用於減少的輸出變化的比較器電路的製作方法
2023-11-30 09:45:11
用於減少的輸出變化的比較器電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於減少的輸出變化的比較器電路。比較器電路用於產生表示輸入信號與參考信號的比較的信號。在一實施例中，所述比較器電路包括用以提供相應信號放大的第一級及第二級，其中所述第二級的開關電路切換地耦合所述第一級及第二級的相應元件。所述比較器電路進一步包括用以基於所述第二級的中間信號產生輸出信號的第三級。在另一實施例中，所述比較器電路的反饋電路將基於所述輸出信號選擇性地控制輸出級的電壓。
【專利說明】用於減少的輸出變化的比較器電路
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及信號比較電路，且更特定來說但非排他地，涉及圖像傳感器讀出電路。
【背景技術】
[0002]比較器電路通常見於半導體裝置中，例如CMOS圖像傳感器。比較器電路的流行形式為異步比較器電路，其接收輸入信號且提供表示所述輸入信號與某參考信號的比較的輸出信號。在異步比較器電路中，輸入信號直接觸發輸出信號的產生。因此，異步比較器電路的輸出信號通常傾向於信號噪聲。舉例來說，此類輸出信號趨向於展現閾值跳動，所述閾值跳動被其它數字邏輯解譯為二進位邏輯狀態之間的快速切換。
[0003]另一類型的比較器電路為同步比較器電路，其以時鐘或其它選通信號操作以基於輸入信號啟用比較決定。在同步比較器電路中觸發輸出信號進一步取決於此選通信號。然而，當選通信號觸發輸出信號的產生時，同步比較器電路的輸出信號通常傾向於過飽和。因此，此類輸出信號趨向於展現正確地表示與相對、錯誤的邏輯狀態的比較從邏輯狀態的突然且延長的切換。
[0004]隨著集成電路製造技術不斷提高，更小及/或更快的半導體裝置的連續產生對此類比較器電路中的性能限制日益敏感。
【發明內容】
[0005]一方面，本發明涉及一種比較器電路，其包含:第一級，其用以取樣輸入信號，所述第一級包括第一增益電路以基於參考信號及所述輸入信號在第一節點處提供第一中間信號；第二級，其包括:電容器，其用以基於所述第一中間信號存儲電荷；開關電路，其在所述第一節點與所述電容器之間，所述開關電路用以基於開關控制信號切換地將所述第一節點耦合到所述電容器；第二增益電路，其經由第二節點耦合到所述電容器，所述第二增益電路用以基於所述電容器的所述所存儲電荷在第三節點處提供第二中間信號；第三級，其包括耦合到所述第三節點的組合邏輯，所述組合邏輯用以接收輸出啟用控制信號及基於所述第二中間信號及所述輸出啟用控制信號在第四節點處提供輸出信號，所述輸出信號表示所述參考信號與所述輸入信號的比較；及反饋電路，其耦合在所述第二節點與所述第四節點之間，所述反饋電路用以接收所述輸出啟用控制信號，且響應於所述輸出啟用控制信號，基於所述輸出信號控制所第二節點的電壓。
[0006]另一方面，本發明涉及一種圖像傳感器系統，其包含:像素陣列，其包括用以產生輸入信號的多個像素；及比較器電路，其耦合到所述像素陣列，所述比較器電路包括:第一級，其用以取樣輸入信號，所述第一級包括第一增益電路以基於參考信號及所述輸入信號在第一節點處提供第一中間信號；第二級，其包括:電容器，其用以基於所述第一中間信號存儲電荷；開關電路，其在所述第一節點與所述電容器之間，所述開關電路用以基於開關控制信號切換地將所述第一節點耦合到所述電容器；第二增益電路，其經由第二節點耦合到所述電容器，所述第二增益電路用以基於所述電容器的所述所存儲電荷在第三節點處提供第二中間信號；第三級，其包括耦合到所述第三節點的組合邏輯，所述組合邏輯用以接收輸出啟用控制信號及基於所述第二中間信號及所述輸出啟用控制信號在第四節點處提供輸出信號，所述輸出信號表示所述參考信號與所述輸入信號的比較；及反饋電路，其耦合在所述第二節點與所述第四節點之間，所述反饋電路用以接收所述輸出啟用控制信號，且響應於所述輸出啟用控制信號，基於所述輸出信號控制所述第二節點的電壓。
[0007]又另一方面，本發明涉及一種在比較器電路處的方法，所述方法包含:用第一級取樣輸入信號；通過所述第一級的第一增益電路，基於參考信號及所述輸入信號在第一節點處提供第一中間信號；通過第二級的開關電路，切換地將所述第一節點耦合到所述第二級的電容器，所述耦合基於鎖存控制信號；基於所述第一中間信號，在所述電容器處存儲電荷；通過所述第二級的第二增益電路，基於所述所存儲電荷在第三節點處提供第二中間信號，所述第二增益電路經由第二節點耦合到所述電容器；通過第三級的組合邏輯，基於所述第二中間信號及輸出啟用控制信號在第四節點處提供輸出信號，所述輸出信號表示所述參考信號與所述輸入信號的比較；在耦合在所述第二節點與所述第四節點之間的反饋電路處接收所述輸出啟用控制信號；及響應於所述輸出啟用控制信號，基於所述輸出信號用所述反饋電路控制所述第二節點的電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]在附圖的圖式中以實例的方式且非以限制的方式說明本發明的各種實施例，且在附圖中:
