專利名稱：配置為減少反沖擾動(dòng)的模擬多路復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上關(guān)于電子電路，且更特定而言本發(fā)明關(guān)于例如可在數(shù)字相機(jī)及其它類型的成像裝置中結(jié)合影像傳感器讀出而使用的模擬多路復(fù)用電路。
背景技術(shù)：
一典型電子影像傳感器包括以二維陣列配置的許多光二極管或其它感光組件。這些組件亦通常被稱為圖像組件或“像素”且該對(duì)應(yīng)陣列被稱為一像素陣列。入射在該像素陣列上的光藉由感光組件而轉(zhuǎn)換為電荷。使用主動(dòng)像素傳感器(APQ或電荷耦合設(shè)備(CCD) 裝置自該像素陣列的感光組件讀取針對(duì)一給定影像捕獲期間收集的電荷。為以高速讀出該像素陣列，通常有必要在多重模擬讀出通道之間共享某種信號(hào)處理電路。此多重通道讀出裝置(arrangement)大體上包括將若干低速模擬通道多路復(fù)用為單一高速模擬通道。例如，在使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路而實(shí)施的典型APS影像傳感器(其在本文中亦被稱為CMOS影像傳感器)中，低速通道可對(duì)應(yīng)于該像素陣列的各自的列，且該等低速通道的每一者可包含一模擬信號(hào)處理器(ASP)及一可編程增益放大器 (PGA)。該高速模擬通道可包含高速PGA或采樣采樣保持放大器，其耦合至將從像素陣列讀取的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字影像數(shù)據(jù)的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。不幸的是，當(dāng)將若干低速模擬通道多路復(fù)用為單一高速模擬通道時(shí)會(huì)出現(xiàn)重大的問(wèn)題。例如，相關(guān)于高速PGA的輸入切換操作可能會(huì)中斷低速PGA的適當(dāng)操作。常規(guī)模擬多路復(fù)用器無(wú)法提供對(duì)于這些問(wèn)題的妥當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。因此，存在針對(duì)改良模擬多路復(fù)用裝置的需求，其使用在其中通道結(jié)合影像讀出而將多重低速模擬通道多路復(fù)用為單一高速模擬通道的CMOS影像傳感器或其它類型的電子影像傳感器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例提供用于促進(jìn)影像傳感器的高速讀取的模擬多路復(fù)用器。根據(jù)本發(fā)明的一方面，模擬多路復(fù)用器配置為多路復(fù)用多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道為單一輸出模擬信號(hào)通道。該模擬多路復(fù)用器包括多個(gè)相關(guān)于所述多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道的各自相應(yīng)輸入模擬信號(hào)通道的輸入采樣電路，及具有能夠可控制地依次連接至所述多個(gè)輸入采樣電路的每一者的輸入的放大器。該模擬多路復(fù)用器進(jìn)一步配置為在連接該輸入采樣電路的采樣組件至該放大器的輸入之前的預(yù)定時(shí)間連接所述多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道的至少給定一個(gè)至采樣電容器或其對(duì)應(yīng)輸入采樣電路的其它采樣組件。該預(yù)定時(shí)間小于該放大器的采樣頻率的全頻率周期。例如，在兩個(gè)輸入模擬信號(hào)通道被多路復(fù)用為單一輸出模擬信號(hào)通道的裝置中，該預(yù)定時(shí)間可大約為放大器采樣頻率的全頻率周期的一半。在一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例中，該給定輸入采樣電路包括正及負(fù)輸入，其耦合至對(duì)應(yīng)的輸入模擬信號(hào)通道的各自正及負(fù)差分信號(hào)線，且該放大器包括具有正及負(fù)輸入的差分放大器。在本實(shí)施例中的該模擬多路復(fù)用器配置為在連接該第一及第二采樣電容器的各自第二板至該差分放大器的各自正及負(fù)輸入之前的預(yù)定時(shí)間，連接該給定輸入采樣電路的正及負(fù)輸入至各自第一及第二采樣電容器的各自第一板。
在該說(shuō)明性實(shí)施例中的該模擬多路復(fù)用器的給定輸入采樣電路可更特定地包括一組九個(gè)開關(guān)，包含耦合在該輸入采樣電路的正輸入與第一采樣電容器的第一板之間的第一開關(guān)，耦合在該輸入采樣電路的負(fù)輸入與第二采樣電容器的第一板之間的第二開關(guān)，耦合在該第一及第二采樣電容器的各自第二板與共模電壓參考之間的第三及第四開關(guān)，及與各自的第一及第二開關(guān)及在各自正及負(fù)信號(hào)路徑中的各自第一及第二采樣電容器串聯(lián)配置并耦合在該第一及第二采樣電容器的各自第二板與該差分放大器的各自正及負(fù)輸入的第五及第六開關(guān)。該模擬多路復(fù)用器可進(jìn)一步包含耦合在第一及第二采樣電容器的各自第一板與各自上與下電壓參考之間的第七及第八開關(guān)，及耦合在第一及第二采樣電容器的各自第一板之間的第九開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該模擬多路復(fù)用器可在相關(guān)于影像傳感器的像素陣列的讀出電路中實(shí)施。讀出電路可為例如與像素陣列整合于影像傳感器集成電路中。根據(jù)本發(fā)明的影像傳感器可在數(shù)字相機(jī)或其它類型的成像設(shè)備中實(shí)施。該說(shuō)明性實(shí)施例有利地降低或消除可歸因于高速通道組件(諸如PGA或DAC)的輸入切換的反沖(kiclcback)擾動(dòng)，藉此改良影像傳感器的讀出效能。


