[实用新型]图像传感器与模数转换电路

说明书

技术领域

本公开通常涉及成像系统，更具体地讲，涉及利用受钉扎光电二极管器件将电荷递送到电路节点的信号处理电路。

背景技术

现代电子设备通常包括(诸如，移动电话、相机和计算机)具有数字图像传感器的相机模块。图像传感器(有时称为成像器)由二维图像感测像素阵列形成。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。

使用图像传感器捕获图像涉及使用从二维图像感测像素阵列(有时称为图像传感器的“读出操作”)的像素子组读出像素信号。在读出操作期间，像素信号可被路由或以其他方式提供给信号处理电路。当接收图像像素信号的信号处理电路将图像像素信号转换为数字图像数据时，可以说读出操作结束。在从阵列中的像素子组读出像素信号之前，阵列中的像素子组的重置电平也被读出，并由图像传感器上的信号处理电路转换成数字重置电平数据。

将像素重置电平和像素信号从模拟信号转换为数字数据由模数转换器(ADC)电路实现。常规的ADC电路有时利用具有大的衬底面积要求、密度要求、线性要求的多晶硅-绝缘体-多晶硅电容器或金属-绝缘体-金属电容器，以及形成它们的额外硅处理步骤。电容器可用于向ADC电路中的比较器电路提供参考电荷的开关电容电路。常规ADC电路中的比较器电路本身通常需要电容器。ADC电路中的电容器通常用于在节点之间转移大量电荷，从而导致信号处理电路中的功率消耗和功率耗散过大。此外，在信号处理电路中形成的电容器不可定制，只要满足电容器器件性能规范所需的专用硅处理即可，从而限制了依赖电容器为ADC电路提供参考电荷的图像传感器的应用和可配置性。

与具有可配置处理电路的传感器相比，其图像处理电路中的专用模拟电路部件缺乏硅工艺定制或可配置性的图像传感器，对于特定的应用，即使能够被优化，也不容易进行。此外，依靠电容器在节点之间转移大电荷包通常会导致信号处理电路中的功耗和耗散量过多，从而进一步限制了基于电容器的信号处理电路对具有较大且成本较高的电源和适于基于电容器的电路的功率要求的热耗散能力的系统的适用性。在ADC电路中使用的电容器也用于电荷混合，当电容器连接在一起或被耦接到公共节点并且稳定到公共电压时，发生这种混合。具有一定电荷电平的信号处理电路中的电容器在两个电容器之间形成电通路时将电荷转移到电荷电平较低的第二电容器，当两个电容器彼此不电隔离，像在开关电容电路拓扑中具有放大器一样时，导致电容器信号的混合。

因此，期望提供改进的信号处理电路，而不依赖消耗功率来支持电荷混合或耗散功率来支持开关电容电路拓扑的常规高性能电容器。

实用新型内容

根据一个实施方案，本实用新型提供一种图像传感器，包括图像像素，所述图像像素包括耦接到像素输出线的第一受钉扎光电二极管；和耦接到所述像素输出线的模数转换ADC电路，其中所述ADC电路包括：第二受钉扎光电二极管；具有第一输入端和第二输入端的比较器；采样晶体管；耦接在所述第二受钉扎光电二极管和所述比较器的所述第一输入端之间的第一电容节点；和耦接在所述采样晶体管和所述比较器的所述第二输入端之间的第二电容节点。

根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：耦接在所述第一电容节点和所述比较器的所述第一输入端之间的第一电容器；将所述第一电容器耦接到第一电压源的第一开关；耦接在所述第二电容节点和所述比较器的所述第二输入端之间的第二电容器；和将所述第二电容器耦接到第二电压源的第二开关。

根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：耦接在所述像素输出线和所述采样晶体管之间的电平移位器。

根据上述图像传感器的一个实施例，其中所述比较器具有输出端子，所述图像传感器还包括：计数器，所述计数器具有耦接到所述比较器的输出端子的使能端口。

根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：耦接到所述第二电容节点的第三受钉扎光电二极管。

根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：耦接到所述第一电容节点的第三受钉扎光电二极管；耦接在所述第二受钉扎光电二极管和所述第一电容节点之间的第一转移晶体管；和耦接在所述第三受钉扎光电二极管和所述第一电容节点之间的第二转移晶体管。

根据上述图像传感器的一个实施例，其中所述第一转移晶体管的栅极端子耦接到所述第二转移晶体管的栅极端子。

根据上述图像传感器的一个实施例，还包括：电压源端子；耦接在所述电压源端子和所述第二受钉扎光电二极管之间的第一填充晶体管；和耦接在所述电压源端子和所述第三受钉扎光电二极管之间的第二填充晶体管。