[0009]圖1為說明根據一實施例的比較器電路的元件的混合框圖/電路圖。
[0010]圖2為說明根據一實施例的比較器電路的元件的電路圖。
[0011]圖3為說明根據一實施例的比較器電路的元件的電路圖。
[0012]圖4為說明根據一實施例的用於操作比較器電路的控制信令的要素的時序圖。
[0013]圖5為說明根據一實施例的圖像傳感器系統的元件的框圖。
[0014]圖6為說明根據一實施例的讀出電路的元件的電路圖。
[0015]圖7為說明根據一實施例的用於操作比較器電路的算法的要素的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]本文中論述的實施例變化地提供與先前比較器電路架構相比具有改善的輸出信號特性的比較器電路。舉例來說，根據一實施例的比較器電路可包括一個或一個以上結構以限制待與參考信號進行比較的輸入信號的取樣之前及/或取樣期間的電流注入。此外或替代地，此比較器電路可包括反饋電路以鎖定基於輸入信號的取樣的輸出信號的電平(例如，以避免輸出振蕩)。
[0017]圖1說明根據一實施例的比較器電路100的元件。在一實施例中，比較器電路100包括第一級110以接收輸入信號IN102及參考信號Refl04，其中比較器電路100將產生表示IN102與Refl04的比較的輸出信號compl50。舉例來說，IN102可表示由圖像傳感器的像素陣列產生的圖像信息，但某些實施例在此方面不受限制。ReH04可為先驗輸入，且Ref 104的值及/或源可限於某些實施例。在本文中相對於比較表示圖像信息的信號來論述各種實施例的某些特徵。然而，根據不同實施例，此論述可經擴展以適用於比較多種額外或替代類型的信號中的任一者。
[0018]比較器電路100可包括用於產生compl50的一系列級(例如，包括第一級110、第二級120及級140)。在一實施例中，比較器電路100進一步包括反饋電路160以用於從第三級140提供反饋以改變第二級120。
[0019]在一實施例中，第一級110包括取樣器電路112以選擇性地取樣IN102及Refl04。取樣器電路112可接收控制對IN102及Ref 104的相應取樣的一個或一個以上控制信號(未展示)。取樣器電路112可包括用以限制歸因於對IN102及/或Ref 104的取樣而引起的電流注入的電路，但某些實施例在此方面不受限制。
[0020]對IN102及Ref 104的取樣可包括取樣器電路112存儲對應於IN102及/或Ref 104的某電荷(例如，其中所述電荷指示IN102及Refl04彼此之間的比較)。以說明而非限制的方式，取樣器電路112可包括或耦合到電容器CP1118以存儲電荷，其中所述電荷的電平至少部分地基於對IN102及Refl04的相應取樣。
[0021]比較器電路100可進一步包括(例如，經由CP1118)耦合到取樣器電路1112的第一增益電路G1114，其中G1114將基於由取樣器電路112進行的取樣產生中間信號。在一實施例中，G1114包括放大器(例如，反相器放大器)或其它此電路以為通過取樣IN102而產生的信號提供增益。G1114可將經放大信號輸出至第一級110及第二級120的相應元件之間的節點NI 116。
[0022]在一實施例中，Gl114接收一個或一個以上控制信號(未展示)以偏置比較器電路100 (例如，其中此偏置使比較器電路100為取樣IN102及/或Ref 104做準備)。偏置操作(在本文中也稱為「自動歸零」操作)可使G1114的一個或一個以上元件進入操作狀態，以限制鉗夾、飽和或其它不合意的信號/電路性能特性。G1114可進一步包括用以限制自動歸零操作期間的電荷注入的電路，但某些實施例在此方面不受限制。
[0023]比較器電路100可進一步包括第二級120以從Gl114接收中間信號。在一實施例中，第二級120包括經由NI 116耦合到第一級110的開關電路SW122。根據不同實施例，SW122可用NMOS電晶體實施或替代地用PMOS電晶體實施。第二級120可接收開關控制信號SC130以用於調節SW122的操作。以說明而非限制的方式，可提供SC130以使第一級110與第二級120之間的切換式耦合及/去耦與第一級110的自動歸零及/或取樣操作協調。
[0024]在一實施例中，從G1114接收中間信號可導致第二級120基於所述中間信號存儲某電荷。以說明而非限制的方式，第二級120可包括耦合到SW122的電容器CP2124。當SW122閉合時，CP2124可響應於經由N1116從G1114接收的中間信號而積累電荷。
[0025]第二級120可進一步包括經由節點N2126耦合到CP2124的第二增益電路G2128，其中G2128基於來自G1114的第一中間信號產生第二中間信號。G2128可包括放大器(例如，反相器放大器)或其它此電路以產生來自G1114的第一中間信號的放大版本。可將此第二中間信號提供到第二級120與第三級140的相應元件之間的節點N3132。