本發(fā)明的以上及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將在結(jié)合以下說(shuō)明及附圖時(shí)變得顯而易見，其中當(dāng)可能時(shí)相同參考數(shù)字已用于指定共通于附圖的相同特征。圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例而配置的CMOS影像傳感器的數(shù)字相機(jī)的方塊圖；圖2是顯示圖1的數(shù)字相機(jī)的CMOS影像傳感器的部分的更詳細(xì)視圖的方塊圖；圖3顯示圖2影像傳感器的讀出電路的一可能實(shí)現(xiàn)；圖4是圖3的讀出電路的PGA的示意圖；圖5說(shuō)明可能在利用圖4的PGA時(shí)出現(xiàn)的不期望的反沖擾動(dòng)；圖6是圖2的模擬多路復(fù)用器的說(shuō)明性實(shí)施例的示意圖，該模擬多路復(fù)用器被配置為大體上消除結(jié)合圖5所描述的反沖擾動(dòng)；圖7是說(shuō)明圖6的無(wú)反沖的模擬多路復(fù)用器的操作的時(shí)序圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的無(wú)反沖的模擬多路復(fù)用器的第二說(shuō)明性實(shí)施例的示意圖；及圖9是根據(jù)本發(fā)明的無(wú)反沖的模擬多路復(fù)用器的第三說(shuō)明性實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式本文將結(jié)合數(shù)字相機(jī)、影像傳感器及相關(guān)讀出電路的特定實(shí)施例而說(shuō)明本發(fā)明。 然而，應(yīng)了解的是這些例示的裝置僅呈現(xiàn)作為實(shí)例，且不應(yīng)被視為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是所公開的裝置可以易懂的方式來(lái)調(diào)整，以與許多種其它類型的成像設(shè)備、影像傳感器及相關(guān)讀出電路共同使用。此外，本發(fā)明的該模擬多路復(fù)用技術(shù)可在除了該等包含影像傳感器讀出之外的應(yīng)用中實(shí)施。圖1顯示本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例中的數(shù)字相機(jī)100。在該數(shù)字相機(jī)中，來(lái)自主題場(chǎng)景的光被輸入到成像級(jí)(imaging stage) 102中。該成像級(jí)可包括常規(guī)組件諸如透鏡、中性密度濾光器、光圈及快門。光由成像級(jí)102聚焦以在將入射光轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)的影像傳感器104上形成影像。該數(shù)字相機(jī)100進(jìn)一步包含處理器106、存儲(chǔ)器108、顯示器110及一個(gè)或多個(gè)附加輸入/輸出(I/O)組件112。盡管顯示作為圖1的實(shí)施例中的分離組件，但是成像級(jí)102可與影像傳感器104 并可能與數(shù)字相機(jī)100的一個(gè)或多個(gè)附加組件整合，以形成一小型化相機(jī)模塊。該影像傳感器104被假定為一 CMOS影像傳感器，盡管本發(fā)明可使用其它類型的影像傳感器而實(shí)施，包含例如CCD影像傳感器。該影像傳感器大體上包括具有多個(gè)以列及行配置的像素的一像素陣列并可包含相關(guān)于該像素陣列的讀出的附加電路。如將在下文中更詳細(xì)地描述，附加電路可包括例如用于處理從該像素陣列讀出的模擬信號(hào)的ASP、用于放大該信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)PGA，及用于將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的ADC。讀出電路的部分可布置在影像傳感器的外部，或與像素陣列成一體地形成，例如，形成在具有像素陣列的感光組件或其它組件的一共同集成電路上。影像傳感器104將典型地被實(shí)現(xiàn)為具有一相關(guān)濾色器陣列(CFA)圖案的彩色影像傳感器?？墒褂迷谟跋駛鞲衅?04中的一種類型的CFA圖案是熟知的拜耳(Bayer)圖案， 其被公開于標(biāo)題為“彩色成像陣列(Color Imaging Array) ”的美國(guó)專利申請(qǐng)第3，971，065 號(hào)中，該案以引用的方式并入本文中?？墒褂迷谟跋駛鞲衅?04中的CFA圖案的其它示例包括公開于標(biāo)題為“具有改良光敏感度的影像傳感器(Image Sensor with Improved Light knsitivity)”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開案第2007/0024931號(hào)中的示例，該案以引用的方式并入本文中。這些方案包含提供某些具有全色光響應(yīng)的像素的圖案。這些圖案還大體上在本文中稱為“稀疏”CFA圖案。