專利名稱：子采樣模式下支持高幀速的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，更具體地，涉及一種能夠在子采樣模式下支持高幀速的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與方法。
背景技術：
與電荷耦合設備(CCD)相比，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)以低電壓運行，并且具有低功耗。另外，CMOS圖像傳感器可以用于利用標準CMOS工藝的、需要高密度集成的應用中。由于這些原因，CMOS圖像傳感器廣泛用于各種領域。人們預計CMOS圖像傳感器未來將在許多領域取代CCD。
與CCD不同，CMOS圖像傳感器將來自有源像素傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。對于這一轉(zhuǎn)換，CMOS圖像傳感器利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換的實施，可以將CMOS圖像傳感器歸類為單ADC方案或列ADC方案。單ADC方案在給定時間內(nèi)，通過利用以高速運行的單個ADC將所有列的APS模擬輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。雖然單ADC方案可以減少芯片面積，但是與列ADC方案相比其具有高功耗，這是因為其以高速運行。列ADC方案包括在每個列中提供的簡單ADC電路。與單ADC方案相比，列ADC方案具有大芯片面積與低功耗。列ADC方案利用比較器，其被配置來對APS模擬輸出電壓進行相關雙采樣(CDS)并且存儲結(jié)果電壓。從斜坡(ramp)生成器生成的斜坡電壓提供給比較器。比較器比較斜坡電壓與在CDS操作期間所存儲的電壓。
隨著人們越來越需要高解晰度圖像，已經(jīng)開發(fā)了高解晰度CMOS圖像傳感器。高解晰度CMOS圖像傳感器利用子采樣模式，以當捕獲運動圖像時支持高幀速。通過利用子采樣模式降低解晰度，來支持高幀頻。
在具有單ADC結(jié)構的CMOS圖像傳感器的情況下，按照行與列方向上的子采樣比，減少子采樣模式下待被模數(shù)轉(zhuǎn)換的像素的數(shù)目。因此，如果CMOS圖像傳感器在全解晰度模式下以相同速度運行，則幀速度會與子采樣模式下行、列方向上的子采樣比成比例地增加。然而，在子采樣模式下，列ADC結(jié)構由于其結(jié)構特性而無法減少X方向上的時間(參加圖3)。無法減少進行一個水平線的模數(shù)轉(zhuǎn)換所需的時間。因此，幀速按Y方向子采樣比增加。
圖1為顯示具有CDS結(jié)構的、列平行型CMOS圖像傳感器的方框圖。
參照圖1，列平行型CMOS圖像傳感器包含列驅(qū)動器1、APS陣列20、CDS與比較電路30、以及數(shù)字代碼生成器40。
CDS與比較電路30配備有電容器與放大器，用來對各個APS列進行獨立的CDS操作，并且比較CDS結(jié)果。
在子采樣模式下，根據(jù)子采樣比，選擇并輸出一個相鄰同色像素信號作為像素輸出信號APS_OUT。利用斜坡信號Vramp與計數(shù)值C0，將像素輸出信號APS_OUT轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。根據(jù)從計數(shù)器(未顯示)輸出的計數(shù)值C0，對于每個像素輸出信號，確定從最高有效位(MSB)到最低有效位(LSB)的所有值。例如，如果一個像素輸出信號具有10位解晰度，則需要1024個時鐘周期來將最亮飽和狀態(tài)的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
具有列ADC結(jié)構的CMOS圖像傳感器無法減少水平線時間，這是因為其在每個列中使用獨立的ADC電路。
因此，需要一種具有降低的水平線時間的CMOS圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式，列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包含相關雙采樣(CDS)與比較電路的第一CDS與比較單元，用來響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第一比較結(jié)果信號；CDS與比較電路的第二CDS與比較單元，用來在子采樣模式下、響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第二比較結(jié)果信號；以及數(shù)據(jù)緩沖器，用來根據(jù)第二比較結(jié)果信號，確定最高有效位(MSB)的代碼值，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定其余低位的代碼值，并且生成包含MSB與其余低位的數(shù)字代碼。