[发明专利]单斜率模数转换器的比较器输出电路

说明书

本申请涉及用于单斜率模数转换器的比较器输出电路。一种与比较器一起使用的输出电路包含第一晶体管，其控制端子被耦合以接收来自比较器的第一级的输出信号。第二晶体管耦合在第一晶体管和参考电压之间。第二晶体管具有被耦合以接收第一复位信号的控制端子。第二晶体管被耦合以在比较器的比较操作之前将第一晶体管和第二晶体管之间的第一晶体管的第一输出节点预充电到参考电压。输出级具有耦合到第一输出节点的输入节点。输出级被耦合以响应于第一输出节点在输出级的输出节点处生成输出电路的输出电压。

背景信息

技术领域

本公开总体上涉及图像传感器，并且特别地但不排他地，涉及用于图像传感器中模数转换的比较器输出电路。

背景技术

图像传感器已经变得无处不在。它们广泛用于数码相机、手机、安全相机以及医疗、汽车和其他应用。用于制造图像传感器的技术继续飞速发展。例如，更高分辨率和更低功耗的要求鼓励了这些设备的进一步小型化和集成。

图像传感器通常接收像素阵列上的光，这在像素中生成电荷。光的强度可以影响每个像素中生成的电荷量，较高的强度生成较高的电荷量。基于与参考电压信号的比较，图像传感器可以将电荷转换成电荷的数字表示。该比较通常可以由比较器来执行，该比较器提供作为电荷的数字表示的输出。

具有三级的比较器通常用于CMOS图像传感器(CIS)中的单斜率模数转换器(ADC)。列级ADC广泛用于商业产品，因为这些ADC的面积、功耗和性能都非常均衡。除了列级ADC之外，面积和/或像素级ADC也可以用于图像传感器。应当理解，在列、区域和/或像素级ADC中，比较器需要很小，因为需要大量比较器。因此，随着图像传感器分辨率的增加，图像传感器中每个比较器的可用空间变得越来越有限。

发明内容

在一方面，本申请提供与比较器一起使用的输出电路，其包括：具有第一晶体管，其控制端子被耦合以接收来自比较器的第一级的输出信号；第二晶体管，其耦合在第一晶体管与参考电压之间，其中第二晶体管具有被耦合以接收第一复位信号的控制端子，其中第二晶体管被耦合以在比较器的比较操作之前将第一晶体管和第二晶体管之间的第一晶体管的第一输出节点预充电到参考电压；且输出级具有耦合到第一输出节点的输入节点，其中输出级被耦合以响应于第一输出节点在输出级的输出节点处生成输出电路的输出电压。

在另一方面，本申请提供成像系统，其包括：像素阵列，用于接收图像光并且作为响应生成图像电荷电压信号；及读出电路，其耦合以从像素阵列接收图像电荷电压信号并且作为响应提供图像电荷电压信号的数字表示，读出电路包含比较器，用于接收图像电荷，将图像电荷电压信号与参考电压进行比较，并且作为响应提供图像电荷电压信号的数字表示，其中比较器包括：第一级，被耦合以接收图像电荷和参考电压，并且作为响应提供第一级输出信号；第二级，包含：第一晶体管，具有被耦合以接收第一级输出信号的控制端子；以及第二晶体管，其耦合在第一晶体管和参考电压之间，其中第二晶体管具有被耦合以接收第一复位信号的控制端子，其中第二晶体管被耦合以在比较器的比较操作之前将在第一晶体管和第二晶体管之间的第一晶体管的第一输出节点预充电到参考电压；以及第三级，其具有耦合到第一输出节点的输入节点，其中第三级被耦合以响应于第一输出节点在第三级的输出节点处生成比较器的输出电压。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则在各个视图中，相同的附图标记指代相同的部件。

图1示出了根据本发明教导的成像系统的一个示例。

图2A示出了比较器的示例，该比较器具有与图像传感器中的模数转换器一起使用的输出级。

图2B是时序图，示出了在模数转换过程期间，如图2A中所示的比较器中的一些信号。

图3A是示出根据本发明教导的包含第二级和第三级的比较器的输出电路的一个示例的示意图。