模數轉換器和包括模數轉換器的CMOS圖像傳感器制造技術

一種CMOS圖像傳感器包括：有源像素陣列，其適于產生有源像素信號；虛設像素陣列，其適于產生虛設像素信號；行驅動器，其適于控制所述有源像素陣列和所述虛設像素陣列以在相同列同時進行操作；以及相關雙采樣(CDS)陣列，其適于基于第一斜坡信號和第二斜坡信號來產生有源采樣信號和虛設采樣信號并且適于對所述有源采樣信號與所述虛設采樣信號進行比較，所述有源采樣信號和所述虛設采樣信號通過利用相關雙采樣分別從所述有源像素信號和所述虛設像素信號來采樣。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】模數轉換器和包括模數轉換器的CMOS圖像傳感器相關申請的交叉引用本申請要求2014年3月28日提交的申請號為10-2014-0036759的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。
本專利技術的各種實施例涉及互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器，且更具體地涉及模數轉換器和包括所述模數轉換器的CMOS圖像傳感器。
技術介紹
圖1是圖示包括列并行方案的模數轉換器的傳統CMOS圖像傳感器的框圖。參見圖1，傳統CMOS圖像傳感器包括行驅動器110、有源像素陣列120、光學黑(OB, optical black)像素陣列122 (即，虛設像素陣列)、參考電壓發生器130、相關雙采樣(CDS, correlated double sampling)陣列 140 和數字碼輸出單元 150。行驅動器110產生用于控制有源像素陣列120和OB像素陣列122的像素的各種控制信號RX、TX和SEL。有源像素陣列120輸出對應于每個列的有源像素信號APS_0，以及OB像素陣列122將OB像素信號0B_0作為列信號輸出。由于與提供至有源像素陣列的電源電壓相同的電源電壓被提供至OB像素陣列122，所以或許經由OB像素信號0B_0可能傳送與在有源像素陣列120中產生的電源電壓噪聲(在下文中，被稱為“功率噪聲”)相同的噪聲。OB像素陣列122的上部摻雜有阻斷光穿過OB像素陣列122的材料，所以OB像素陣列122可以使用阻斷電平信號有效地傳送功率噪聲。參考電壓發生器130基于OB像素信號0B_0和第一斜坡信號RAMP_R從OB像素信號0B_0產生相關雙采樣的OB采樣信號，并且基于第一參考電壓REF_0B和產生的OB采樣信號產生第二參考電壓REF_C。CDS陣列140接收有源像素信號APS_0、第二斜坡信號RAMP_C*第二參考電壓REF_C，并且基于有源像素信號APS_0和第二斜坡信號RAMP_C從有源像素信號APS_0產生相關雙采樣的有源采樣信號。CDS陣列140比較產生的有源采樣信號與第二參考電壓REF_c以產生用于產生數字碼的比較結果信號ras_o。第一斜坡信號RAMP_R和第二斜坡信號RAMP_C可以從通用斜坡信號發生器(未不出)產生。由于在斜坡信號發生器中可能出現噪聲元素，所以第一斜坡信號RAMP_R和第二斜坡信號RAMP_C可以由單個斜坡信號發生器產生。用于產生參考電壓的第一斜坡信號RAMP_R與第二斜坡信號RAMP_C不同，并且保持均勻的電壓電平，而在執行斜坡操作之前或之后不改變電壓電平。數字碼輸出單元150從CDS陣列140接收比較結果信號⑶S_0，并且基于比較結果信號⑶S_0產生用于圖像信號處理器(ISP)的數字信號處理的數字碼值。圖2是在圖1中所示的參考電壓發生器130和⑶S陣列140的詳細示圖。參見圖2，參考電壓發生器130可以包括:OB⑶S電路132，用于在差分比較器Al的輸入節點ΙΝ_0Β上產生OB采樣信號；以及輸出放大器A3，用于緩沖OB采樣信號以產生第二參考電壓REF_C。OB⑶S電路132可以包括比較單元133、耦接至比較單元133的信號傳輸電容器C3、并聯耦接至信號傳輸電容器C3的第四開關S4以及放大器A2。比較單元133可以包括:第一開關SI，用于控制OB像素信號0B_0的傳輸；第二開關S2，用于控制第一斜坡信號RAMP_R的傳輸；阻斷電容器，親接在第一開關SI和第二開關S2之間；儲存電容器C2，耦接至第一開關SI用來提供OB采樣信號；第三開關S3，耦接至差分比較器Al ;以及差分比較器Al。