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式，列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置包含相關雙采樣(CDS)與比較電路的第一CDS與比較單元，用來響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第一比較結(jié)果信號；CDS與比較電路的多個第二CDS與比較單元，用來在子采樣模式下、響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成多個第二比較結(jié)果信號；以及數(shù)據(jù)緩沖器，用來根據(jù)所述多個第二比較結(jié)果信號，確定包含最高有效位(MSB)的高位的代碼值，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定其余低位的代碼值，并且生成包含MSB與其余低位的數(shù)字代碼。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式，列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法包含響應于一個像素輸出信號，進行第一與第二CDS(相關雙采樣)操作；將斜坡信號改變?yōu)橹辽僖粋€預定電壓電平；響應于操作的斜坡信號，通過比較第二CDS操作的結(jié)果與被改變的斜坡信號的電壓變化，生成至少一個第一比較結(jié)果信號；根據(jù)該至少一個第一比較結(jié)果，確定高位代碼值；改變被改變的斜坡信號的電壓電平；以及響應于操作(e)的被改變的斜坡信號，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定低位代碼值。


圖1為顯示具有常規(guī)相關雙采樣(CDS)結(jié)構的、列平行型互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的方框圖；圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式的、包含模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的、列平行型CMOS圖像傳感器的方框圖；圖3為顯示根據(jù)Bayer模式的像素陣列的圖示；圖4為顯示像素結(jié)構的電路圖；圖5A與5B為分別顯示根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的CDS與比較電路的方框圖與電路圖；圖6為顯示根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的數(shù)據(jù)緩沖器的方框圖；圖7為用來解釋根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的列模數(shù)轉(zhuǎn)換操作的時序圖；圖8A到8D為用來解釋根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的、用來確定高位代碼值的、相關雙采樣的像素輸出信號的電壓的電壓比較、以及斜坡信號電壓變化的圖示；圖9為顯示根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的子采樣模式的列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法的流程圖。
具體實施例方式
圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式的、包含模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的、列平行型互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器的方框圖。
參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式的CMOS圖像傳感器包含行驅(qū)動器100、APS陣列200、相關雙采樣(CDS)與比較電路300、數(shù)據(jù)緩沖器400、計數(shù)器500、以及開關控制器600。
行驅(qū)動器100生成控制信號RX、TX、SEL，用來控制APS陣列200的像素。APS陣列200通過列輸出相應像素輸出信號APS_OUT。
CDS與比較電路300對由APS陣列200輸出的像素輸出信號APS_OUT進行CDS操作，通過利用斜坡電壓Vramp對CDS操作的結(jié)果進行比較操作，并且通過列輸出比較結(jié)果信號ADC_OUT。
CDS操作包含采樣像素輸出信號APS_OUT的重置信號，以及采樣圖像信號。CDS操作的輸出為重置信號與圖像信號之間的電壓差(ΔV)。
根據(jù)來自CDS與比較電路300的比較結(jié)果信號ADC_OUT，數(shù)據(jù)緩沖器400輸出每列的數(shù)字代碼DS。另外，數(shù)據(jù)緩沖器400輸出根據(jù)數(shù)字代碼DS的MSB代碼值生成的最高有效位(MSB)信號MSB_S。
