[发明专利]具有采样的带隙参考的CMOS图像感测

说明书

描述了用于CMOS图像传感器(CIS)应用的采样的带隙参考生成的技术。例如，CIS包括像素阵列、一个或多个像素模数转换器(ADC)和采样的带隙参考发生器，所有这些都紧密地集成在一个芯片上。ADC依靠来自带隙参考发生器的稳定参考电平用于执行像素阵列的像素转换。采样的带隙参考生成器的实施例可以根据参考生成周期操作。每个周期可以包括第一部分和第二部分，在第一部分中，有源核心动态地稳定带隙参考电平，在第二部分中，核心被去激活，并且带隙参考电平基于该周期的先前的第一部分期间获得的采样的电平被输出。可以控制周期时序，以实现参考电平的充分动态稳定，同时减少来自核心的光子发射。

本申请要求于2021年6月3日提交美国专利局、申请号为17338607、发明名称为“CMOS IMAGE SENSING WITH SAMPLED BANDGAP REFERENCE”的US申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明一般涉及图像传感器。更具体地，实施例涉及基于采样的带隙参考电平使用互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的图像感测。

背景技术

许多电子设备包括摄像头和依赖于数字图像传感器的其他特征。例如，大多数现代智能手机包括一个或多个数字摄像头，其依赖于数字图像感测硬件和软件采集和处理图像。这样的应用通常使用互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxidesemiconductor，CMOS)图像传感器(CMOS image sensor，CIS)执行图像感测。随着时间的推移，消费者期望这些图像传感器的提高的性能，包括更高的分辨率以及更低的噪声。此外，特别是在便携式电子设备(例如，具有固定的电池容量)中，期望提供这样的特征而不会对功耗和动态范围产生不利影响。例如，模拟电源推动了现代CIS的功耗的重要部分，即使不是主要部分。这样，在便携式电子设备中实现高性能CIS可以涉及在严格的功率效率和噪声限制内设计模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)和其他组件。

CMOS图像传感器中的ADC将模拟像素信息转换为数字代码。传统架构通常包括基于斜坡的ADC，其将模拟像素输出电压(对应于由像素检测的信号强度)与参考斜坡电压进行比较。通常，整行的像素共享相同的斜坡电压。由于现代图像传感器在每一行中通常可以包括数千个像素，因此在该行中通常可以使用数千个比较器用于模数转换，所有的均基于相同的斜坡电压。ADC的正确运行可取决于随时间向组件提供稳定且一致的参考电平(例如，参考电压)，即使工作温度、供应电压电平等发生变化。然而，提供此类参考电平的传统方法可能产生能够影响CIS的光敏元件的运行的光子发射。

发明内容

实施例提供了使用采样的带隙参考生成为互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)图像传感器(CMOS image sensor，CIS)应用提供动态稳定的参考电平生成。例如，CIS包括像素阵列、一个或多个像素模数转换器(analog to digital converter，ADC)和采样的带隙参考发生器，所有这些都紧密地集成在芯片上。ADC依靠来自带隙参考发生器的稳定参考电平用于执行像素阵列的像素转换。采样的带隙参考发生器的实施例可以根据参考生成周期操作。每个周期可以包括第一部分和第二部分，在第一部分中，有源核心动态地稳定带隙参考电平，在第二部分中，核心被去激活，并且带隙参考电平基于该周期的先前的第一部分期间获得的采样的(存储的)电平被输出。在每个第一部分期间，有源核心的运行会引起光子发射，这会对像素阵列的检测产生不利影响；但是在每个第二部分期间不存在这种发射。因此，实施例平衡了第一部分和第二部分的时序，从而实现参考电平的充分动态稳定，同时减少了光子发射。