[实用新型]图像传感器

说明书

本实用新型提供一种图像传感器，所述图像传感器包括单斜率模数转换器，其特征在于，所述单斜率模数转换器包括一比较器单元，所述比较器单元包括具有尾电流源的差动输入对结构，其中尾电流源的栅极上包含采样开关和电压保持电容，所述采样开关用于采样栅极电压的初始值，所述电压保持电容适于通过开关调节所述电压保持电容的下极板电压，从而调节所述尾电流管的栅极电压，本实用新型所提供图像传感器可以降低图像传感器功耗。

技术领域

本实用新型涉及CMOS图像传感器领域，尤其涉及一种图像传感器。

背景技术

CMOS图像传感器被广泛应用于各种便携式设备上，而对于便携式设备来说，低功耗是一个非常重要的指标。所以降低CMOS图像传感器的功耗是一个重要的研究方向。在CMOS图像传感器中常用到单斜率模数转换器（single-slope ADC）,而比较器是其核心组成部分。

图1和图2分别显示的是两级比较器的常用结构和时序控制图。图1所示的两级比较器中，参考信号Vramp和像素单元（pixel）的输出pxd分别通过隔直电容C1和C2耦合到第一级比较器的差分输入对管M1和M2上,sw1和sw2为自动清零开关，M3和M4为负载管，Mb为第一级比较器的尾电流源管，它的栅极上包含采样开关sw4和电压保持电容Cb，采样开关sw4用于采样尾电流管栅极电压Vbin的初始值，电压保持电容Cb的一端接在尾电流源管Mb的栅极上，另一端接地，用于保持尾电流源的栅极电压Vbin。比较器的第二级为放大级，包含输入管M6和尾电流源管M5，其中开关sw3为第二级的自动清零开关。

图2中控制信号EQ1为比较器第一级自动清零开关sw1和sw2的控制信号，控制信号EQ2为比较器第二级自动清零开关sw3的控制信号，用于在比较器量化像素单元输出信号前对两级比较器进行自动清零的操作。控制信号TX为像素单元中传输管栅极的控制信号，在这辅助说明像素单元图像信号输出时刻。控制信号sw为两级比较器第一级尾电流源管栅极电压Vbin采样开关sw4的控制波形，当它为高时，Vbin连接到外部偏置电压产生单元产生的Vbias电压上，把Vbias引入到尾电流源的栅极，当它为低时，断开Vbin和Vbias的连接，Vbin保持在电压保持电容Cb上。波形信号Vramp为比较器参考信号，通过隔直电容C1耦合到两级比较器第一级的差分输入对管的一端，用于量化像素单元输出的参考信号和图像信号。图1的两级比较器在一个工作周期内，也就是在一个行操作时间内可以分成t1~t5五个时间段：t1为自动清零和像素单元输出的参考信号ref的稳定时间，t2为像素单元输出的参考信号ref信号的量化时间，t3为tx开启和像素单元输出的图像信号sig的稳定时间，t4为像素单元输出的图像信号sig信号的量化时间，t5为行空白时间。其中行空白时间t5非必需存在。因为比较器的尾电流源栅极电压Vbin在整个行操作时间内是恒定不变的，所以比较器的电流Icmp1也是恒定不变的。如果要降低比较器的功耗，就要减小比较器的电流Icmp1，这会导致比较器对像素单元输出的参考信号（ref）和图像信号（sig）的转换速度变慢，增加转换时间，从而会导致帧率的下降，这是不能被接受的。

为此，需要提供一种不降低帧率的低功耗图像传感器的解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供一种不降低帧率的低功耗图像传感器的解决方案，所述一种图像传感器，包括单斜率模数转换器，所述单斜率模数转换器包括一比较器单元，所述比较器单元包括具有尾电流源的差动输入对结构，其中尾电流源的栅极上包含采样开关和电压保持电容，所述采样开关用于采样栅极电压的初始值，所述电压保持电容适于通过开关调节所述电压保持电容的下极板电压，从而调节所述尾电流管的栅极电压。

优选地，所述电压保持电容的下极板连接两个并联的第一开关和第二开关的一端，所述第一开关和第二开关的另一端分别连接两个不同的电压源或电压产生电路。