以稀疏CFA圖案配置的影像傳感器展現(xiàn)較高光敏感性且因此充分適合于使用在包括低場(chǎng)景照明、短曝光時(shí)間、小孔徑或其它對(duì)于達(dá)到影像傳感器的光的數(shù)量有所限制的應(yīng)用中。處理器106可包括例如微處理器、中央處理單元(CPU)、專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，或其它處理裝置，或多個(gè)此類裝置的組合。成像級(jí)102及影像傳感器 104的多種組件可由從該處理器106供應(yīng)的時(shí)序信號(hào)或其它信號(hào)控制。存儲(chǔ)器108可包括任何類型的存儲(chǔ)器，諸如(例如)依任何組合的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃存、以盤片為主的存儲(chǔ)器、可卸除式存儲(chǔ)器或其它類型儲(chǔ)存組件。相關(guān)于像素陣列的讀出及對(duì)應(yīng)影像數(shù)據(jù)的處理的功能可至少部分地以儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器108中并由處理器106執(zhí)行的軟件形式而實(shí)施。由影像傳感器104捕獲的給定影像可由處理器106儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器108中并呈現(xiàn)在顯示器110上。該顯示器110典型地為主動(dòng)矩陣彩色液晶顯示器(LCD)，盡管可使用其它類型的顯示器。附加的1/0組件112可包括例如多種屏幕上的控制、按鈕或其它使用者接口、 網(wǎng)絡(luò)接口、記憶卡接口等。關(guān)于顯示在圖1中的該類型數(shù)字相機(jī)的操作的附加細(xì)節(jié)可在例如上文所引的美國(guó)專利申請(qǐng)公開案第2007/0024931號(hào)中找到。應(yīng)了解的是在圖1中顯示的數(shù)字相機(jī)可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知類型的附加或替代組件。本文非明確顯示或描述的組件可從此項(xiàng)技術(shù)中熟知的組件中選擇。如前文所注釋，本發(fā)明可在許多種其它類型的數(shù)字相機(jī)或成像設(shè)備中實(shí)施。另外，如上文所提到，本文所描述的實(shí)施例的某些方面可至少部分地以藉由一成像設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)處理組件執(zhí)行的軟件形式而實(shí)施。此軟件可根據(jù)本文提供的教示以易懂的方式實(shí)施，如將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的那樣。圖2顯示圖1的該數(shù)字相機(jī)100中的該影像傳感器104的一更詳細(xì)視圖。在本實(shí)施例中的該影像傳感器104包括經(jīng)由多個(gè)模擬信號(hào)通道202-1、202-2、…、202-N耦合至模擬多路復(fù)用器204的一像素陣列200。該像素陣列典型包括多個(gè)以行及列配置的感光組件。 感光組件可包括例如光二極管或光電容器。該模擬多路復(fù)用器的輸出被耦合至將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的ADC 206的輸入。影像傳感器104的組件202、204及206被共同地標(biāo)識(shí)為讀出電路210。如上文所指示，此電路將典型地與像素陣列200整合到一個(gè)諸如CMOS集成電路的共同集成電路中。模擬多路復(fù)用器204在本文亦稱為“模擬多路復(fù)用電路”的示例。該模擬多路復(fù)用器配置為選擇性地施加來(lái)自多個(gè)通道202中的不同通道的模擬讀出信號(hào)至ADC 206的輸入。多個(gè)通道202可代表例如相關(guān)于像素陣列200的各自列或相關(guān)于各自模擬前端信號(hào)路徑的多個(gè)較低速模擬信號(hào)處理通道。這些多個(gè)低速模擬通道共享包括ADC 206的單一高速模擬通道。該模擬多路復(fù)用器因而作用為在低速模擬通道與高速模擬通道之間的切換接口。應(yīng)注意的是高速模擬通道可包含附加或替代組件。例如，高速PGA可耦合在模擬多路復(fù)用器的輸出與ADC的輸入之間。另外，盡管在此圖及本文其它圖中僅顯示單個(gè)高速模擬通道，但給定實(shí)施例可包含多個(gè)高速模擬通道，其每一者從多個(gè)低速模擬通道接收多路復(fù)用信號(hào)?，F(xiàn)參考圖3，每一低速模擬信號(hào)通道被顯示為包括耦合至PGA 302的ASP300。如所指示的那樣，明確顯示在該圖中的該兩個(gè)通道被表示為通道1及通道2，盡管也可存在其它通道。每一個(gè)ASP被表示為ASPl并提供一對(duì)輸出信號(hào)至一個(gè)表示為PGAl的PGA的對(duì)應(yīng)輸入。ASP 300及PGA 302是影像傳感器的慢速ASP電路的部分。這些低速通道使用一模擬多路復(fù)用器304而被多路復(fù)用至單一高速通道。在本實(shí)施例中的高速ASP電路包括高速通道組件306，其可包括ADC、PGA或ADC及PGA的組合。在后者類型的裝置中，高速PGA可位于模擬多路復(fù)用器304與ADC之間。高速PGA在此圖中表示為PGA2。此PGA可另選地被視為包括ADC的前端級(jí)。因而，PGA2可被并入ADC中。