[0026]在一實施例中，G2128可接收一個或一個以上控制信號(未展示)以協調比較器電路100的自動歸零操作。此外或替代地，G2128可包括用以限制通過第二級120的電荷注入的電路，但某些實施例在此方面不受限制。
[0027]比較器電路100可進一步包括第三級140以經由N3132從G2128接收第二中間信號。第三級140可包括組合邏輯142以基於所述第二中間信號在節點N4144處提供輸出信號comp 150。組合邏輯142可包括一個或一個以上數字邏輯門以使comp 150具有用於清楚地表示二進位邏輯狀態的一個或一個以上數位訊號特性。在一實施例中，第三級140接收輸出啟用控制信號0E146以用於控制組合邏輯142的操作。舉例來說，0E146可防止compl50的輸出直到用以偏置比較器電路100的自動歸零操作已完成為止。
[0028]比較器電路100可進一步包括耦合在N4144與N2126之間的反饋電路160。反饋電路160可提供反饋以動態地為N2126提供下拉路徑。舉例來說，經由反饋電路160的此反饋可防止歸因於原本高得不可接受的compl50而引起的電路飽和。在一實施例中，反饋電路160接收一個或一個以上控制信號以調節N4144與N2126之間的反饋。以說明而非限制的方式，反饋電路160也可接收OE146，其中來自N4144的用以改變N2126的特性的反饋在與允許從第三級140輸出compl50進行協調時由0E146選擇性地控制。
[0029]圖2說明根據一實施例的比較器電路200的元件。比較器電路200可包括第一級206以接收輸入信號IN202及參考信號Ref204，其中比較器電路200將產生表示IN202與Ref204的比較的輸出信號(未展示)。比較器電路200可包括比較器電路100的特徵中的一些或全部(舉例來說，其中第一級206的操作提供第一級110的功能性中的一些或全部)。
[0030]在一實施例中，第一級206包括:取樣器電路212,其用以選擇性地取樣樣本IN202及Ref204 ;以及增益電路214，其用以產生指示IN202及Ref204的相應電平的比較的經放大信號。以說明而非限制的方式，增益電路214可在用於比較器電路200的某較後級(未展示)的節點N1236處提供此經放大信號。在一實施例中，N1236對應於比較器電路100的N1116。
[0031]對IN202及Ref204的取樣可包括以一個或一個以上控制信號操作取樣器電路212。在一說明性實施例中,取樣器電路212包括一分支的低有效電晶體Tl,其將在開放輸入啟用信號0PEIB220的控制下選擇性地取樣IN202。取樣器電路212可進一步包含一分支的電晶體T2，其將在互補參考電壓輸入啟用信號VREINB222的控制下取樣Ref204。包括T2的分支可進一步包括虛設電晶體T3以限制可能另外由於切換到將樣本Ref204取樣到第一級206中而引起的到第一級206中的電流注入。在此實施例中，T3可在參考電壓輸入啟用信號VREIN224的控制下操作，舉例來說，所述VREIN224與VREINB222互補。在一替代實施例中，比較器電路200的NMOS電晶體各自以相應PMOS電晶體替代(例如，其中比較器電路200的PMOS電晶體各自以相應NMOS電晶體替代，且其中用於比較器電路200的各種控制信號為圖2中展示的各種控制信號的邏輯逆)。
[0032]在一實施例中，對IN202及Ref204的取樣可導致取樣器電路212存儲某個量的電荷。以說明而非限制的方式，取樣器電路212可包括或耦合到電容器Cl以存儲電荷，其中所述電荷的電平表示經取樣IN202及Ref204的相應電平之間的差異。取樣器電路212可(例如，經由Cl)耦合到增益電路214，其中增益電路214將基於Cl中的電荷產生某中間信號。增益電路214可包括多種類型的放大器電路中的任一者以為輸出到N1236的信號提供增益。
[0033]以說明而非限制的方式，增益電路214可包括電晶體T7及電晶體T8以作為反相器放大器電路一起選擇性地操作，以用於基於Cl處積累的電荷而在N1236處提供信號。此反相器放大器可與電流源一致地操作，舉例來說，所述電流源包含電晶體T6及電源238。在一實施例中，此電流源在模擬偏壓控制信號PSCMP230的控制下操作。在替代實施例中，所述電流源中的一些或全部可在增益電路214的外部(例如，在第一級206及比較器電路200兩者中的一者的外部)。
[0034]增益電路214可包括到自動歸零第一級206的一個或一個以上電路元件。以說明而非限制的方式，增益電路214可包括耦合在Cl與N1236之間的電晶體T5。T5可(例如，響應於比較器歸零控制信號CZ1234)操作以繞過包括T7及T8的反相器放大器電路。自動歸零操作可激活T5達一段時間以使增益電路214達到基線偏壓(例如，包括基線DC電壓)以用於適應用於IN202與Ref204之間的差異的一系列值。增益電路214可進一步包含耦合在Cl與N1236之間的虛設電晶體T4以限制比較器電路200的自動歸零期間的通過增益電路214的電流注入。舉例來說，T4可響應於互補比較器歸零控制信號CZ1B232而操作，其中CZ1B232與CZ1234互補。