響應于操作模式信號OM與計數(shù)器使能信號CE，計數(shù)器500生成計數(shù)值CO。計數(shù)值CO被傳送到數(shù)據(jù)緩沖器400。在斜坡信號電壓Vramp開始對于CDS操作改變的時間點處，激活計數(shù)器使能信號CE。響應于計數(shù)器使能信號CE的激活，計數(shù)器500開始進行計數(shù)操作。
操作模式信號OM指定正常模式或子采樣模式。例如，在10位計數(shù)器的情況下，在正常模式下計數(shù)器500作為10位計數(shù)器操作，而在子采樣模式下計數(shù)器500作為除MSB之外的9位計數(shù)器操作，其中在子采樣模式下計數(shù)器500只確定數(shù)字代碼DS的低位代碼值。
響應于MSB信號MSB_S與操作模式信號OM，開關控制器600生成開關控制信號SC。開關控制信號SC輸出到緩沖器400。將開關控制信號SC用做根據(jù)在確定操作模式與低位代碼值之前所確定的數(shù)字代碼的高位代碼值、切換數(shù)據(jù)緩沖器400數(shù)據(jù)路徑的控制信號。
圖3為顯示根據(jù)Bayer模式的像素陣列的圖示。
參照圖3，根據(jù)Bayer模式，向每個像素分配一個RGB顏色。第一行的奇數(shù)列R11、R13、...為紅色像素，并且根據(jù)子采樣比在X方向上子采樣。
例如，假設子采樣比為1/2，則以如下方式進行子采樣操作在第一行中選擇R11與R13中的一個以及R15(未顯示)與R17(未顯示)中的一個。以類似方式進行Y方向上的子采樣操作。
圖4為顯示像素結(jié)構的電路圖。
參照圖4，顯示了具有4-TR結(jié)構的像素。一個像素包含光電二極管PD、傳輸門TTX重置晶體管TRX源跟隨器TAMP、以及行選擇晶體管TSEL。
CMOS圖像傳感器配備有如參照圖4所述構造的多個像素。另外，通過利用每列線的偏壓晶體管(未顯示)作為輸出負載，將行選擇晶體管TSEL的輸出輸入到CDS電路。
每條列線都包含CDS電路。CDS電路對作為像素輸出信號的重置電壓與圖像電壓進行采樣，并且輸出重置電壓與圖像電壓之間的差異。重置電壓是當重置晶體管TRX處于導通狀態(tài)時的像素輸出電壓，圖像電壓為傳輸門TTX處于導通狀態(tài)時的像素輸出電壓。
圖5A與5B為分別顯示根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的CDS與比較電路300的方框圖與電路圖。
參照圖5A，CDS與比較電路300包含CDS與比較單元310、320、330、340、以及轉(zhuǎn)接開關S1_0。為解釋方便，在圖5A中顯示了四列的結(jié)構。本領域普通技術人員應該理解可以實現(xiàn)不同數(shù)目的列。
在子采樣模式下，每個轉(zhuǎn)接開關S1_0將一種顏色的像素輸出信號傳輸?shù)较噜復械腃DS與比較單元。圖5A與5B顯示當子采樣比為1/2時的結(jié)構。對第一與第三列的R顏色以及第二與第四列的G顏色進行子采樣操作。如果子采樣比為1/4，則對每四個相鄰同色列進行子采樣操作。
參照圖5B，每個CDS與比較單元310、330都包含斜坡開關S2、像素輸出開關S1_E/S1_N、放大器開關(amp switch)S3與S4、電容器C1、C2、C3、以及放大器A1、A2。為解釋方便，顯示了第一與第三列的結(jié)構。
放大器A1、A2可以配備有接收參考電壓的反相器或比較器。轉(zhuǎn)接開關S1_0連接到第三列的CDS與比較單元330中電容器C2的終端。
圖6為顯示根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的數(shù)據(jù)緩沖器400的方框圖。
參照圖6，數(shù)據(jù)緩沖器400包含高位鎖存器410、多路復用器(MUX)420、以及低位鎖存器430。MUX 420包含由開關控制信號SC控制的MUX開關MS1與MS2。為解釋方便，在圖6中顯示計數(shù)器500以及開關控制器600。另外，圖6顯示在子采樣模式下第一與第三列的子采樣操作的結(jié)構。
圖7為用來解釋根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的列模數(shù)轉(zhuǎn)換操作的時序圖。圖8A到8D為用來解釋根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的、用來確定數(shù)字代碼高位代碼值的、相關雙采樣的像素輸出信號的電壓的電壓比較、以及斜坡信號Vramp電壓變化的圖示。
以下將參照圖5A、5B、6、7、8A到8D詳細解釋根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的子采樣操作。
參照圖7，在對應于行選擇信號SEL1選擇的行的第一與第三像素之間進行子采樣比為1/2的子采樣操作。在1/2子采樣操作模式下，兩個像素中只輸出一個像素(例如，來自第一列的第一像素輸出信號APS_OUT1)作為數(shù)字代碼。