應(yīng)注意的是，在即將結(jié)合圖6至圖9而描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，模擬多路復(fù)用器 204除了提供多路復(fù)用功能外可，其自身可合并PGA2或ADC的輸入級(jí)。圖4顯示可對(duì)應(yīng)于圖3的PGAl或PGA2的PGA 400。PGA 400包括差分放大器402、 采樣開關(guān)S、保持開關(guān)H、采樣電容器Cs及可變反饋電容器Cf。到PGA 400的輸入被表示為 Vin+及Vin-，而輸出被表示為Vo+及Vo_。，表示為Vrefl及Vref2的第一及第二參考電壓也相關(guān)于PGA 400。增益是可經(jīng)由可變反饋電容器Cf的調(diào)整而編程的。當(dāng)結(jié)合模擬多路復(fù)用器304而使用時(shí)，在圖4中例示的PGA配置可在讀出電路 210中引起“反沖”擾動(dòng)，該擾動(dòng)歸因于在高速通道組件306中的輸入采樣電容器上的預(yù)置 (pre-condition)電壓?，F(xiàn)將參考圖5描述此反沖擾動(dòng)。假定該模擬多路復(fù)用器304配置為從PGAl 302-1傳遞差分模擬信號(hào)至PGA2的輸入采樣級(jí)500，同時(shí)所有其它低速通道被阻斷，如在圖中的(a)部分所示。理想而言，當(dāng)輸入信號(hào)至該模擬多路復(fù)用器304，PGA1輸出應(yīng)具有最大信號(hào)在頂部邊界電壓Vt與底部邊界電壓Vb之間擺動(dòng)的波形，如在圖中的(b)部分所表示?？稍跀?shù)據(jù)預(yù)備周期內(nèi)指定具有對(duì)應(yīng)于大約該高速頻率周期的一半寬度的采樣窗口 502。圖中的(c)部分說(shuō)明可出現(xiàn)于PGAl輸出Vo+及Vo-處的，相對(duì)于輸入采樣級(jí)500 中的對(duì)應(yīng)電容器預(yù)置電壓Vc+及Vc-的電壓值。該電容器預(yù)置電壓是在即將關(guān)閉輸入采樣級(jí)500的開關(guān)之前在該輸入電容器上保持的電壓。圖中說(shuō)明三種不同情況。在第一種情況中，該電容器預(yù)置電壓Vc+及Vc-與各自PGAl輸出電壓Vo+及 Vo-大體上相同。更明確而言，電容器預(yù)置電壓Vc+及Vc-分別為Vt及Vb，且PGAl輸出電壓Vo+及Vo-亦分別為Vt及Vb。因此，在PGAl輸出電壓與各自電容器預(yù)置電壓之間不存在明顯差別，因此沒(méi)有擾亂經(jīng)由模擬多路復(fù)用器304而反沖回PGA1。在第二種情況中，該P(yáng)GAl輸出電壓Vo+及Vo-再次分別為Vt及Vb，但電容器預(yù)置電壓Vc+及Vc-均接近一共模電壓Vcm。因此，PGAl只得驅(qū)動(dòng)單一的邊界至邊界擺動(dòng)，即， Vt至Vb，這可導(dǎo)致一些量的反沖擾動(dòng)。在第三種情況中，該P(yáng)GAl輸出電壓Vo+及Vo-再次分別為Vt及Vb，但電容器預(yù)置電壓Vc+及Vc-分別是Vb及Vt，且因此具有和PGAl輸出電壓Vo+及Vo-相反的極性。因此，PGAl只得驅(qū)動(dòng)由2(Vt-Vb)給定的全差分?jǐn)[動(dòng)，其導(dǎo)致最壞情況的量的反沖擾動(dòng)。因此，在上文描述的第二及第三情況中，在電容器預(yù)置電壓與PGAl的對(duì)應(yīng)輸出電壓之間的差別引起反沖擾動(dòng)，其被傳遞通過(guò)模擬多路復(fù)用器304并回到PGA1。PGAl必須解決此擾動(dòng)并驅(qū)動(dòng)該輸出以達(dá)到在PGA2中使用的該高速頻率的半周期內(nèi)的全信號(hào)穩(wěn)定。類似的反沖擾動(dòng)可出現(xiàn)在當(dāng)其它低速模擬通道的每一者經(jīng)由模擬多路復(fù)用器304而被連接至PGA2的輸入采樣級(jí)500時(shí)?？朔礇_擾動(dòng)的一可行方式是將低速PGAl設(shè)計(jì)成具有與高速PGA2大體上相同的頻寬(bandwidth)及穩(wěn)定時(shí)間(settling time)效能。然而，此方法是有問(wèn)題的，因?yàn)槠湓龃罅斯β氏募霸谟跋駛鞲衅髦械墓苄境叽?，藉此?fù)面影響效能及成本。此外，即使PGAl 被設(shè)計(jì)具有與PGA2相同的頻寬及穩(wěn)定時(shí)間，PGAl仍將需要附加時(shí)間去解決反沖擾動(dòng)。因此，在最壞情況的情形中，即使PGAl使用與PGA2相同的放大器設(shè)計(jì)，它可能仍無(wú)法達(dá)到信號(hào)穩(wěn)定。本實(shí)施例通過(guò)配置模擬多路復(fù)用器204以避免任何此類擾動(dòng)達(dá)到低速PGA，從而大體上消除了反沖擾動(dòng)。在本實(shí)施例中的模擬多路復(fù)用器204因此在本文中被稱為無(wú)反沖模擬多路復(fù)用器。此有利地容許該低速PGAl以降低的頻寬及穩(wěn)定時(shí)間效能而實(shí)施，導(dǎo)致降低的功率消耗及晶粒尺寸。圖6顯示模擬被配置為大體上消除了反沖擾動(dòng)的多路復(fù)用器204。多路復(fù)用器的操作是以表示為通道1及通道2的兩個(gè)通道為例而說(shuō)明的，但所描述的該技術(shù)可以易懂的方式延伸以處理更大數(shù)目的通道。在本實(shí)施例中，模擬多路復(fù)用器204將無(wú)反沖模擬多路復(fù)用功能與高速PGA (諸如本文前文所描述的PGA^的采樣及可編程增益功能相組合。下文出于描述之目的而假定模擬多路復(fù)用器204合并PGA2。如圖6中所顯示的模擬多路復(fù)用器204包含差分放大器602，采樣電容器Cl、C2、 C3及C4，采樣開關(guān)S及可變反饋電容器Cf。