[0035]圖3說明根據一實施例的比較器電路300的元件。舉例來說，比較器電路300可包括比較器電路100的特徵中的一些或全部。在一實施例中，比較器電路300包括包括206的特徵中的一些或全部的第一級(未展示)。
[0036]在一實施例中，比較器電路300包括第二級310以(例如，從例如第一級206的級)接收基於經取樣輸入信號及參考信號的經放大信號。以說明而非限制的方式，第二級310可包括電容器C2以基於中間信號存儲電荷。第二級310可進一步包括開關電路320以切換地斷開(或閉合)比較器電路300的第二級310及先前級的一個或一個以上元件之間的路徑。
[0037]以說明而非限制的方式，開關電路320可包括耦合在第二級310的輸入節點(例如，節點N1236)與C2之間的電晶體T9。開關電路320可進一步包括電晶體TlO以在T9處於無效(例如，斷開)狀態時選擇性地為C2提供上拉路徑。T9及TlO可各自在鎖存控制信號LT322的控制下操作，以在某個時間點至少部分地使第二級310與例如第一級206的較早級(未展示)隔離。舉例來說，LT322可提供比較器電路300的多個級之間的隔離，以防止閾值跳躍、過飽和或其它信號異常在比較器電路300中傳播。舉例來說，LT322可為時鐘信號，但某些實施例在此方面不受限制。在替代實施例中，比較器電路300的NMOS電晶體各自以相應PMOS電晶體替代(例如，其中比較器電路300的PMOS電晶體各自以相應NMOS電晶體替代，且其中用於比較器電路300的各種控制信號為圖3中展示的各種控制信號的邏輯逆)。
[0038]在一實施例中，第二級310的增益電路300(例如，經由C2)耦合到開關電路320，其中增益電路330基於由第二級310接收的信號產生中間信號。增益電路330可包括多種類型的放大器電路中的任一者以為輸出到節點N3338的信號提供增益。
[0039]以說明而非限制的方式，增益電路330可包括電晶體T14及電晶體T15而作為反相器放大器電路一起選擇性地操作，以基於在C2處積累的電荷在N3338處提供信號。在說明性實施例中，增益電路330經由節點N2324耦合到C2。此反相器放大器電路可與(舉例來說)包含電晶體T13及電源340的電流源一致地操作。舉例來說，電源340可與電源238相同。在替代實施例中，所述電流源中的一些或全部可在增益電路330外部(例如，在第二級310及比較器電路300兩者中的一者的外部)。所述電流源可基於一個或一個以上控制信號(例如，包括模擬偏壓控制信號PSCMP332)而操作。舉例來說，PSCMP332可為PSCMP230 (來自圖2)。在此實施例中(例如，其中第一級206為比較器電路300的第一級)，T6、電源238、T13及電源340可形成電流鏡的至少一部分以驅動相應電流通過第一級206及第二級310中的每一者。
[0040]在一實施例中，增益電路330包括用於用以將第二級310自動歸零的操作的一個或一個以上電路元件。以說明而非限制的方式，增益電路330可包括耦合在C2與N3338之間的電晶體T12。T12可(例如，響應於比較器歸零控制信號CZ2336)而操作以為包括T14及T15的反相器放大器電路提供旁路。自動歸零操作可激活T12達一段時間以使增益電路330達到基線狀態(例如，包括基線DC電壓)以適應比較器信號300將對其進行取樣且將其與參考信號進行比較的輸入信號的電壓範圍。增益電路300可進一步包含耦合在C2與N3338之間的虛設電晶體Tll以限制第二級310的自動歸零期間的通過增益電路330的電流注入。Tll可響應於互補比較器歸零控制信號CZ2B334而操作，其中CZ2336與CZ2B334互補。
[0041]比較器電路300可進一步包括經由N3338耦合到第二級310的第三級350，其中第三級350將產生表示由比較器電路300變化地取樣的輸入信號與參考信號的比較的輸出信號comp360。以說明而非限制的方式，第三級350可包括「與非(NAND) 」門GTl以接收N3338處的中間信號。GTl可進一步接收開關啟用控制信號SWEN352以控制GTl基於N3338處的中間信號輸出信號。第三級350可進一步包括NAND門GT2以從GTl接收輸出。GT2可進一步接收均衡控制信號EQB354，其控制GT2在N4356處輸出comp360。
[0042]在一實施例中，比較器電路300進一步包括耦合在N4356與節點N2324之間的反饋電路370。反饋電路370的操作可響應於comp360而動態地為N2324提供下拉路徑。舉例來說，經由反饋電路370的反饋防止歸因於另外電平高得不可接受的comp360而引起的飽和。反饋電路370可接收一個或一個以上控制信號以調節N4356與N2324之間的反饋。以說明而非限制的方式，反饋電路370可包括在N2324與參考電壓電平(例如，接地)之間彼此串聯耦合的電晶體T16及T17。可響應於在N4356處comp360的輸出來激活T17。在一實施例中，可響應於SWEN352選擇性地激活T16以變化地允許下拉電流被從N2324運送到接地，其中此下拉電流是基於comp360到T17的反饋。
