專利名稱：用于cmos圖像傳感器的模擬行黑色電平校準的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及圖像傳感器，且特定來說(但非排他地)涉及用于CMOS圖像傳感器的黑色電平校準(black level calibration)。
背景技術：
互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)圖像傳感器(“CIS”)可歸因于像素本身中的暗電流和像素間的暗電流電平而產生不準確的圖像數據。CIS陣列的每一像素提供隨入射在像素上的光而變化的輸出電壓。不幸的是，暗電流增加輸出電壓且使成像系統提供的圖片降級。為了產生準確的圖像數據，需要估計暗電流且對其進行電平校正。大多數圖像傳感器在使用之前需要某一形式的校準使得從圖像傳感器獲得的數據可用于產生忠實地再現所俘獲場景或物體的光學特性(強度、顏色等)的數字圖像。一些校準可實行一次且保持對于圖像傳感器的每次后續使用有效，但其它校準必須針對圖像傳感器的每一單次使用實行。黑色電平校準是通常針對圖像傳感器的每一單次使用執行的校準之一。正如其名稱所暗示，黑色電平校準的目的是確定圖像傳感器的黑色電平。黑色電平校準有效地設定閾值，在所述閾值之下，從圖像傳感器獲得的數字數據值將被認為表示顏色黑色，或換句話說，表示不存在或大體不存在光。所述閾值接著用于調整從陣列中的其它像素獲得的值。準確的黑色電平校準有助于實現具有暗陰影區中的完全對比度和精細細節的數字圖片。如果黑色電平過低，那么暗區域中的信息可能丟失；如果黑色電平過高，那么可能犧牲單一范圍。黑色電平校準傳統上以當前幀進行逐幀減法到全局暗行信號而進行。此方法移除暗電流以及讀出的信道偏移，從而僅留下圖像數據。然而，在暗電流在整個像素陣列上不均勻的情形中，此方法在實現黑色電平校準方面不太有效。在幀曝光模式中，在整個像素陣列上同時進行像素陣列的遮光和積分。然而，讀出一次進行一行，因此像素陣列的頂部到底部存在積分時間差。幀曝光模式中的暗電流的不均勻性可導致垂直陰影。垂直陰影的其它原因包含溫度梯度、工藝梯度和像素輸出穩定。常規黑色電平校準技術在數字域執行。數字黑色電平校正的一個缺點是，圖像數據在數字減法操作之后損失其動態范圍。

發明內容
本發明的一個實施例涉及一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包括以下組件圖像像素陣列，其用以響應于入射光產生模擬圖像信號；暗像素陣列，其用以產生模擬黑色參考
信號以用于對所述模擬圖像信號的模擬黑色電平校準；數據位線，其耦合到所述圖像像素陣列內的一排圖像像素以從所述排圖像像素中轉移出所述模擬圖像信號；參考位線，其耦合到所述暗像素陣列內的一排黑色參考像素以從所述排黑色參考像素中轉移出所述模擬黑色參考信號；驅動器，其耦合到所述參考位線以接收所述模擬黑色參考信號；比較器，其經耦合以從所述數據位線接收所述模擬圖像信號，且經耦合以從所述驅動器接收所述模擬黑色參考信號，所述比較器經耦合以在模擬域中使所述模擬圖像信號與所述模擬黑色參考信號偏移；以及模/數轉換器(“ADC”)電路，其耦合到所述比較器的輸出。本發明的另一實施例涉及一種CMOS圖像傳感器。所述傳感器包括以下組件圖像像素陣列，其用以響應于入射光產生模擬圖像信號；暗像素陣列，其安置在鄰近于所述圖像像素陣列處以產生模擬黑色參考信號以用于對所述模擬圖像信號的模擬黑色電平校準；多條數據位線，其每一者耦合到所述圖像像素陣列內的不同列的圖像像素以轉移出所述模擬圖像信號；多條參考位線，其每一者耦合到所述暗像素陣列內的 不同列的黑色參考像素以轉移出所述模擬黑色參考信號，其中所述參考位線短路在一起；驅動器，其耦合到所述參考位線以產生平均模擬黑色參考信號；多個比較器，其每一者耦合到所述數據位線中的一者且每一者耦合到所述驅動器的輸出，所述比較器經耦合以在模擬域中使所述模擬圖像信號與所述平均模擬黑色參考信號偏移；以及多個模/數轉換器(“ADC”)電路，其每一者耦合到所述比較器中的對應一者的輸出。


參看以下圖式描述本發明的非限制性和非詳盡實施例，圖式中，除非另外規定，否則相同參考數字在各圖中表示相同零件。圖I是說明根據本發明的一實施例的圖像傳感器的功能框圖。圖2是說明像素陣列的一實施例內的兩個四晶體管(“4T”)像素的像素電路的電路圖。圖3是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準的讀出電路的功能框圖。圖4是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準同時省略列放大器的讀出電路的功能框圖。圖5是說明根據本發明的實施例的執行模擬黑色電平校準且包含芯片外黑色參考讀出電路的讀出電路的功能框圖。圖6是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準且具有減少數目的列放大器的讀出電路的功能框圖。圖7是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準且具有減少數目的列放大器和芯片外黑色參考讀出電路的讀出電路的功能框圖。圖8是說明根據本發明的一實施例的斜坡比較器(ramp comparator)的功能框圖。