到模擬多路復(fù)用器204的通道1輸入被假定為對(duì)應(yīng)于低速PGAjPPGAl中的第一個(gè)的輸出并表示為Vol+及Vol-。類似地，到模擬多路復(fù)用器204的通道2輸入對(duì)應(yīng)于低速PGA，即PGAl中的第二個(gè)的輸出并表示為Vo2+及Vo2_。 同樣相關(guān)于模擬多路復(fù)用器204的是表示為Vreft及Vrefb的第一及第二參考電壓，及表示為Vcm的共模電壓。如圖4的低速PGA中，放大器602的增益可經(jīng)由可變反饋電容器Cf 的調(diào)整而編程。假定放大器602在兩個(gè)模式中操作，一個(gè)是重設(shè)及采樣(rst/sample)模式， 一個(gè)是放大模式。后一模式亦在本文稱為增益模式。模擬多路復(fù)用器204的第一及第二通道進(jìn)一步包括各自成組的開關(guān)Sl至S9及 Sll至S19。開關(guān)Sl至S9共同提供對(duì)于通道1的差分信號(hào)的信號(hào)處理功能，而開關(guān)Sll至 S19共同提供對(duì)于通道2的差分信號(hào)的相同信號(hào)處理功能。執(zhí)行類似功能的開關(guān)在圖中被類似地標(biāo)示。因而，開關(guān)Sl及Sll提供對(duì)于各自通道1及2的類似功能，開關(guān)S2及S12、 S3及S13等等亦是如此。圖7是說(shuō)明模擬多路復(fù)用器204的操作的時(shí)序圖。該時(shí)序圖顯示根據(jù)時(shí)間的函數(shù)施加到開關(guān)S(S1至S9及Sll至S19)的控制信號(hào)。還顯示了控制信號(hào)，其施加到多個(gè)保持開關(guān)H，該保持開關(guān)H未在圖6的實(shí)施例中使用，但在圖8及圖9的實(shí)施例中使用。假定當(dāng)一給定的此控制信號(hào)在邏輯高水平時(shí)，接收該控制信號(hào)的任何開關(guān)在關(guān)閉狀態(tài)。類似而言， 當(dāng)給定控制信號(hào)在邏輯低水平時(shí)，接收該控制信號(hào)的任何開關(guān)在開啟狀態(tài)。此僅為實(shí)例，且其它開關(guān)及控制信號(hào)配置可使用在替代實(shí)施例中。如從該時(shí)序圖所顯見的，特定開關(guān)接收相同的控制信號(hào)。例如，開關(guān)Sl及S2兩者接收相同控制信號(hào)，開關(guān)Sll及S12兩者接收相同控制信號(hào)，開關(guān)S5、S6、S13及S14均接收相同信號(hào)，等等。施加到這些S開關(guān)的控制信號(hào)可視為和模擬多路復(fù)用器204的高速放大部分相關(guān)的快速頻率信號(hào)。其亦稱為高速頻率信號(hào)，且是更大體上在本文中稱為放大器602的“采樣頻率”的實(shí)例。應(yīng)注意的是關(guān)于圖7的時(shí)序圖，某些較慢控制信號(hào)彼此之間以該快速頻率信號(hào)的半周期來(lái)相偏置。例如，相關(guān)于開關(guān)S5及S6的控制信號(hào)與相關(guān)于開關(guān)Sl及S2的控制信號(hào)相偏置了快速頻率信號(hào)的半周期。本文對(duì)于“快速”或“高速”的引用是希望其為相對(duì)性術(shù)語(yǔ)，例如，為了將PGA2的操作率與PGAl的“慢速”或“低速”操作率區(qū)別。該等術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為限制相關(guān)電路到特定操作率或操作率的范圍。在圖7的時(shí)序圖中存在四個(gè)不同操作階段，表示為階段1至階段4。將主要參考通道1而描述這些階段。通道2處理類似于在通道1中所描述的，但其利用開關(guān)Sll至S19 而非開關(guān)Sl至S9，且用采樣電容器C3及C4代替采樣電容器Cl及C2。在階段1中，輸入開關(guān)Sl及S2及輸出開關(guān)S5及S6開啟，其隔離采樣電容器Cl 及C2與輸入信號(hào)Vol+及Vol-。電容器Cl及C2的頂部板分別經(jīng)由開關(guān)S3及S4而被連接至該共模電壓Vcm。開關(guān)S9關(guān)閉，將Cl及C2的底部板一起短路。此階段作用為一凈化過(guò)程以中和自先前階段殘留在Cl及C2上的任何信號(hào)。在多數(shù)情形中，殘留在這些采樣電容器上的信號(hào)亦相對(duì)于Vcm對(duì)稱。在階段2中，輸入開關(guān)Sl及S2關(guān)閉，輸出開關(guān)S5及S6保持開啟，開關(guān)S3及S4 保持關(guān)閉，且開關(guān)S9開啟。輸入信號(hào)Vol+及Vol-經(jīng)由開關(guān)Sl及S2而被載入到采樣電容器Cl及C2的底部板上。Cl及C2的頂部板經(jīng)由S3及S4保持連接至Vcm。因?yàn)镾5及S6 保持開啟，輸入信號(hào)在電容器不耦合至差分放大器602的輸入的情況下被采樣。在階段3中，輸入開關(guān)Sl及S2保持關(guān)閉，致使采樣電容器Cl及C2仍采樣輸入信號(hào)Vol+及Vol-。然而，開關(guān)S3及S4是開啟的，致使Cl及C2的頂部板不再連接至Vcm。開關(guān)S5及S6關(guān)閉，連接Cl及C2的頂部板至該差分放大器602的輸入。放大器在其重設(shè)及采樣模式中，其中兩個(gè)開關(guān)S關(guān)閉。因而，在從階段2至階段3的轉(zhuǎn)換期間，Cl及C2的頂部板將從Vcm切換至放大器虛擬接地。