[0043]圖4說明根據一實施例的用以調節比較器電路的操作的信令400的要素。為演示某些實施例的各種特徵，相對於分別包括圖2及圖3中的比較器電路200及比較器電路300的元件的比較器電路來論述信令400。在一實施例中，信令400將操作包括第一級206及耦合到其的第二級310的比較器電路，其中第二級310將從第一級206接收中間信號。此比較器電路進一步包括第三級350及反饋電路370以用於基於第二級310的另一中間信號產生 comp360。
[0044]在一實施例中，信令400包括在某個時刻t0斷言PSCMP332以驅動電流鏡(例如，包括電源238、340及電晶體T6、T13)，其促進增益電路214及增益電路330的操作。舉例來說，驅動此電流鏡可允許增益電路214及增益電路330的自動歸零。
[0045]在一實施例中，自動歸零偏置包括電晶體T7、T8的增益電路214的反相器放大器，且進一步偏置包括電晶體Τ14及Τ15的增益電路330的反相器放大器。舉例來說，此自動歸零可包括與斷言CZ1234及CZ2336組合地斷言VREIN224。對Ref204的取樣可響應於VEREIN224被斷言而發生，而同時所斷言的CZ1234及CZ2336可允許增益電路214及增益電路330的反相器放大器到達基於經取樣Ref204的相應偏置點。
[0046]在針對1^€204偏置比較器電路之後，可取消斷言￥1?1吧24、021234、022336以準備取樣IN202。在信令400中，當VREIN224被取消斷言時，在時間t0與時間tl之間執行自動歸零。在IN202的自動歸零及取樣期間，可針對將第二級310的C2耦合到N1236的閉合開關電路320來斷言LT322。
[0047]舉例來說，取樣IN202可包括取消斷言0PEIB220以操作取樣電路212的低有效Tl。0PEIB220的此取消斷言可允許IN202給Cl充電，這又可致使增益電路214的反相器放大器在N1236處提供中間信號。在開關電路320由所斷言的LT322閉合的情況下，N1236處的中間信號可給C2充電，這又可致使增益電路330的反相器放大器在N3338處提供另一中間信號。
[0048]在允許N3338處的中間信號穩定之後，可激活第三級350的組合邏輯以在N4356處提供comp360。以說明而非限制的方式，可(例如，在時間t2處)針對NAND門GTl斷言SWEN352以在N3338處輸出中間信號的反相版本。在一實施例中，可在時間t2之前的某個時間點斷言EQB354，其中SWEN352及EQB354兩者的組合斷言開始在N4356處輸出數位訊號comp360o
[0049]在t2處斷言SWEN352可進一步啟用反饋電路370的激活(例如，以促進基於來自N4356的comp360的反饋將N2324下拉)。在較晚的時間t3處，可取消斷言LT322以經由開關電路320至少部分地使第一級206與第二級310去耦。此後，可在時間t4處斷言0PEIB220以停止經由低有效電晶體Tl取樣IN202，且可在時間t5處再次斷言LT322以切換地閉合NI236與C2之間的連接。
[0050]圖5為根據一實施例的說明包括信號放大電路的圖像傳感器系統500的框圖。所說明的圖像傳感器系統500的實`施例包括像素陣列505、讀出電路510、功能邏輯515及控制電路520。
[0051]像素陣列505可包含像素單元(例如，像素P1、P2…Pn)的多個行及列。在一個實施例中，每一像素為互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)像素。像素陣列505可實施為前側照明圖像傳感器或背側照明圖像傳感器。如所說明，每一像素布置成行(例如，行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx)以獲取人、位置或對象的圖像數據，所述圖像數據可接著用於呈現所述人、位置或對象的圖像。
[0052]在每一像素已獲得其圖像數據或圖像電荷之後，所述圖像數據可由讀出電路510經由位線507讀出且轉移到功能邏輯515。讀出電路510可包括放大電路、模/數(「ADC」)轉換電路或其它。在一實施例中，讀出電路510包括信號增益組件以放大來自位線507中的一者的信號。舉例來說，此信號增益組件的配置可由控制電路520控制。在另一實施例中，用以控制像素陣列505的電路可與用以選擇性地配置讀出電路510的信號增益組件的其它控制電路不同。
[0053]功能邏輯515可簡單地存儲圖像數據或甚至通過施加後圖像效果(例如，修剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其它)來操縱圖像數據。在一個實施例中，讀出電路510可沿著讀出列線(說明為通用位線)一次讀出一行圖像數據或可使用多種其它技術(未說明)(例如，串行讀出、沿著讀出行線的列讀出，或同時完全並行讀出所有像素)讀出圖像數據。
[0054]控制電路520可耦合到像素陣列505且可包括用於控制像素陣列505的操作特性的邏輯。舉例來說，控制電路520可產生復位、行選擇及轉移信號，如下文論述。此外，如下文論述，控制電路520也可產生雙轉換增益信號或FD升壓信號。在一個實施例中，控制電路520可包括光敏電路以測量照射在像素陣列505上的光的強度及相應地調整控制信號。
