[发明专利]集成电路图像传感器以及在其中操作的方法

说明书

本公开涉及集成电路图像传感器以及在其中操作的方法。在图像传感器系统内实施一种具有多位采样的图像传感器架构。响应于在光敏元件上入射的光而产生的像素信号被转换成表示像素信号的多位数字值。如果像素信号超过采样门限，则重置光敏元件。在图像捕获时段期间，与超过采样门限的像素信号关联的数字值被累加成图像数据。

本申请是申请日为2013年9月30日、申请号为201380052410.4、发明名称为“集成电路图像传感器以及在其中操作的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本公开内容涉及电子图像传感器领域，并且更具体地涉及用于在这样的图像传感器中使用的采样架构。

背景技术

诸如CMOS或者CCD传感器之类的数字图像传感器包括多个光敏元件(“光传感器”)，每个光敏元件被配置为将在光传感器上入射的光子(“捕获的光”)转换成电荷。电荷然后可以被转换成表示每个光传感器捕获的光的图像数据。图像数据包括捕获的光的数字表示，并且可以被操纵或者处理以产生有能力在查看设备上显示的数字图像。图像传感器被实施在具有物理表面的集成电路(“IC”)中，该物理表面可以被划分成配置为将光转换成电信号(电荷、电压、电流等)的多个像素区域(例如一个或者多个光传感器和附带控制电路)。为了方便，在图像传感器内的像素区域还可以称为图像像素(“IP”)，并且像素区域或者图像像素的聚合将称为图像传感器区域。图像传感器IC通常还将包括在图像传感器区域以外的区域，例如某些类型的控制、采样或者接口电路。多数CMOS图像传感器包含用于将像素电信号转换成数字图像数据的A/D(模数)电路。A/D电路可以是位于图像传感器区域内或者位于图像传感器区域的外围处的一个或者多个ADC(模数转换器)。

发明内容

在本公开的第一方面中，提供一种集成电路图像传感器。该集成电路图像传感器包括光敏元件和读出电路。光敏元件用于响应于入射光累加电荷。读出电路用于：确定在光敏元件内累加的电荷是否超过第一门限；如果累加的电荷被确定为超过第一门限，将表示累加的电荷的模拟读出信号转换成多位数字值，多位数字值具有根据模拟读出信号的量值的数值；如果累加的电荷被确定为超过第一门限，将光敏元件重置成标称放电状态预备进一步电荷累加；以及如果累加的电荷被确定为未超过第一门限，制止将光敏元件重置成标称放电状态。

在一些实施例中，将表示累加的电荷的模拟读出信号转换成具有根据模拟读出信号的量值的数值的多位数字值的读出电路包括用于生成模拟读出信号的电路。用于生成模拟读出信号的电路包括：浮置扩散节点；以及第一晶体管，用于可切换地形成传导路径，传导路径用于将累加的电荷从光敏元件传送到浮置扩散节点。用于生成模拟读出信号的电路还包括模拟输出电路。模拟输出电路用于生成：(i)第一模拟输出信号，第一模拟输出信号表示在将累加的电荷传送到浮置扩散节点之前浮置扩散节点的电压电平；以及(ii)第二模拟输出信号，第二模拟输出信号表示在将累加的电荷传送到浮置扩散节点之后浮置扩散节点的电压电平。此外，用于生成模拟读出信号的电路还包括采样和保持电路。采样和保持电路用于基于第一模拟输出信号和第二模拟输出信号之差来生成模拟读出信号。

在一些实施例中，用于基于第一模拟输出信号和第二模拟输出信号之差来生成模拟读出信号的采样和保持电路包括：第一电容元件，用于存储与第一模拟输出信号对应的电压电平；以及用于生成作为模拟读出信号的信号的电路，该信号对应于存储在第一电容元件中的电压电平和对应于第二模拟输出信号的电压电平之差。

在一些实施例中，用于生成第一模拟输出信号和第二模拟输出信号的模拟输出电路包括第二晶体管。第二晶体管具有栅极节点和源极节点。栅极节点耦合到浮置扩散。源极节点耦合到将第一模拟输出信号和第二模拟输出信号传达到采样和保持电路的信号线。

在一些实施例中，用于生成模拟读出信号的电路还包括：用于在生成第一模拟输出信号之前将浮置扩散节点重置为参考电势的电路。