因?yàn)樵摲糯笃魈摂M接地典型地非常接近Vcm，所以僅少數(shù)或無(wú)擾動(dòng)反沖到Cl及C2的底部板且從而到通道1的該低速PGAl的輸出。在階段4中，放大器602在其放大模式中。開關(guān)5、31、52、53、54及59開啟。開關(guān)S5及S6保持關(guān)閉。開關(guān)S7及S8關(guān)閉，連接采樣電容器Cl及C2的底部板至各自的參考電壓Vreft及Vrefb。保持在Cl及C2的電荷被轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)反饋電容器Cf上，實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸入信號(hào)Vol+及Vol-的差分增益功能。如上文所指示，通道2處理是在與上文描述的對(duì)于通道1大體上相同的方法中實(shí)現(xiàn)的，但使用開關(guān)Sll至S19及采樣電容器C3及C4。模擬多路復(fù)用器204有利地消除在輸入信號(hào)電壓與各自電容器預(yù)置電壓之間的差，藉此容許來(lái)自低速模擬通道的輸入信號(hào)被平順地轉(zhuǎn)移到一高速通道中而無(wú)反沖擾動(dòng)。 結(jié)果，低速PGAl的頻寬及穩(wěn)定時(shí)間需求可放寬到與其自身較慢的操作速度一致，導(dǎo)致對(duì)于影像傳感器104的功率及面積有效率配置。該模擬多路復(fù)用器還大體上消除任何記憶效應(yīng)，否則此記憶效應(yīng)可在多路復(fù)用器從第一通道切換到第二通道后，來(lái)自第一通道的殘余信號(hào)負(fù)面地影響對(duì)第二通道的信號(hào)處理時(shí)產(chǎn)生。在圖6中顯示的模擬多路復(fù)用電路的特定實(shí)施例僅經(jīng)是示例說(shuō)明，且本發(fā)明的該無(wú)反沖多路復(fù)用技術(shù)可在替代電路配置中實(shí)施。圖8顯示包括配置有輸出參考偏置取消特征的模擬多路復(fù)用器800的說(shuō)明性實(shí)施例。在本實(shí)施例中的該模擬多路復(fù)用器800包含開關(guān)Sl至S9及Sll至S19及與在圖6的實(shí)施例中相同的方式配置的采樣電容器Cl至C4。然而，差分放大器802具有五個(gè)相關(guān)采樣開關(guān)S及兩個(gè)保持開關(guān)H。該多路復(fù)用器800的操作類似于圖6的實(shí)施例，除了從階段2 至階段3的轉(zhuǎn)換期間，采樣電容器Cl及C2的頂部板及放大器802的輸入節(jié)點(diǎn)將被強(qiáng)迫至 Vcm并箝制在一起。此實(shí)施例幫助提供靈活的參考移位功能。類似圖6實(shí)施例，本實(shí)施例亦大體上無(wú)反沖，因?yàn)闊o(wú)明顯擾動(dòng)被反沖至驅(qū)動(dòng)多路復(fù)用器輸入的低速通道。圖9顯示另一說(shuō)明性實(shí)施例，其中模擬多路復(fù)用器900在速ADC的輸入采樣級(jí)中實(shí)施。該多路復(fù)用器包含具有相關(guān)采樣開關(guān)S的差分放大器902。在本實(shí)施例中，反饋電容器Clf及C2f被共享為各自采樣電容器Cl及C2的部分?？赏ㄟ^(guò)設(shè)定Clf到與Cl相同值并設(shè)定C2f到與C2相同值，可在多路復(fù)用器900中提供一種典型的兩增益(gain-of-two) 配置。盡管假定對(duì)于其它通道的每一者提供了類似電路，在該圖中僅顯示多路復(fù)用器的一個(gè)輸入通道，亦即通道1。開關(guān)Si、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8及S9以與圖6的實(shí)施例中大體上相同的方法操作。附加開關(guān)Sla、S2a、S7a、S8a及S9a可操作以容許反饋電容器Clf及C2f或重設(shè)及采樣模式中與各自的采樣電容器Cl及C2并聯(lián)連接，或在放大或增益模式中作為差分放大器902的反饋電容器。開關(guān)Sla、S2a、S7a、S8a及S9a接收與各自開關(guān)Si、S2、S7、S8及S9 相同的控制信號(hào)。因而，當(dāng)Sl開啟時(shí)Sla是開啟的且當(dāng)Sl關(guān)閉時(shí)其是關(guān)閉的，當(dāng)S2開啟時(shí)Sh是開啟的且當(dāng)S2關(guān)閉時(shí)其是關(guān)閉的，等等。除此以外該操作與圖6中的實(shí)施例大體上相同，且再次無(wú)明顯擾動(dòng)被反沖至驅(qū)動(dòng)多路復(fù)用器輸入的等低速通道。本發(fā)明已特別參考其特定實(shí)施例而詳細(xì)描述，但應(yīng)了解的是可在如陳述在附加技術(shù)方案中的本發(fā)明的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)變動(dòng)及修正。例如，本發(fā)明可使用替代模擬多路復(fù)用電路而在其它類型的影像傳感器及數(shù)字成像設(shè)備中實(shí)施。同樣，如本文前文所指示，根據(jù)本發(fā)明而配置的給定模擬多路復(fù)用器可利用在更多通用模擬信號(hào)處理電路及其它不包括影像傳感器讀出的應(yīng)用中。這些及其它替代實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是易于了解的。部件列表
100數(shù)碼相機(jī)
102成像級(jí)
104影像傳感器
106處理器
108存儲(chǔ)器
110顯示器
112輸入/輸出(I/O)組件
200像素陣列
202模擬信號(hào)通道
204模擬多路復(fù)用器