比較單元133接收OB采樣信號，并且比較OB采樣信號與第一參考電壓REF_0B。阻斷電容器Cl傳送與斜坡信號的電壓電平無關的電壓變化量。⑶S陣列140在每個列包括第一有源⑶S電路142、第二有源⑶S電路144和第N有源⑶S電路146，第一有源⑶S電路142、第二有源⑶S電路144和第N有源⑶S電路146基于第一有源像素信號APS_0_1、第二有源像素信號APS_0_2、第N有源像素信號APS_0_n進行操作。有源⑶S電路142、144和146中的每個具有與參考電壓發生器130的OB⑶S電路132相同的結構。提供至有源像素陣列120的電源電壓被提供至OB像素陣列122和參考電壓發生器130。有源采樣操作的噪聲元素可以經由參考電壓去除，所述參考電壓利用具有與有源⑶S電路142、144和146相同的結構的OB⑶S電路152來產生。然而，由于上述的傳統噪聲降低方案通過利用從沿著列方向排列的OB像素(即，虛設像素)輸出的OB像素信號0B_0產生參考電壓且將產生的參考電壓用作所有有源像素列的參考電壓來降低像素的功率噪聲，所以傳統的噪聲降低方案具有缺點，原因在于需要單獨的參考電壓發生器和許多用于獲取代表值的OB像素。此外，由于傳統的噪聲降低方案獲取了代表值，所以降低了準確性，并且未完全去除像素的功率噪聲。在傳統的噪聲降低方案中，當參考電壓發生器執行OB像素信號0B_0的處理時，第一參考電壓REF_0B和另外的電路(例如，輸出放大器A3)可以是不同的噪聲源。
技術實現思路
本專利技術的各種實施例針對模數轉換器和包括所述模數轉換器的CMOS圖像傳感器，用于通過利用行方向的有源像素和OB像素的一對一匹配操作去除從像素陣列產生的功率噪聲來減少水平方向噪聲。另外，本專利技術的各種實施例針對模數轉換器和包括所述模數轉換器的CMOS圖像傳感器，用于通過利用比較器的輸入節點的匹配操作去除從斜坡信號發生器產生的斜坡噪聲來降低水平方向噪聲。根據本專利技術的一個實施例，一種模數轉換器包括:虛設采樣信號發生單元，其適于基于第一斜坡信號產生虛設采樣信號，所述虛設采樣信號通過利用相關雙采樣從虛設像素陣列輸出的虛設像素信號來采樣；有源采樣信號發生單元，其適于基于第二斜坡信號產生有源采樣信號，所述有源采樣信號通過利用相關雙采樣從有源像素陣列輸出的有源像素信號來采樣；以及比較單元，適于對所述虛設采樣信號與所述有源采樣信號進行比較。虛設像素陣列可以包括光學黑(OB)像素陣列。所述虛設采樣信號發生單元和所述有源采樣信號發生單元可以利用相同電路來具有差分輸入結構。虛設采樣信號發生單元可以包括:第一開關，其適于控制所述虛設像素信號的傳輸；第一阻斷電容器，其耦接在所述第一斜坡信號的輸入節點和所述第一開關的輸出節點之間；以及第一信號儲存電容器，其耦接至所述第一開關的輸出節點，并且適于提供所述OB米樣信號。有源采樣信號發生單元可以包括:第二開關，其適于控制所述有源像素信號的傳輸；第二阻斷電容器，其耦接在所述第二斜坡信號的輸入節點和所述第二開關的輸出節點之間；以及第二信號儲存電容器，其耦接至所述第二開關的輸出節點，并且適于提供所述有源采樣信號。所述第一開關和所述第二開關可以具有相同元件，所述第一阻斷電容器和所述第二電容器具有相同元件，以及所述第一信號儲存電容器和所述第二信號儲存電容器具有相同元件。所述有源像素信號和所述虛設像素信號可以具有相同噪聲特性，以及所述第一斜坡信號和所述第二斜坡信號可以具有相同噪聲特性。所述比較單元的輸入可以表達為，Vinp - Vinm = (RAMP - RAMP_REF) - (APS_0 -0B_0),其中，Vi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模數轉換器，包括：虛設采樣信號發生單元，其適于基于第一斜坡信號產生虛設采樣信號，所述虛設采樣信號通過利用相關雙采樣從虛設像素陣列輸出的虛設像素信號來采樣；有源采樣信號發生單元，其適于基于第二斜坡信號產生有源采樣信號，所述有源采樣信號通過利用相關雙采樣從有源像素陣列輸出的有源像素信號來采樣；以及比較單元，其適于對所述虛設采樣信號和所述有源采樣信號進行比較。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：金眞善，金殷俊，
申請(專利權)人：愛思開海力士有限公司，
類型：發明
國別省市：韓國;KR