[0055]圖6說明根據一實施例的包括比較器電路CMP610的讀出電路600的元件。讀出電路600可提供用於(例如，經由位線507中的一者)從像素單元(例如，CMOS像素單元)讀取圖像數據的功能性，例如讀出電路510的功能性。在一實施例中，CMP610包括比較器電路100的特徵中的一些或全部。
[0056]讀出電路600可包括運算放大器AMP620以經由讀出線625接收從像素陣列讀出的圖像數據信號。在一實施例中，讀出電路600包括開關SW2630以允許用於CMOS圖像傳感器的可選擇動態增益。根據不同實施例，SW2630可以NMOS電晶體實施或替代地以PMOS電晶體實施。舉例來說，讀出電路600可包含越過AMP620的可切換反饋路徑，所述可切換反饋路徑包括SW2630及負載(例如反饋電容器Cfb2632)。
[0057]CMP610可從AMP620的輸出接收信號IN602且將IN602與閾值參考電壓Vref604進行比較。在一實施例中，CMP610輸出表示IN602與Vref604的比較的信號comp612。輸出comp612可操作SW2630以確定越過AMP620的反饋實施讀出電路600的高動態增益還是低動態增壓。
[0058]在一實施例中，SW2630可操作以經由Cfb2632選擇性地控制放大器620的輸入及輸出之間的交流。在某個時間點，CMP610可確定IN602是否大於Vref604。CMP610可響應於IN602大於閾值電壓Vref604而輸出comp612。comp612的斷言可閉合SW2630，從而導致越過放大器620的增益的減少。低增益模式對於實現高動態增益(例如，如亮光圖像捕獲情形中所需要的)可為有利的。或者，當IN602小於Vref604時，可取消斷言comp612。再次斷言comp612可斷開SW2630，從而防止Cfb2632減少越過放大器620的增益。高增益放大器對於實現低動態增益(例如，如在低光圖像捕獲情形中所需要的)可為有利的。
[0059]在一實施例中，讀出電路600進一步包括越過放大器620的一個或一個以上額外反饋及/或前饋路徑(未展示)。以說明而非限制的方式，反饋電容器及均衡器開關為通常針對列放大器電路或其它此讀出電路而包括的額外組件。在一個實施例中，讀出電路600進一步包括均衡器開關SW1640，其與SW2630及Cfb2632並聯耦合在AMP620的輸入與輸出之間。舉例來說，此均衡開關SW1640可響應於開關控制信號SP1642而選擇性地耦合運算放大器620的輸入及輸出以用於放大器偏移消除。根據不同實施例，SW1640可以NMOS電晶體實施或替代地以PMOS電晶體實施。在一實施例中，EQB354為SP1642的延遲且反相版本。
[0060]此外或替代地，讀出電路600可進一步包括反饋電容器Cfbl650，其與SW2630及Cfb2632並聯且在一實施例中進一步與SW1640並聯地耦合在運算放大器620的輸入與輸出之間。在一實施例中，Cfbl650實施用於AMP620的信號放大的某基線環路增益。讀出電路600可包括額外邏輯以基於來自AMP620的輸入IN602提供輸出。以說明而非限制的方式，開關SW3660可進一步耦合到AMP620的輸出，其中SW3660由開關控制信號SP2665操作以選擇性地給輸出電容器670充電。[0061]圖7說明根據一實施例的用於操作比較器電路的方法700的要素。方法700可操作具有比較器電路100的特徵中的一些或全部的比較器電路。在一實施例中，方法700包括，在710處，用比較器電路的第一級取樣輸入信號。舉例來說，710處的取樣可包括基於參考信號執行比較器電路的自動歸零。在一實施例中，在自動歸零已基於參考電壓偏置比較器電路之後執行對輸入信號的取樣。
[0062]方法700可進一步包括，在720處，在第一節點處基於參考信號及輸入信號提供第一中間信號。所述中間信號可在720處由第一級的第一增益電路提供。舉例來說，所述第一級可包括存儲具有基於710處的輸入信號的取樣的電平的電荷的電容器(例如，第一級206的Cl)。在一實施例中，第一增益電路(例如反相器放大器)可響應於此電容器電荷提供第一中間信號。
[0063]在一實施例中，方法700進一步包括，在730處，切換地將第一節點耦合到第二級的電容器。730處的切換式耦合可用第二級的開關電路基於鎖存控制信號來執行。方法700可進一步包括，在740處，基於第一中間信號在第二級的電容器處存儲電荷。
[0064]在一實施例中，方法700進一步包括，在750處，在第三節點處基於在740處存儲的電荷提供第二中間信號。舉例來說，可在750處用第二級的第二增益電路提供所述第二中間信號，其中第二增益電路經由第二節點耦合到第二級的電容器。
[0065]方法700可進一步包括，在760處，在第四節點處基於第二中間信號及輸出啟用控制信號提供輸出信號，所述輸出信號表示參考信號與輸入信號的比較。在一實施例中，用第三級的組合邏輯(例如，包括NAND門GT1、GT2的組合邏輯)產生在760處提供的輸出信號。
