減少圖像傳感器中的噪聲的諧波音調的方法及圖像感測系統技術方案

本申請案涉及一種用于減少圖像傳感器中的噪聲的諧波音調的方法及一種圖像感測系統。一種減少圖像傳感器中的噪聲的諧波音調的方法包含產生系統時鐘及響應于所述系統時鐘而產生隨機時鐘。借助所述隨機時鐘對電荷泵進行時控以產生經升壓電壓。將所述經升壓電壓提供到所述圖像傳感器的像素陣列。使用來自所述電荷泵的所述經升壓電壓從所述像素陣列的像素單元讀出圖像電荷。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般來說涉及圖像傳感器。更具體來說，本專利技術的實例涉及從具有電荷泵的圖像傳感器像素單元讀出圖像數據的電路。
技術介紹
圖像傳感器已變得普遍存在。其廣泛用于數碼相機、蜂窩式電話、安全相機以及醫學、汽車及其它應用中。用以制造圖像傳感器且特定來說互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的技術已不斷快速地發展。舉例來說，對較高分辨率及較低電力消耗的需求已促進了這些圖像傳感器的進一步小型化及集成。在常規CMOS像素單元中，從光敏裝置(例如，光電二極管)轉移圖像電荷并在所述像素單元內部在浮動擴散節點上將其轉換為電壓信號。可將圖像電荷從像素單元讀出到讀出電路中且接著處理所述圖像電荷。在圖像傳感器應用中，電荷泵將經升壓電壓(即，高于正常VDD電平)提供到像素單元陣列以便從像素單元中的光電二極管讀出圖像電荷且通過讀出路徑將電壓信號傳遞到讀出電路。電荷泵可由系統時鐘驅動。電荷泵的充電及放電階段連同系統時鐘一起操作，此可產生顯著量的噪聲。所產生噪聲的諧波音調的功率頻譜與系統時鐘的功率頻譜對準。換句話說，噪聲的諧波音調與系統時鐘的諧波音調對準，其可貫穿成像系統傳播且降低動態范圍及因此降低用成像系統獲取的圖像的圖像質量。
技術實現思路
本專利技術的一個實施例涉及一種減少圖像傳感器中的噪聲的諧波音調的方法。所述方法包括：產生系統時鐘；響應于所述系統時鐘而產生隨機時鐘；借助所述隨機時鐘對電荷泵進行時控以產生經升壓電壓；將所述經升壓電壓提供到所述圖像傳感器的像素陣列；及使用來自所述電荷泵的所述經升壓電壓從所述像素陣列的像素單元讀出圖像電荷。本專利技術的另一實施例涉及一種圖像感測系統。所述圖像感測系統包括：像素單元陣列，其布置成多個行及多個列；電荷泵，其經耦合以將經升壓電壓提供到所述像素單元陣列；隨機時鐘產生器，其經耦合以對所述電荷泵進行時控；及讀出電路，其耦合到所述像素單元陣列以使用從所述電荷泵提供的所述經升壓電壓從所述像素單元陣列讀出圖像電荷。附圖說明參考以下各圖描述本專利技術的非限制性及非詳盡實施例，其中在所有各視圖中相似參考編號指代相似部件，除非另有規定。圖1是圖解說明根據本專利技術的教示包含電荷泵的成像系統的一部分的實例的框圖，所述電荷泵具有用以減少系統時鐘的諧波音調的隨機時鐘。圖2A是圖解說明根據本專利技術的教示的圖像傳感器中經耦合以借助隨機時鐘進行時控的電荷泵的一個實例的示意圖。圖2B是圖解說明根據本專利技術的教示的圖像傳感器中經耦合以對電荷泵進行時控的經同步兩相不重疊時鐘產生器的一個實例的示意圖。圖3A是圖解說明根據本專利技術的教示的圖像傳感器中耦合到隨機時鐘產生器的系統時鐘的一個實例的框圖，所述隨機時鐘產生器經耦合以產生隨機時鐘，所述隨機時鐘經耦合以對電荷泵進行時控。圖3B是圖解說明根據本專利技術的教示經耦合以產生隨機時鐘的隨機時鐘產生器的一個實例的框圖。圖3C是具有圖解說明根據本專利技術的教示的圖像傳感器中的隨機時鐘產生器的一個實例的操作的時序圖的狀態圖，所述隨機時鐘產生器經耦合以產生用以對電荷泵進行時控的隨機時鐘。圖4是圖解說明根據本專利技術的教示經耦合以產生隨機時鐘的隨機時鐘產生器的另一實例的框圖。在圖式的所有數個視圖中，對應參考字符指示對應組件。所屬領域的技術人員將了解，圖中的元件是為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按比例繪制。舉例來說，為了有助于改進對本專利技術的各種實施例的理解，圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對于其它元件放大。此外，通常未描繪在商業上可行的實施例中有用或必需的常見而眾所周知的元件以便促進對本專利技術的這各種實施例的較不受阻擋的觀察。具體實施方式在以下描述中，陳述眾多特定細節以便提供對本專利技術的透徹理解。然而，所屬領域的一般技術人員將明了，不需要采用特定細節來實踐本專利技術。在其它實例中，未詳細描述眾所周知的材料或方法以避免使本專利技術模糊。在本說明書通篇中對“一個實施例”、“一實施例”、“一個實例”或“一實例”的提及意指結合所述實施例或實例所描述的特定特征、結構或特性包含于本專利技術的至少一個實施例中。因此，在本說明書通篇的各個位置中短語“在一個實施例中”、“在一實施例中”、“一個實例”或“一實例”的出現未必全部指代同一實施例或實例。此外，在一個或一個以上實施例或實例中，可以任何適合組合及／或子組合來組合所述特定特征、結構或特性。特定特征、結構或特性可包含于集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能性的其它適合組件中。