在時間間隔(1)與(2)，第一像素輸出信號APS_OUT1的圖像信號與重置信號被相關雙采樣。在時間間隔(1)與(2)中，第三列的CDS與比較單元330的像素輸出開關S1_N處于關斷狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)接開關S1_0處于關斷狀態(tài)。第三列的第二像素輸出信號APS_OUT3被忽略。CDS結(jié)果(即圖像信號與重置信號的電壓差)同時存儲在第一與第二CDS與比較單元310與330的電容器C1與C2中。
在時間間隔(3)，第二CDS與比較單元330進行比較操作，以確定第一像素輸出信號APS_OUT1的MSB代碼值。在未工作在子采樣模式下的相鄰同色CDS與比較單元(例如第二CDS與比較單元330)中進行對于MSB代碼值的確定。在時間點T1處，將斜坡信號Vramp增加像素飽和電壓Vsat的一半(Vsat/2)。飽和電壓Vsat表示當入射到像素上的光最亮時的電壓。
如圖8A所示，如果CDS結(jié)果電壓(即第一像素輸出信號APS_OUT1中的圖像信號與重置信號的電壓差ΔV)大于斜坡信號Vramp的電壓變化(Vsat/2)，則節(jié)點in10的電壓低于作為放大器A1的邏輯門限電壓的比較電壓(VDD/2)，并且來自第二CDS與比較單元330的第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3保持低電平狀態(tài)。
電壓差ΔV與電壓Vsat/2的比較結(jié)果表示MSB代碼值，可以將來自低電平的第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3的MSB代碼值確定為“1”。將低電平的第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3反相并且存儲在MSB鎖存器420相應列的鎖存器中，其中MSB代碼值“1”存儲在MSB鎖存器420相應列的鎖存器中。第一列第一CDS與比較單元310像素的輸出開關S1_E在時間間隔(3)中處于導通狀態(tài)，并且第一CDS與比較單元310的節(jié)點in1E的電壓維持在CDS操作之后給定的電壓，如圖8B所示。
如圖8C所示，如果CDS結(jié)果電壓(即第一像素輸出信號APS_OUT1的圖像信號與重置信號的電壓差ΔV)小于斜坡信號Vramp的電壓變化(Vsat/2)，則節(jié)點in10的電壓高于放大器A1的比較電壓(VDD/2)，并且來自第二CDS與比較單元330的第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)。
可以將來自高電平的第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3的MSB代碼值確定為“0”。將高電平的第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3反相并且存儲在高位鎖存器420相應列的鎖存器中，并且MSB代碼值“0”存儲在高位鎖存器420相應列的鎖存器中。
在時間間隔(4)，進行確定第一像素輸出信號APS_OUT的其余低位代碼值的操作。利用上升的斜坡信號Vramp與計數(shù)器500，確定該其余低位代碼值。
為了生成數(shù)字代碼，斜坡信號Vramp經(jīng)過兩個轉(zhuǎn)換，其中斜坡信號Vramp在短時間內(nèi)被改變?yōu)轭A定電壓電平，然后改變該電壓電平。斜坡信號Vramp包含兩個轉(zhuǎn)換部分。通過利用R-C積分器開關(即現(xiàn)有的斜坡電壓生成器)，可以在沒有任何結(jié)構修改的情況下實現(xiàn)這些轉(zhuǎn)換部分。
斜坡電壓Vramp的電壓電平從時間點T2增加。從時間點T2，計數(shù)器500開始進行計數(shù)操作，以確定其余低位代碼值。來自計數(shù)器500的計數(shù)值存儲在低位鎖存器430中。響應于作為鎖存器操作停止信號從第一和二CDS與比較單元310、320提供的第一與第二比較結(jié)果信號ADC_OUT1、ADC_OUT3，停止計數(shù)值的存儲操作。
如圖7所示，當?shù)谝幌袼剌敵鲂盘朅PS_OUT1的圖像信號與重置信號之間的電壓差ΔV大于斜坡信號Vramp的電壓變化(Vsat/2)時，第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3被用做為鎖存器操作停止信號。當?shù)谝幌袼剌敵鲂盘朅PS_OUT1的圖像信號與重置信號之間的電壓差ΔV小于斜坡信號Vramp的電壓變化(Vsat/2)時，第一比較結(jié)果信號ADC_OUT1被用做為鎖存器操作停止信號。
利用MUX 420的MUX開關MS1與MS2，進行將第一比較結(jié)果信號ADC_OUT1或第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3傳輸?shù)降臀绘i存器430的操作。當?shù)谌蠱UX開關MS2處于關斷狀態(tài)時，根據(jù)先前確定的MSB代碼值，第一列MUX開關MS1連接到位置(A)或(B)。在正常模式下，第三列MUX開關MS2處于導通狀態(tài)，第一列MUX開關MS1連接到位置(A)，從而在每列中獨立地進行ADC操作。