[0066]在一實施例中，方法700包括，在770處，在比較器電路的反饋電路處接收輸出啟用控制信號。響應於輸出啟用控制信號，方法700可包括，在780處，用反饋電路控制第二節點的電壓。780處的控制可基於輸出啟用控制信號(S卩，除了此控制是響應於反饋電路接收輸出啟用控制信號之外)。
[0067]在本文中描述用於產生比較信號的技術及架構。在以上描述中，出於解釋的目的，闡述許多具體細節以提供對某些實施例的透徹理解。然而，所屬領域的技術人員將明白，可在沒有這些具體細節的情況下實踐某些實施例。在其它例子中，以框圖形式展示結構及裝置以避免使描述模糊不清。
[0068]在說明書中參考「一個實施例」或「一實施例」表示結合所述實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。在本說明書的各個地方出現短語「在一個實施例中」不一定都指代同一實施例。
[0069]依照計算機存儲器內的數據位的操作的算法及符號表示來呈現本文中的詳細描述的一些部分。這些算法描述及表示為所屬領域的技術人員用於向所屬領域的其它技術人員有效地傳達其工作實質的手段。算法在此處一般被認為是導致所要結果的自我一致的步驟序列。所述步驟為需要物理量的物理操縱的步驟。通常但不必要地，這些量呈能夠被存儲、轉移、組合、比較或以其它方式操縱的電信號或磁信號的形式。已證明有時主要出於共同用途的原因將這些信號稱為位、值、元件、符號、字符、項、數字或類似物是便利的。
[0070]然而，應記住，所有這些術語及類似術語與適當物理量相關聯且僅為應用於這些量的便利標記。如從本文中的論述明白，除非以其它方式明確規定，否則應理解，在整個描述中，使用例如「處理」或「計算」或「推算」或「確定」或「顯示」或類似物的術語的論述指代操縱表示為計算機系統的寄存器及存儲器內的物理量(電子)量的數據且將所述數據轉換成類似地表示為計算機系統存儲器或寄存器或其它此信息存儲裝置、傳輸或顯示裝置內的物理量的計算機系統或類似電子計算裝置的動作和過程。
[0071]某些實施例也與用於執行本文中的操作的設備相關。此設備可針對所要用途特定構造或其可包含通用計算機(其由存儲在所述計算機中的電腦程式選擇性地激活或再配置)。此電腦程式可存儲在計算機可讀存儲媒體中，例如但不限於任何類型的磁碟(包括軟盤、光碟、CD-ROM及磁光碟)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)(例如，動態RAM(DRAM)、EPROM、EEPR0M)、磁卡或光卡或適於存儲電子指令且耦合到計算機系統總線的任何類型的媒體。
[0072]本文中呈現的算法及顯示器不固有地與任何特定計算機或其它設備相關。各種通用系統可與根據本文中的教示的程序一起使用，或可證明構造更特定的設備以執行所要方法步驟是便利的。將根據本文中的描述明白用於多種這些系統的所要結構。此外，未參考任何特定程式語言描述某些實施例。將理解，多種程式語言可用於實施如本文中描述的此類實施例的教示。
[0073]除了本文中描述的內容之外，可對所揭示的實施例及其實施方案做出各種修改而不脫離其範圍。因此，應以說明性而非限制性意義理解本文中的說明及實例。僅參考所附權利要求書估量本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種比較器電路，其包含: 第一級，其用以取樣輸入信號，所述第一級包括第一增益電路以基於參考信號及 所述輸入信號在第一節點處提供第一中間信號； 第二級，其包括: 電容器，其用以基於所述第一中間信號存儲電荷； 開關電路，其在所述第一節點與所述電容器之間，所述開關電路用以基於開關控制信號切換地將所述第一節點耦合到所述電容器； 第二增益電路，其經由第二節點耦合到所述電容器，所述第二增益電路用以基於所述電容器的所述所存儲電荷在第三節點處提供第二中間信號； 第三級，其包括耦合到所述第三節點的組合邏輯，所述組合邏輯用以接收輸出啟用控制信號及基於所述第二中間信號及所述輸出啟用控制信號在第四節點處提供輸出信號，所述輸出信號表示所述參考信號與所述輸入信號的比較；及 反饋電路，其耦合在所述第二節點與所述第四節點之間，所述反饋電路用以接收所述輸出啟用控制信號，且響應於所述輸出啟用控制信號，基於所述輸出信號控制所第二節點的電壓。
2.根據權利要求1所述的比較器電路，所述第一增益電路包括第一放大器及用以繞過所述第一放大器的第一電晶體，其中基於用第一歸零控制信號激活所述第一電晶體來偏置所述第一增益電路。
3.根據權利要求2所述的比較器電路，所述第一增益電路進一步包括與所述第一電晶體串聯耦合以繞過所述第一放大器的第一虛設電晶體，所述第一虛設電晶體用以限制通過所述第一增益電路的電荷注入。`
4.根據權利要求2所述的比較器電路，所述第二增益電路包括第二放大器及用以繞過所述第二放大器的第二電晶體，其中基於用第二歸零控制信號激活所述第二電晶體來偏置所述第二增益電路。