206模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)
210讀出電路
300模擬信號(hào)處理器(ASP)
302低速可編程增益放大器(PGA)
304模擬多路復(fù)用器
306高速通道組件
400低速或高速PGA
402差分放大器
500輸入采樣級(jí)
502采樣窗口
602差分放大器
800模擬多路復(fù)用器
802差分放大器
900模擬多路復(fù)用器
902差分放大器
權(quán)利要求
1.一種用于將多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道多路復(fù)用為單一輸出模擬信號(hào)通道的模擬多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器包括和所述輸入模擬信號(hào)通道中的各個(gè)輸入模擬信號(hào)通道相關(guān)聯(lián)的多個(gè)輸入采樣電路；及具有能夠可控制地依次連接至每一個(gè)所述輸入采樣電路的輸入的放大器；其中所述模擬多路復(fù)用器進(jìn)一步配置為在將所述輸入采樣電路的采樣組件連接至所述放大器的輸入的預(yù)定時(shí)間之前，先將所述輸入模擬信號(hào)通道中的至少給定一個(gè)連接至其對(duì)應(yīng)輸入采樣電路的采樣組件；及其中所述預(yù)定時(shí)間小于所述放大器的采樣頻率的完整頻率周期。
2.如權(quán)利要求1所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述放大器在大于所述輸入采樣電路的采樣速率的采樣速率下操作。
3.如權(quán)利要求2所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述放大器的采樣速率是所述輸入采樣電路的采樣速率的至少兩倍。
4.如權(quán)利要求2所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述預(yù)定時(shí)間是所述放大器的采樣頻率的完整頻率周期的大約二分的一。
5.如權(quán)利要求1至4中任一者所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述輸入模擬信號(hào)通道中的至少一個(gè)包括可編程增益放大器。
6.如權(quán)利要求1至4中任一者所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述采樣組件包括采樣電容器，且該采樣電容器的第一板在該采樣電容器的第二板被連接至所述放大器的輸入的所述預(yù)定時(shí)間之前，先被連接至所述給定輸入模擬信號(hào)通道。
7.如權(quán)利要求1至4中任一者所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述放大器被配置為提供輸出參考偏置取消。
8.如權(quán)利要求1至4中任一者所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述給定輸入采樣電路包括耦合至所述對(duì)應(yīng)輸入模擬信號(hào)通道的各自正及負(fù)差分信號(hào)線的正及負(fù)輸入，且所述放大器包括具有正及負(fù)輸入的差分放大器。
9.如權(quán)利要求8所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述多路復(fù)用器配置為在將所述第一及第二采樣電容器的各自第二板連接至所述差分放大器的各自正及負(fù)輸入的所述預(yù)定時(shí)間之前，先將所述給定輸入采樣電路的正及負(fù)輸入連接至所述各自第一及第二采樣電容器的各自第一板。
10.如權(quán)利要求8所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述給定輸入采樣電路包括正信號(hào)路徑，其具有耦合在所述輸入采樣電路的正輸入與第一采樣電容器的第一板之間的第一開關(guān)；負(fù)信號(hào)路徑，其具有耦合在所述輸入采樣電路的負(fù)輸入與第二采樣電容器的第一板之間的第二開關(guān)；第三及第四開關(guān)，其耦合在所述第一及第二采樣電容器的各自第二板與共模電壓參考之間；及第五及第六開關(guān)，其分別與在正及負(fù)信號(hào)路徑中的各自的第一及第二開關(guān)及各自的第一及第二采樣電容器串聯(lián)配置，并耦合在所述第一及第二采樣電容器的各自第二板與所述差分放大器的各自正及負(fù)輸入之間。
11.如權(quán)利要求10所述的多路復(fù)用器，其特征在于，所述給定輸入采樣電路進(jìn)一步包括第七及第八開關(guān)，其耦合在所述第一及第二采樣電容器的各自第一板與各自上及下電壓參考之間；及第九開關(guān)，其耦合在所述第一及第二采樣電容器的各自第一板之間。
12.如權(quán)利要求11所述的多路復(fù)用器，其特征在于，在所述多路復(fù)用器的一給定操作階段中，所述第三、第四及第九開關(guān)關(guān)閉，且所述第一、第二、第五、第六、第七及第八開關(guān)開啟，從而致使所述輸入采樣電路的正及負(fù)輸入分別從所述第一及第二采樣電容器的各自第一板處斷開，所述第一及第二采樣電容器的所述第一板互相連接，所述第一及第二采樣電容器的所述第二板被連接至所述共模參考電壓，且所述第一及第二采樣電容器的所述第二板分別從所述差分放大器的正及負(fù)輸入斷開。