響應于鎖存器輸出控制信號LC，由第一比較結(jié)果信號ADC_OUT1或第二比較結(jié)果信號ADC_OUT3確定的LSB代碼值被加到MSB代碼值上，并且將結(jié)果值作為子采樣模式下第一像素輸出信號APS_OUT1的最終數(shù)字代碼DS1(例如，10位數(shù)據(jù))輸出。在其他列中，依次輸出每列的子采樣的數(shù)字代碼。
在子采樣模式下，水平線時間包含CDS時間間隔與ADC時間間隔。
例如，當在子采樣模式下、像素輸出信號的CDS與模數(shù)轉(zhuǎn)換生成10位數(shù)字代碼時，斜坡信號的電壓電平通過兩個轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換，并且首先在時間間隔(3)確定10位中的MSB，并且在時間間隔(4)確定其余9位。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式，可以對從時間點T2開始的、對應于9位的512個時鐘的周期，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。因此，可以減少子采樣模式下的水平線時間。
雖然以上描述了1/2子采樣操作，但是本發(fā)明的實施方式也可以應用于各種子采樣比。當子采樣比為1/2n(其中n為自然數(shù))時，通過利用(2n-1)個相鄰同色CDS與比較單元，可以在模擬域中確定(2n-1)個包含MSB的高位代碼值。在這種情況下，斜坡信號在第一轉(zhuǎn)換期間具有飽和電壓的1/2k(1≤k≤2n-1，k、n為自然數(shù))倍數(shù)的電壓變化，并且隨后改變(2n-1)次。
此后，在第二轉(zhuǎn)換期間，斜坡信號的電壓電平改變，以確定低位代碼值。因為本領域技術人員可以實現(xiàn)根據(jù)斜坡信號的、對高位代碼值的確定，以及根據(jù)所確定的高位代碼值的、對比較結(jié)果信號的控制，所以省略其詳細描述。
圖9為顯示根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的子采樣模式列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法的流程圖。
參照圖9，根據(jù)本發(fā)明示范性實施方式的子采樣模式列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法包含(方框S901)響應于一個像素輸出信號，進行第一與第二CDS操作；(方框S903)將斜坡信號改變?yōu)橹辽僖粋€預定電壓電平；以及(方框S905)響應于(方框S903)操作的斜坡信號，通過比較第二CDS操作的結(jié)果與斜坡信號電壓變化，生成至少一個第一比較結(jié)果信號。該方法還包含(方框S907)根據(jù)至少一個第一比較結(jié)果，確定高位代碼值；(方框S909)在(方框S903)操作之后，逐漸改變斜坡信號的電壓電平；以及(方框S911)響應于(方框S909)操作的斜坡信號，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定低位，以確定低位代碼值。
(方框S903)操作中斜坡信號的電壓變化可以大約為一個像素輸出信號的飽和電壓的1/2n(n為自然數(shù))的倍數(shù)。該列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法還可以包含響應于(方框S909)操作的斜坡信號，通過比較第一CDS操作的結(jié)果與預定比較電壓，生成第二比較結(jié)果信號。(方框S911)操作的計數(shù)值由至少一個第一比較結(jié)果信號或者第二比較結(jié)果信號控制。
雖然針對示范性實施方式描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員應該理解在不脫離本發(fā)明的精神與范圍的前提下可以進行各種改變與修改。
權利要求
1.一種列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包含相關雙采樣(CDS)與比較電路的第一CDS與比較單元，用來響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第一比較結(jié)果信號；CDS與比較電路的第二CDS與比較單元，用來在子采樣模式下、響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第二比較結(jié)果信號；以及數(shù)據(jù)緩沖器，用來根據(jù)第二比較結(jié)果信號，確定最高有效位(MSB)的代碼值，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定其余低位的代碼值，并且生成包含MSB與其余低位的數(shù)字代碼。