5.根據權利要求4所述的比較器電路，所述第二增益電路進一步包括與所述第二電晶體串聯耦合以繞過所述第二放大器的第二虛設電晶體，所述第二虛設電晶體用以限制通過所述第二增益電路的電荷注入。
6.根據權利要求1所述的比較器電路，其中所述反饋電路基於所述輸出信號控制所述第二節點的所述電壓包括所述反饋電路基於所述輸出信號為所述第二節點提供下拉路徑。
7.根據權利要求1所述的比較器電路，所述開關電路進一步為所述電容器提供上拉路徑。
8.一種圖像傳感器系統，其包含: 像素陣列，其包括用以產生輸入信號的多個像素；及比較器電路，其耦合到所述像素陣列，所述比較器電路包括: 第一級，其用以取樣輸入信號，所述第一級包括第一增益電路以基於參考信號及所述輸入信號在第一節點處提供第一中間信號； 第二級，其包括: 電容器，其用以基於所述第一中間信號存儲電荷； 開關電路，其在所述第一節點與所述電容器之間，所述開關電路用以基於開關控制信號切換地將所述第一節點耦合到所述電容器； 第二增益電路，其經由第二節點耦合到所述電容器，所述第二增益電路用以基於所述電容器的所述所存儲電荷在第三節點處提供第二中間信號； 第三級，其包括耦合到所述第三節點的組合邏輯，所述組合邏輯用以接收輸出啟用控制信號及基於所述第二中間信號及所述輸出啟用控制信號在第四節點處提供輸出信號，所述輸出信號表示所述參考信號與所述輸入信號的比較；及 反饋電路，其耦合在所述第二節點與所述第四節點之間，所述反饋電路用以接收所述輸出啟用控制信號，且響應於所述輸出啟用控制信號，基於所述輸出信號控制所述第二節點的電壓。
9.根據權利要求8所述的圖像傳感器系統，所述第一增益電路包括第一放大器及用以繞過所述第一放大器的第一電晶體，其中基於用第一歸零控制信號激活所述第一電晶體來偏置所述第一增益電路。
10.根據權利要求9所述的圖像傳感器系統，所述第一增益電路進一步包括與所述第一電晶體串聯耦合以繞過所述第一放大器的第一虛設電晶體，所述第一虛設電晶體用以限制通過所述第一增益電路的電荷注入。
11.根據權利要求9所述的圖像傳感器系統，所述第二增益電路包括第二放大器及用以繞過所述第二放大器的第二電晶體，其中基於用第二歸零控制信號激活所述第二電晶體來偏置所述第二增益電 路。
12.根據權利要求11所述的圖像傳感器系統，所述第二增益電路進一步包括與所述第二電晶體串聯耦合以繞過所述第二放大器的第二虛設電晶體，所述第二虛設電晶體用以限制通過所述第二增益電路的電荷注入。
13.根據權利要求8所述的圖像傳感器系統，其中所述反饋電路基於所述輸出信號控制所述第二節點的所述電壓包括所述反饋電路基於所述輸出信號為所述第二節點提供下拉路徑。
14.根據權利要求8所述的圖像傳感器系統，所述開關電路進一步為所述電容器提供上拉路徑。
15.一種在比較器電路處的方法，所述方法包含: 用第一級取樣輸入信號； 通過所述第一級的第一增益電路，基於參考信號及所述輸入信號在第一節點處提供第一中間信號； 通過第二級的開關電路，切換地將所述第一節點耦合到所述第二級的電容器，所述耦合基於鎖存控制信號； 基於所述第一中間信號，在所述電容器處存儲電荷； 通過所述第二級的第二增益電路，基於所述所存儲電荷在第三節點處提供第二中間信號，所述第二增益電路經由第二節點耦合到所述電容器； 通過第三級的組合邏輯，基於所述第二中間信號及輸出啟用控制信號在第四節點處提供輸出信號，所述輸出信號表示所述參考信號與所述輸入信號的比較； 在耦合在所述第二節點與所述第四節點之間的反饋電路處接收所述輸出啟用控制信號；及響應於所述輸出啟用控制信號，基於所述輸出信號用所述反饋電路控制所述第二節點的電壓。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述第一增益電路包括第一放大器及第一電晶體，所述方法進一步包含偏置所述第一增益電路，包括用第一歸零控制信號激活所述第一電晶體以繞過所述第一放大器。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述第一增益電路進一步包括與所述第一電晶體串聯耦合的第一虛設電晶體，所述方法進一步包含: 通過所述第一虛設電晶體，限制通過所述第一增益電路的電荷注入。
18.根據權利要求16所述的方法，其中所述第二增益電路包括第二放大器及第二電晶體，所述方法進一步包含: 偏置所述第二增益電路，包括用第二歸零控制信號激活所述第二電晶體以繞過所述第二放大器。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述第二增益電路進一步包括與所述第二電晶體串聯耦合的第二虛設電晶體，所述方法進一步包含: 通過所述第二虛設電晶體，限制通過所述第二增益電路的電荷注入。
20.根據權利要求15所述的方法，其中基於所述輸出信號控制所述第二節點的所述電壓包括所述反饋電路基於所述`輸出信號為所述第二節點提供下拉路徑。
【文檔編號】H03K5/22GK103684367SQ201310220590
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2012年9月5日
【發明者】張光斌, 丹尼斯·李 申請人:全視科技有限公司