區間內之輸入電壓會由第三準位增加至第四準位，使得直流輸出電壓(DCout)於第四時間區間內會根據輸入電壓之增加而同步抬升。於此實施例中，直流輸出電壓於第四時間區間內係以第三速率線性增加，其中第三速率大於第二速率。也就是說，直流輸出電壓(DCout)線性增加的速率會由第三時間區間內的第二速率再進一步增加至第四時間區間內的第三速率。
於實際應用中，自動電壓放大裝置亦可進一步包含耦接於第一接點與第二電晶體之間的第五電晶體，並且第五電晶體係受控於第三時脈訊號。因此，第五電晶體於第一時間區間至第三時間區間內均為關閉，並且第五電晶體於第四時間區間內係為開啟。
相較於先前技術，根據本發明之自動電壓放大裝置及自動電壓放大方法係提供能夠提高電壓準位的充電電路給主動式像素感測器(APS)，不需在其外部額外設置放大電路即能實現自動電壓放大之功能，故可有效節省成本並提高其元件敏感度與電壓範圍。
由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本 發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (16)

  1. 一種自動電壓放大裝置，包含：一輸出端；一感測器，用以接收一輸入電壓並輸出一直流輸出電壓；一第一電晶體，耦接該感測器並接收該直流輸出電壓；一第二電晶體，分別與該感測器及該第一電晶體耦接於一第一接點及一第二接點；一第三電晶體，耦接於該第一接點與一接地端之間；以及一第四電晶體，耦接於該第二接點與該輸出端之間；其中，該感測器所輸出的該直流電壓等於該輸入電壓加上該第一接點之一第一接點電壓，該輸入電壓隨時間而增加且該直流輸出電壓根據該輸入電壓同步抬升。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自動電壓放大裝置，其中於一第一時間區間內，該第二電晶體與該第三電晶體係為開啟且該第四電晶體係為關閉，該輸入電壓係由一初始準位增加至一第一準位；於一第二時間區間內，該第二電晶體、該第三電晶體及該第四電晶體均為關閉，該輸入電壓係由該第一準位增加至一第二準位；於一第三時間區間內，該第二電晶體係為開啟且該第三電晶體及該第四電晶體係為關閉，該輸入電壓係由該第二準位增加至一第三準位。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之自動電壓放大裝置，其中該直流輸出電壓於該第一時間區間與該第二時間區間內係以一第一速率線性增加，並且該直流輸出電壓於該第三時間區間內係以一第二速率線性增加，其中該第二速率大於該第一速率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之自動電壓放大裝置，其中於一第四時間區間內，該第二電晶體及該第三電晶體係為關閉且該第四電晶體係為開啟，該輸入電壓係由該第三準位增加至一第四準位，該直流輸出電壓係以一第三速率線性增加，該第三速率大於該第二速率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之自動電壓放大裝置，其中於該第四時間區間內，該輸出端所輸出之一輸出電壓係等於該第四時間區間的該輸入電壓加上該第三時間區間的該輸入電壓再減去兩倍的該第一電晶體之一臨界電壓。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之自動電壓放大裝置，進一步包含：一第五電晶體，耦接於該第一接點與該第二電晶體之間，該第五電晶體於該第四時間區間內係為開啟。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之自動電壓放大裝置，其中於該第一時間區間與該第二時間區間內，該第一接點之該第一接點電壓與該第二接點之一第二接點電壓均為零。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之自動電壓放大裝置，其中於該第三時間區間內，該第一接點之該第一接點電壓與該第二接點之一第二接點電壓均等於該輸入電壓減去該第一電晶體之一臨界電壓。
  9. 一種自動電壓放大方法，應用於一自動電壓放大裝置，該自動電壓放大裝置包含一感測器、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體及一輸出端，該感測器分別耦接該第一電晶體及該第三電晶體，該第二電晶體分別耦接位於該感測器與該第三電晶體之間的一第一接點以及位於該第一電晶體、該第二電晶體與該第四電晶體之間的一第二接點，該第四電晶體耦接於該第二接點與該輸出端之間，該感測器接收一輸入電壓並輸出一直流輸出電壓至該第一電晶體，該自動電壓放大方法包含下列步驟：於一第一時間區間內開啟該第二電晶體與該第三電晶體並關閉該第四電晶體；於一第二時間區間內關閉該第二電晶體、該第三電晶體及該第四電晶體；以及於一第三時間區間內開啟該第二電晶體並關閉該第三電晶體及該第四電晶體；其中，該感測器所輸出的該直流電壓等於該輸入電壓加上該第一接點之一第一接點電壓，該輸入電壓隨時間而增加且該直流輸出電壓根據該輸入電壓同步抬升。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之自動電壓放大方法，其中於該第一時間區間內，該輸入電壓係由一初始準位增加至一第一準位；於該第二時間區間內，該輸入電壓係由該第一準位增加至一第二準位；於該第三時間區間內，該輸入電壓係由該第二準位增加至一第三準位。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之自動電壓放大方法，其中該直流輸出電壓於該第一時間區間與該第二時間區間內係以一第一速率線性增加，並且該直流輸出電壓於該第三時間區間內係以一第二速率線性增加，其中該第二速率大於該第一速率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之自動電壓放大方法，進一步包含下列步驟：於一第四時間區間內關閉該第二電晶體及該第三電晶體並開啟該第四電晶體，該輸入電壓係由該第三準位增加至一第四準位，該直流輸出電壓係以一第三速率線性增加，該第三速率大於該第二速率。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之自動電壓放大方法，其中於該第四時間區間內，該輸出端所輸出之一輸出電壓係等於該第四時間區間的該輸入電壓加上該第三時間區間的該輸入電壓再減去兩倍的該第一電晶體之一臨界電壓。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之自動電壓放大方法，其中該自動電壓放大裝置進一步包含一第五電晶體，耦接於該第一接點與該第二電晶體之間，該第五電晶體於該第四時間區間內係為開啟。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之自動電壓放大方法，其中於該第一時間區間與該第二時間區間內，該第一接點之該第一接點電壓與該第二接點之一第二接點電壓均為零。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之自動電壓放大方法，其中於該第三時間區間內，該第一接點之該第一接點電壓與該第二接點之一第二接點電壓均等於該輸入電壓減去該第一電晶體之一臨界電壓。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011155442A1 (ja) * 2010-06-11 2011-12-15 株式会社ブルックマンテクノロジ 増幅型固体撮像装置
TW201603578A (zh) * 2010-12-17 2016-01-16 豪威科技股份有限公司 具有補充電容性耦合節點之影像感測器
TW201640665A (zh) * 2010-03-08 2016-11-16 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
US20170047364A1 (en) * 2014-04-15 2017-02-16 Vieworks Co., Ltd. Photodetector