2.如權利要求1所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中斜坡信號包含具有預定電壓電平的第一轉(zhuǎn)換部分以及逐漸改變該預定電壓電平以生成所述數(shù)字代碼的第二轉(zhuǎn)換部分。
3.如權利要求2所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中在第一轉(zhuǎn)換部分期間，確定MSB的代碼值，在第二轉(zhuǎn)換部分期間，確定其余低位的代碼值。
4.如權利要求3所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中在第一轉(zhuǎn)換部分期間的斜坡信號的電壓變化大約為第一像素輸出信號飽和電壓的1/2。
5.如權利要求3所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，還包含轉(zhuǎn)接開關，用來在子采樣模式下、將第一像素輸出信號傳輸?shù)降诙﨏DS與比較單元，其中第一CDS與比較單元包含第一斜坡開關與第一像素輸出開關，用來分別傳輸斜坡信號與第一像素輸出信號，并且第二CDS與比較單元包含第二斜坡開關與第二像素輸出開關，用來分別傳輸斜坡信號與第二像素輸出信號。
6.如權利要求5所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中，在對第一像素輸出信號的圖像信號與重置信號進行采樣之后，當?shù)谝幌袼剌敵鲩_關處于導通狀態(tài)、并且轉(zhuǎn)接開關處于關斷狀態(tài)時，形成斜坡信號的第一轉(zhuǎn)換部分。
7.如權利要求2所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中數(shù)據(jù)緩沖器包含串聯(lián)連接的MSB鎖存器、多路復用器(MUX)、以及低位鎖存器。
8.如權利要求7所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，還包含開關控制器，用來響應于來自MSB鎖存器的MSB以及操作模式信號，生成開關控制信號，以控制MUX的開關。
9.如權利要求8所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中MUX當?shù)谝幌袼剌敵鲂盘柕膱D像信號與重置信號之間的電壓差大于由于將斜坡信號改變?yōu)轭A定電壓電平而造成的電壓變化時，響應于開關控制信號，將第二比較結(jié)果信號作為鎖存器操作停止信號傳輸?shù)降臀绘i存器，以及當?shù)谝幌袼剌敵鲂盘柕膱D像信號與重置信號之間的電壓差小于由于將斜坡信號改變?yōu)轭A定電壓電平而造成的電壓變化時，響應于開關控制信號，將第一比較結(jié)果信號作為鎖存器操作停止信號傳輸?shù)降臀绘i存器。
10.如權利要求7所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中在子采樣模式下，響應于操作模式信號與計數(shù)器使能信號，計數(shù)器將計數(shù)值傳輸?shù)降臀绘i存器，其中計數(shù)器使能信號在子采樣模式下、斜坡信號第二轉(zhuǎn)換部分的開始時間點處被激活。
11.一種列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包含相關雙采樣(CDS)與比較電路的第一CDS與比較單元，用來響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第一比較結(jié)果信號；CDS與比較電路的多個第二CDS與比較單元，用來在子采樣模式下、響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成多個第二比較結(jié)果信號；以及數(shù)據(jù)緩沖器，用來根據(jù)所述多個第二比較結(jié)果信號，確定包含最高有效位(MSB)的高位的代碼值，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定其余低位的代碼值，并且生成包含MSB與其余低位的數(shù)字代碼。
12.如權利要求11所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中斜坡信號包含具有多個預定電壓電平的第一轉(zhuǎn)換部分以及逐漸改變該預定電壓電平以生成所述數(shù)字代碼的第二轉(zhuǎn)換部分。
13.如權利要求12所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中在第一轉(zhuǎn)換部分期間，確定高位的代碼值，在第二轉(zhuǎn)換部分期間，確定其余低位的代碼值。
14.如權利要求13所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中在第一轉(zhuǎn)換部分期間的斜坡信號的電壓變化大約為第一像素輸出信號飽和電壓的1/2n的倍數(shù)，n為自然數(shù)。
