[实用新型]图像传感器及模数转换器电路

说明书

本实用新型公开了一种图像传感器及模数转换器电路，该图像传感器可包括使用模数转换器(ADC)读出的图像传感器像素阵列。ADC可以是散粒噪声匹配的，以减少所需的决策周期数。可使用仅跨越满量程电压范围的一小部分的具有有限分辨率的斜坡。对于小的模拟输入电压，该有限斜坡范围是足够的。对于大的模拟输入电压，由于光信号中的散粒噪声增加，需要较低的分辨率。较大输入电压可连续除以所选衰减因子，直到模拟输入信号在减小斜坡的范围内。ADC跟踪正被执行的除法的数量以确定浮点输出值的指数值，然后用较小斜坡转换残余信号以确定浮点输出值的尾数值。

技术领域

本实用新型总体涉及图像传感器及模数转换器电路，并且更具体地涉及具有数据转换器的图像传感器。

背景技术

图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。阵列中的每个图像像素包括经由转移栅极耦接到浮动扩散区域的光电二极管。行控制电路耦接到每个像素行以用于复位、启动电荷转移，或选择性地激活特定像素行以进行读出。将列电路耦接到每个像素列以用于读出来自图像像素的像素信号。

列电路通常包括用于将模拟读出信号转换成其数字等效形式的模数转换器(ADC)。常规斜坡ADC花费相对长的时间进行转换。例如，12位单斜率斜坡ADC将需要4096个斜坡步长。在需要增加数量的信号转换的高动态范围(HDR)成像系统中，这种限制进一步加剧。因此，使用传统斜坡ADC实现的高分辨率HDR成像系统将太慢或将消耗太多功率。

本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。

实用新型内容

本实用新型旨在提供更快且功率效率更高的具有散粒噪声匹配和浮点斜坡的数模转换器电路及包括该数模转换器电路的图像传感器。

根据第一方面，提供一种图像传感器，包括：图像像素；像素输出线，所述像素输出线耦接到所述图像像素，其中所述图像像素被配置为将信号输出到所述像素输出线上；和模数转换器电路，所述模数转换器电路被配置为经由所述像素输出线从所述图像像素接收所述信号，对所述信号实施除法，并且使用具有斜坡分辨率的电压斜坡来确定被实施除法后的信号的电压，所述斜坡分辨率小于所述模数转换器电路的总分辨率。

根据第二方面，提供一种模数转换器电路，具有总分辨率，所述模数转换器电路包括：比较器；多个电容器，所述多个电容器耦接到所述比较器；第一组开关，所述第一组开关耦接到所述多个电容器；和第二组开关，所述第二组开关耦接到所述多个电容器，其中所述比较器具有被配置为接收模拟斜坡的输入，所述模拟斜坡具有小于所述模数转换器电路的所述总分辨率的分辨率。

本实用新型提供的数模转换器电路及包括该数模转换器电路的图像传感器，具有更快的速度且功率效率更高。

附图说明

图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。

图2是根据一个实施方案的用于从图像传感器读出图像信号的示例性像素阵列以及相关联的行和列控制电路的示意图。

图3是根据一个实施方案的用于计算模数转换器(ADC)浮点输出的示例性步骤的流程图。

图4A是示出根据一个实施方案的仅覆盖满量程范围的下部的减小斜坡的示意图。

图4B是示出根据一个实施方案的减小斜坡可如何超过范围以考虑比较器偏移的示意图。

图4C是示出根据一个实施方案的可如何通过使用不同的除法因子来提供附加裕度的示意图。

图5是根据一个实施方案的被配置为从图像传感器像素接收信号的示例性模数转换器(ADC)电路的电路图。

图6是示出根据一个实施方案的可如何使用图5所示的ADC电路来执行数字相关双采样(DCDS)以及计算浮点指数和尾数值的时序图。