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1469485A (zh) * 2002-07-16 2004-01-21 双汉科技股份有限公司 可消除像素噪声的对数极式互补式金氧半导体影像传感器
JP5066996B2 (ja) * 2007-04-23 2012-11-07 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置
FR2920590B1 (fr) * 2007-08-28 2009-11-20 New Imaging Technologies Sas Pixel actif cmos a tres grande dynamique de fonctionnement
WO2009063659A1 (ja) * 2007-11-16 2009-05-22 Fujitsu Microelectronics Limited 撮像装置、撮像方法およびカメラモジュール
CN103503437B (zh) * 2011-03-17 2017-02-15 独立行政法人产业技术综合研究所 增益改变方法、可变增益光电转换器件、可变增益光电转换单元、可变增益光电转换阵列、读出方法以及电路
JP2013123107A (ja) * 2011-12-09 2013-06-20 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
JP6166562B2 (ja) * 2013-03-21 2017-07-19 キヤノン株式会社 撮像素子及びその駆動方法、及び撮像装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201640665A (zh) * 2010-03-08 2016-11-16 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
WO2011155442A1 (ja) * 2010-06-11 2011-12-15 株式会社ブルックマンテクノロジ 増幅型固体撮像装置
TW201603578A (zh) * 2010-12-17 2016-01-16 豪威科技股份有限公司 具有補充電容性耦合節點之影像感測器
US20170047364A1 (en) * 2014-04-15 2017-02-16 Vieworks Co., Ltd. Photodetector

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