另外，應了解，隨本文一起提供的各圖是出于向所屬領域的一般技術人員解釋的目的且圖式未必按比例繪制。根據本專利技術的教示的實例描述一種經耦合以借助根據本專利技術的教示的圖像傳感器中的隨機時鐘操作的電荷泵。如先前所提及，在圖像傳感器應用中，電荷泵將經升壓電壓(即，高于正常VDD電平)提供到像素單元陣列以便從光電二極管讀出圖像電荷且通過讀出路徑將電壓信號傳遞到讀出電路。電荷泵可由時鐘驅動，此可產生顯著量的不合意噪聲，所述噪聲具有與系統時鐘的諧波音調對準的諧波音調。這些諧波音調可貫穿圖像傳感器的電力線以及整個半導體襯底傳播。因此，這些諧波音調將被添加于噪聲本底上，此可負面地影響圖像傳感器的圖像質量。如將論述，根據本專利技術的教示，為了改進圖像質量，在圖像傳感器中借助經耦合以借助隨機時鐘操作的電荷泵來減少諧波音調的電平。為了減少由電荷泵產生的諧波音調，使充電及放電操作隨機化。然而，為了減少從電荷泵的每一級的反向電荷泄漏，在電荷泵的所述級中使經隨機化的充電及放電操作同步。在一個實例中，借助響應于經隨機化系統時鐘而產生的經同步的兩個不重疊時鐘相位來實現對經隨機化操作的此同步。為了圖解說明，圖1是圖解說明根據本專利技術的教示包含電荷泵的成像系統的一部分的實例的框圖，所述電荷泵具有用以減少系統時鐘的諧波音調的隨機時鐘。如在所描繪的實例中所展示，成像系統100的一部分包含耦合到垂直掃描電路110及讀出電路(在所圖解說明的實例中，其被展示為垂直掃描電路104)的像素單元陣列102。在所述實例中，電荷泵112經耦合以接收電壓VDD及來自隨機時鐘產生器114的隨機時鐘信號156。電荷泵112經耦合以將經升壓電壓VBOOsT140提供到垂直掃描電路110，垂直掃描電路110將經升壓電壓VBOOST140提供到像素單元陣列102。如在所述實例中所展示，像素陣列102為成像傳感器或像素單元(例如，像素單元P1、P2…、Pn)的二維(2D)陣列。在一個實例中，每一像素單元為CMOS本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種減少圖像傳感器中的噪聲的諧波音調的方法，其包括：產生系統時鐘；響應于所述系統時鐘而產生隨機時鐘；借助所述隨機時鐘對電荷泵進行時控以產生經升壓電壓；將所述經升壓電壓提供到所述圖像傳感器的像素陣列；及使用來自所述電荷泵的所述經升壓電壓從所述像素陣列的像素單元讀出圖像電荷。

【技術特征摘要】
2013.10.18 US 14/057,8411.一種減少圖像傳感器中的噪聲的諧波音調的方法，其包括：
產生系統時鐘；
響應于所述系統時鐘而產生隨機時鐘；
借助所述隨機時鐘對電荷泵進行時控以產生經升壓電壓；
將所述經升壓電壓提供到所述圖像傳感器的像素陣列；及
使用來自所述電荷泵的所述經升壓電壓從所述像素陣列的像素單元讀出圖像電荷。
2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括在啟動期間借助所述系統時鐘對所
述電荷泵進行時控，其中所述借助所述隨機時鐘對所述電荷泵進行時控以產生所述經升
壓電壓在啟動之后發生。
3.根據權利要求2所述的方法，其中在由所述電荷泵提供的所述經升壓電壓達到
閾值電平之后完成啟動。
4.根據權利要求1所述的方法，其中產生所述隨機時鐘包括：
產生隨機數；
如果所述隨機數表示第一狀態，那么將所述隨機時鐘設定為等于所述隨機時鐘的先
前循環的逆；及
如果所述隨機數表示第二狀態，那么將所述隨機時鐘設定為等于系統時鐘。
5.根據權利要求4所述的方法，其中產生所述隨機數包括借助∑-△調制器產生隨
機序列。
6.根據權利要求1所述的方法，其中借助所述隨機時鐘對所述電荷泵進行時控以
產生所述經升壓電壓包括：
響應于所述隨機時鐘而產生不重疊時鐘的經同步的兩個相位；及
借助所述不重疊時鐘的所述經同步的兩個相位驅動所述電荷泵，其中所述電荷泵的
充電及放電階段對所述不重疊時鐘的所述經同步的兩個相位做出響應。
7.根據權利要求1所述的方法，其中產生所述隨機時鐘包括：
產生隨機數序列；
劃分所述系統時鐘以產生多個經劃分時鐘；及
響應于所述隨機數序列而選擇所述多個經劃分時鐘中的一者以產生所述隨機時鐘。
8.一種圖像感測系統，其包括：
像素單元陣列，其布置成多個行及多個列；
電荷泵，其經耦合以將經升壓電壓提供到所述像素單元陣列；
隨機時鐘產生器，其經耦合以對所述電荷泵進行時控；及
讀出電路，其耦合到所述像素單元陣列以使用從所述電荷泵提供的所述經升壓電壓
從所述像素單元陣列讀出圖像電荷。
9.根據權利要求8所述的圖像感測系統，其進一步包括耦合于所述像素單元陣列
與所述電荷泵之間的垂直掃描電路，其中所述電荷泵經耦合以通過所述垂直掃描電路將
所述經升壓電壓提供到所述像素單元陣列。
10.根據權利要求8所述的圖像感測系統，其中所述讀出電路包括通過...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王宇昕，鄧黎平，
申請(專利權)人：全視科技有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US