[发明专利]低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传感器

说明书

低噪单斜比较装置、模数转换装置和包括其的CMOS图像传感器。比较装置包括：MSB电压发生电路，包括根据MSB电压控制信号接收MSB电压的控制信号端子，并被构造为产生MSB电压；比较电路，包括被联接以接收第一输入信号的第一输入端子和被联接以接收通过从MSB电压发生电路输出的MSB电压修改的第二输入信号的第二输入端子，以通过比较第一输入信号与修改的第二输入信号来移动到期望电压范围，并输出MSB比较结果信号，比较电路在第一输入信号达到期望电压范围之后将其与残余电压比较，并输出LSB比较结果信号；和控制电路，联接到比较电路以接收比较信号并用于根据MSB比较结果信号检测第一输入信号和第二输入信号的交叉，并将MSB电压控制信号输出至MSB电压发生电路。

技术领域

本专利文献中所公开技术和实现方式涉及一种模数转换装置和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

背景技术

高速读出和低功耗是设计CMOS图像传感器时要考虑的重要参数。然而，在高速读出和低功耗之间存在权衡。对具有越来越多像素的CMOS图像传感器的需求导致读出电路的带宽增加，以便在短时间段内读出更多的像素。因此，为了在不消耗太多功率的情况下促进大像素阵列的高速读出，可使用列并行架构。

在CMOS图像传感器的列并行模数转换器(ADC)架构中，经常使用单斜ADC，这是因为它可使用非常简单的列电路来实现并且需要比其它类型的ADC小得多的芯片面积。

最近，已经提出了一种多采样技术，以通过对输入信号进行多次采样和模数转换并且通过将采样的输入信号平均来提高CMOS图像传感器中的噪声消除性能。

然而，单斜ADC装置通常伴随着时钟数目的增加以对输入信号进行多次采样并且对经采样的输入信号进行模数转换。例如，10位模数转换需要1024个时钟，因此10位多采样模数转换可能需要至少2048个时钟。用于处理的时钟周期的这种增加降低了成像装置的图像处理速度，因此是不希望的。

作为上面讨论的多采样技术的替代，可通过在1024个时钟期间将斜坡信号的斜率增加多倍(例如，从x1至x16不等)来执行多采样操作以执行10位模数转换。然而，随着斜坡信号的斜率增加，适当地安排斜坡信号变得更加困难。

由于噪声性能是在低照度下保持令人满意的成像性能的重要因素，因此ADC转换器通常使用不同类型的斜坡信号发生装置，包括用于低照度的斜坡信号发生装置和用于高照度的另一斜坡信号发生装置。例如，如果输入信号在1024LSB的整个参考值的300最低有效位(LSB)内，则其照度条件被识别为低照度，因此通过利用1-300LSB的斜率对斜坡信号进行三次多采样来执行模数转换。如果输入信号超过1024LSB的整个参考值的300LSB，则其照度条件被识别为高照度，因此通过利用1-1024LSB的斜率对斜坡信号进行采样来执行模数转换。

然而，由于两个不同的斜坡信号发生装置之间的特性差异，导致上述技术的各种实现方式倾向于呈现非线性特性。

作为不同的方法，可通过经由具有不同偏移值的不同缓冲器驱动从两个不同的斜坡信号发生装置输出的两个斜坡信号来执行双模数转换。两个斜坡信号与输入信号具有多个交叉，并且所述交叉以预定延迟依次发生。

然而，难以保证每个缓冲器的特性差异(例如，温度变化)和偏移产生。

发明内容

本专利文件提供了具有模数转换器的图像传感装置的设计及其他内容，该模数转换器具有能够通过改变输入信号电压的位置以最低有效位(LSB)阶跃对输入信号电压进行多次采样的单斜比较装置。