[发明专利]第一级放大电路、比较器、读出电路及图像传感器

说明书

本发明提供了一种第一级放大电路，应用于比较器，包括第一级放大单元和钳位单元，所述第一级放大单元用于比较像素信号和斜坡信号，并输出驱动电压；所述钳位单元与所述第一级放大单元连接，用于在所述驱动电压到达目标电压时，限制所述驱动电压的上升，避免了所述驱动电压上升至电源电压，从而可以保证比较器的第二级输入管始终维持导通状态，从而降低了比较器的翻转延迟。本发明还提供了一种比较器、读出电路及图像传感器。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种第一级放大电路、比较器、读出电路及图像传感器。

背景技术

CMOS图像传感器(CMOS image sensor，CIS)已广泛应用于视频、监控、工业制造、汽车、家电等成像领域。CIS主流读出电路结构是以模数转换器(SS-ADC)为主的读出电路，SS-ADC的功能是将待量化信号与一个斜坡基准信号进行比较，比较的结果通过计数器进行最终量化，得到一个N位的二进制数字量。在SS-ADC中最为核心的电路之一就是比较器，比较器的作用是判断斜坡信号电压与待量化信号电压的大小，输出“1”或“0”的信号，作为后续计数器量化的依据。CIS的比较器共有两级，第一级为第一级放大电路，提供一定的增益以迅速分辨出输入信号差异，第二级为第一级放大电路，也提供一定增益，同时使输出达到较大的摆幅。SS-ADC比较判断共有两个阶段，第一个阶段转换得到复位电位的数据，第二个阶段转换得到积分信号电位的数据。在SS-ADC工作过程中，会先使斜坡信号上抬以便后续与像素输出信号相交进行比较判断，但当斜坡信号高于像素输出信号时，比较器第一级放大电路输出电位会被拉到接近电源电压，这将导致比较器第二级输入管截止无电流流过，此时电源走线的IR drop将减小，直到斜坡信号低于像素输出信号时，也即当比较器第一阶段完成翻转后，第二级输入管才进入导通状态，这将使比较器翻转延迟增大。

因此，有必要提供一种新型的第一级放大电路、比较器、读出电路及图像传感器以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种第一级放大电路、比较器、读出电路及图像传感器，降低比较器的翻转延迟。

为实现上述目的，本发明的所述第一级放大电路，应用于比较器，包括：

第一级放大单元，用于比较像素信号和斜坡信号，并输出驱动电压；以及

钳位单元，与所述第一级放大单元连接，用于在所述驱动电压到达目标电压时，限制所述驱动电压的上升。

所述第一级放大电路的有益效果在于：钳位单元与所述第一级放大单元连接，用于在所述驱动电压到达目标电压时，限制所述驱动电压的上升，避免了所述驱动电压上升至电源电压，从而可以保证比较器的第二级输入管始终维持导通状态，从而降低了比较器的翻转延迟。

可选地，所述第一级放大单元包括电流镜电路、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一电容和第二电容，所述第一NMOS管的漏极与所述电流镜电路的第一输出端连接，所述第二NMOS管的漏极与所述电流镜电路的第二输出端连接，作为所述第一级放大单元的输出端，所述第一NMOS管源极和所述第二NMOS管的源极均与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第三NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的栅极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接所述斜坡信号，所述第二NMOS管的栅极与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接所述像素信号，所述第三NMOS管的栅极接第一控制信号。

可选地，所述钳位单元包括第一PMOS管，所述第一PMOS管源极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第一PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极连接。