13.如權(quán)利要求11所述的多路復(fù)用器，其特征在于，在所述多路復(fù)用器的的給定操作階段中，所述第一、第二、第三及第四開關(guān)關(guān)閉，且所述第五、第六、第七、第八及第九開關(guān)開啟，從而致使所述輸入采樣電路的正及負(fù)輸入被分別連接至所述第一及第二采樣電容器的各自第一板，且所述第一及第二采樣電容器的所述第二板分別從所述差分放大器的正及負(fù)輸入斷開并連接至所述共模電壓參考。
14.如權(quán)利要求11所述的多路復(fù)用器，其特征在于，在所述多路復(fù)用器的給定操作階段中，所述第一、第二、第五及第六開關(guān)關(guān)閉且所述第三、第四、第七、第八及第九開關(guān)開啟， 從而致使所述輸入采樣電路的正及負(fù)輸入被分別連接至所述第一及第二采樣電容器的各自第一板，且所述第一及第二采樣電容器的所述第二板被分別連接至所述差分放大器的正及負(fù)輸入。
15.如權(quán)利要求11所述的多路復(fù)用器，其特征在于，在所述多路復(fù)用器的給定操作階段中，所述第五、第六、第七及第八開關(guān)關(guān)閉且所述第一、第二、第三、第四及第九開關(guān)開啟， 從而致使所述輸入采樣電路的正及負(fù)輸入分別從所述第一及第二采樣電容器的各自第一板斷開，所述第一及第二采樣電容器的所述第一板分別被連接至所述各自上及下電壓參考，且所述第一及第二采樣電容器的所述第二板分別被連接至所述差分放大器的正及負(fù)輸入。
16.一種模擬多路復(fù)用方法，其包括以下步驟接收多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道；及在模擬多路復(fù)用器中將所述多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道組合為單一輸出模擬信號(hào)通道，所述模擬多路復(fù)用器包括多個(gè)和所述輸入模擬信號(hào)通道的各自輸入模擬信號(hào)通道相關(guān)的輸入采樣電路，并具有能夠可控制地依次連接至所述輸入采樣電路中的每一個(gè)的輸入的放大器；其中結(jié)合所述組合步驟，所述輸入模擬信號(hào)通道中的至少給定一個(gè)在將所述輸入采樣電路的采樣組件連接至所述放大器的輸入的預(yù)定時(shí)間之前，先被連接至其對(duì)應(yīng)輸入采樣電路的采樣組件；及其中所述預(yù)定時(shí)間小于所述放大器的采樣頻率的完整頻率周期。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，結(jié)合所述組合步驟，在將所述第一及第二采樣電容器的各自第二板分別連接至所述放大器的正及負(fù)輸入的預(yù)定時(shí)間之前，所述給定輸入采樣電路的正及負(fù)輸入先被分別連接至所述第一及第二采樣電容器的各自第一板。
18.一種影像傳感器，其包括像素陣列；及耦合至所述像素陣列的讀出電路；所述讀出電路包括模擬多路復(fù)用器，該模擬多路復(fù)用器配置為將多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道多路復(fù)用為單一輸出模擬信號(hào)通道；所述模擬多路復(fù)用器包括和所述輸入模擬信號(hào)通道的各自輸入模擬信號(hào)通道相關(guān)的多個(gè)輸入采樣電路，并具有能夠可控制地依次連接至所述輸入采樣電路中的每一個(gè)的輸入的放大器；其中所述模擬多路復(fù)用器進(jìn)一步配置為在將所述輸入采樣電路的采樣組件連接至所述放大器的輸入的預(yù)定時(shí)間之前，先將所述輸入模擬信號(hào)通道中的至少一個(gè)給定連接至其對(duì)應(yīng)輸入采樣電路的采樣組件；及其中所述預(yù)定時(shí)間小于所述放大器的采樣頻率的完整頻率周期。
19.如權(quán)利要求18所述的影像傳感器，其特征在于，所述讀出電路進(jìn)一步包括模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，且所述放大器是在所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入采樣級(jí)中實(shí)現(xiàn)的。
20.一種數(shù)字成像設(shè)備，其包括如權(quán)利要求19所述的影像傳感器。
全文摘要
一種模擬多路復(fù)用器，其配置為將多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道多路復(fù)用成為單一輸出模擬信號(hào)通道。該模擬多路復(fù)用器包括相關(guān)于所述多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道的各自輸入模擬信號(hào)通道的多個(gè)輸入采樣電路，及具有能夠可控制地依次連接至每一個(gè)所述輸入采樣電路的輸入的放大器。該模擬多路復(fù)用器進(jìn)一步配置為在將該輸入采樣電路的采樣組件連接至放大器的輸入的預(yù)定時(shí)間之前，先將所述多個(gè)輸入模擬信號(hào)通道中的至少給定一個(gè)連接至其對(duì)應(yīng)的輸入采樣電路的采樣組件。該預(yù)定時(shí)間小于放大器的采樣頻率的完整頻率周期。該模擬多路復(fù)用器可在耦合至影像傳感器中的像素陣列的讀出電路中實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04N5/378GK102265604SQ200980150165
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
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