15.如權利要求13所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，還包含多個轉(zhuǎn)接開關，用來在子采樣模式下、將第一像素輸出信號傳輸?shù)降诙﨏DS與比較單元，其中第一CDS與比較單元包含第一斜坡開關與第一像素輸出開關，用來分別傳輸斜坡信號與第一像素輸出信號，并且每個第二CDS與比較單元包含第二斜坡開關與第二像素輸出開關，用來分別傳輸斜坡信號與第二像素輸出信號。
16.如權利要求15所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中，在對第一像素輸出信號的圖像信號與重置信號進行采樣之后，當?shù)谝幌袼剌敵鲩_關處于導通狀態(tài)、并且轉(zhuǎn)接開關處于關斷狀態(tài)時，形成斜坡信號的第一轉(zhuǎn)換部分。
17.如權利要求12所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中數(shù)據(jù)緩沖器包含串聯(lián)連接的高位鎖存器、多路復用器(MUX)、以及低位鎖存器。
18.如權利要求17所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，還包含開關控制器，用來響應于來自高位鎖存器的高位信號以及操作模式信號，生成開關控制信號，以控制MUX的開關。
19.如權利要求18所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中通過將第一像素輸出信號的圖像信號與重置信號之間的電壓差與子采樣模式下、由于將斜坡信號改變?yōu)轭A定電壓電平而造成的電壓變化進行比較，來確定用于確定高位信號與高位信號代碼值的第二比較結(jié)果信號的邏輯狀態(tài)，并且其中MUX響應于開關控制信號，將第一比較結(jié)果信號與第二比較結(jié)果信號中的一個作為鎖存器操作停止信號傳輸?shù)降臀绘i存器。
20.如權利要求17所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中在子采樣模式下，響應于操作模式信號與計數(shù)器使能信號，計數(shù)器將計數(shù)值傳輸?shù)降臀绘i存器，其中計數(shù)器使能信號在子采樣模式下、斜坡信號第二轉(zhuǎn)換部分的開始時間點處被激活。
21.一種列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的子采樣模式的列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，包含響應于像素輸出信號，進行第一與第二CDS(相關雙采樣)操作；將斜坡信號改變?yōu)橹辽僖粋€預定電壓電平；通過比較第二CDS操作的結(jié)果與被改變的斜坡信號的電壓變化，生成至少一個第一比較結(jié)果信號；根據(jù)該至少一個第一比較結(jié)果，確定高位代碼值；改變被改變的斜坡信號的電壓電平；以及響應于被改變的斜坡信號，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定低位代碼值。
22.如權利要求21所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其中被改變的斜坡信號的電壓變化大約為像素輸出信號飽和電壓的1/2n的倍數(shù)，n為自然數(shù)。
23.如權利要求22所述的列模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，還包含響應于被改變的斜坡信號，通過比較第一CDS操作結(jié)果與預定比較電壓，生成第二比較結(jié)果信號，其中計數(shù)值由至少一個第一比較結(jié)果信號或第二比較結(jié)果信號控制。
全文摘要
一種列模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包含相關雙采樣(CDS)與比較電路的第一CDS與比較單元，用來響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第一比較結(jié)果信號；CDS與比較電路的第二CDS與比較單元，用來在子采樣模式下、響應于第一像素輸出信號與斜坡信號，生成第二比較結(jié)果信號；以及數(shù)據(jù)緩沖器，用來根據(jù)第二比較結(jié)果信號，確定最高有效位(MSB)的代碼值，根據(jù)從計數(shù)器輸出的計數(shù)值，確定其余低位的代碼值，并且生成包含MSB與其余低位的數(shù)字代碼。
文檔編號H03M1/34GK1866748SQ20061008181
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權日2005年5月18日
發(fā)明者林秀憲 申請人:三星電子株式會社