[发明专利]图像传感器、模数转换器及图像传感器的操作方法

说明书

本申请涉及图像传感器、模数转换器及图像传感器的操作方法。一种图像传感器包括：像素，其输出像素信号；斜坡电压发生电路，其适于在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压，并且在跟随在第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，其适于在第一区段和第二区段期间将像素信号与斜坡电压进行比较；以及计数器电路，其适于响应于运算放大器的输出而生成与像素信号相对应的数字代码。

技术领域

本发明的各个实施方式涉及图像传感器和模数转换器。

背景技术

在CMOS图像传感器(CIS)中，速度和功率具有折衷关系。因此，当前CMOS图像传感器主要采用其中速度和功率具有最佳折衷关系的列并行结构，并且为此原因，由于难以将模数转换器(ADC)集成到窄的像素宽度中，因此主要使用简单类型的单斜率模数转换器(ADC)。

随着图像传感器的发展，对提高模数转换的精度(分辨率)的需求更高。过去，将像素电压转换为10位数字代码是足够的，但是现在需要将像素电压转换为12位或14位数字代码。然而，随着模数转换的精度(分辨率)提高，模数转换所需的时间增加，这是有问题的。例如，当将电压转换为12位数字代码时，所花费的时间可以是将电压转换为10位数字代码所花费的时间的四倍。

发明内容

本发明的实施方式涉及一种在短时间内将像素信号转换为具有高精度的数字代码的图像传感器。

根据本发明的实施方式，一种图像传感器包括：像素，其输出像素信号；斜坡电压发生电路，其适于在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压，并且在跟随在第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，其适于在第一区段和第二区段期间将像素信号与斜坡电压进行比较；以及计数器电路，其适于响应于运算放大器的输出而生成与像素信号相对应的数字代码。

根据本发明的另一实施方式，一种用于操作图像传感器的方法包括：生成像素信号；在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压；在第一区段中通过对时钟进行计数来生成数字代码；当在第一区段期间斜坡电压的电平未达到像素信号的电压电平时，初始化数字代码；在第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；在第二区段中通过对时钟进行计数来生成数字代码；以及响应于斜坡电压的电平，当斜坡电压的电平达到像素信号的电压电平时，停止对时钟的计数，并提供与像素信号相对应的数字代码。

根据本发明的又一实施方式，一种模数转换器包括：斜坡电压发生电路，其适于在第一区段中生成以第一斜率变化的斜坡电压，并且在跟随在第一区段之后的第二区段中生成以第二斜率变化的斜坡电压，第二斜率比第一斜率具有更大的绝对值；运算放大器，其适于在第一区段和第二区段中将要转换的电压与斜坡电压进行比较；以及计数器电路，其适于响应于运算放大器的输出而生成与要转换的电压相对应的数字代码。

根据本发明的又一实施方式，一种图像传感器可以包括：斜坡电压发生电路，其适于分别在第一时间区段至第N时间区段期间依次生成初始电平的第一斜坡电压至第N斜坡电压，在第一斜坡电压至第N斜坡电压当中，第M斜坡电压比第(M-1)斜坡电压具有更大的下降率，M在2至N之间；运算放大器，其适于生成第一斜坡电压至第N斜坡电压当中的任何斜坡电压何时首先达到像素信号的电平的指示；以及计数器电路，其适于生成与像素信号相对应的图像信号，并具有取决于指示的分辨率。

附图说明

图1是例示根据本发明的实施方式的图像传感器100的框图。

图2是例示根据本发明的实施方式的图1所示的像素110的示意图。

图3和图4是例示根据本发明的实施方式的图1所示的图像传感器100的操作的定时图。

图5是例示根据本发明的实施方式的信号读出区段SR中的斜坡电压RAMP的斜坡操作的另一示例的定时图。

具体实施方式