具體實施例方式本文描述用于圖像傳感器的模擬黑色電平校準的系統和方法的實施例。在以下描述中，陳述眾多特定細節以提供對實施例的徹底理解。然而，相關領域的技術人員將認識至IJ，本文描述的技術可在無特定細節中的一者或一者以上的情況下實踐，或以其它方法、組件、材料等來實踐。在其它例子中，未詳細展示或描述眾所周知的結構、材料或操作以避免混淆某些方面。整個本說明書中對“一個實施例”或“一實施例”的參考意味著結合實施例描述的特定特征、結構或特性包含在本發明的至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”在整個本說明書中各個地方的出現不一定全部指代同一實施例。此外，所述特定特征、結構或特性可以任何適宜的方式在一個或一個以上實施例中組合。圖I是說明根據本發明的一實施例的互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)圖像傳感器100的功能框圖。CMOS圖像傳感器100的所說明的實施例包含像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115和控制電路120。像素陣列105的所說明的實施例包含二維(“2D”)圖像像素陣列106和暗像素陣列107。圖像像素陣列106包含用于俘獲圖像信號的像素單元(AP1、AP2、…、APn)，且暗像素陣列107包含用于俘獲黑色電平信號的黑色參考像素單元(例如，BPO、BPU…、BPn)。在一個實施例中，每一像素單元為一有源像素傳感器(“APS”)，例如CMOS成像像素。在一個實施例中，黑色參考像素包含與其有源像素對等物類似或相同的結構，至少一個例外是其被光阻擋層(例如，以金屬覆蓋的光敏區)遮蔽而不能接收光。當然，黑色參考像素可使用其它技術實施。 如所說明，每一有源像素以行(例如，行Rl到Ry)和列(例如，列Cl到Cx)布置以獲取人、地點或物體的圖像數據，所述圖像數據可接著用于渲染所述人、地點或物體的圖像。像素陣列105包含用于輸出模擬黑色參考信號的(暗像素陣列107的)一個或一個以上黑色參考像素，所述模擬黑色參考信號可用于校準圖像像素陣列106的像素的黑色電平設定點。在所說明的實施例中，像素陣列105包含在圖像像素陣列106的邊緣處布置在兩列中的黑色參考像素BPO到BPn。當然，暗像素陣列107可包含顯著更大數目的列。圖像像素陣列106與暗像素陣列107可共享共同的行。在當前實施例中，暗像素陣列107包含沿著圖像像素陣列106的一側形成的兩列黑色參考像素。在其它實施例中，暗像素陣列107可形成在像素陣列105的其它區中，例如像素陣列105的中心，或甚至沿著圖像像素陣列106的兩個相對側延伸。讀出電路110可包含放大電路、模/數轉換(“ADC”)電路、黑色電平校準電路、圖像緩沖器或其它。功能邏輯115可簡單地存儲圖像數據或甚至通過應用圖像后效應(例如，裁剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其它效應)而操縱圖像數據。控制電路120耦合到像素陣列105以控制圖像像素陣列106乃至暗像素陣列107的操作特性。圖2是說明根據本發明的一實施例的兩個四晶體管(“4T”)像素單元的像素電路200的一實施例的電路圖。像素電路200是用于實施圖I的像素陣列105內的每一像素的一種可能的像素電路架構，但應了解，本發明的實施例不限于4T像素架構；事實上，得到本發明的益處的所屬領域的一般技術人員將理解，本發明教示也可適用于3T設計、5T設計，和各種其它像素架構。在圖2中，像素單元Pa和Pb以兩行和一列布置。每一像素電路200的所說明的實施例包含光電二極管H)、轉移晶體管Tl、復位晶體管T2、源極跟隨器(“SF”)晶體管T3和選擇晶體管T4。在操作期間，轉移晶體管Tl接收轉移信號TX，其響應于入射光將光電二極管I3D中累積的電荷轉移到浮動擴散節點FD。在一個實施例中，浮動擴散節點FD可耦合到用于臨時存儲圖像電荷的存儲電容器(未說明)。復位晶體管T2耦合在電力軌VDD與浮動擴散節點FD之間以在復位信號RST的控制下復位(例如，使FD放電或充電到預先設定的電壓)。浮動擴散節點FD經耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合在電力軌VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3作為源極跟隨器操作，從而從像素單元提供高阻抗輸出。最后，選擇晶體管T4在選擇信號SEL的控制下選擇性地將像素電路200的輸出耦合到列讀出線(也稱為位線或數據位線)。從像素單元讀出到位線上的數據是模擬信號。在一個實施例中，TX信號、RST信號和SEL信號由控制電路120產生。圖3是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準的讀出電路300的功能框圖。讀出電路300的所說明的實施例包含數據位線308、參考位線309、多路復用器340、列放大器350和355、斜坡比較器360、斜坡信號產生器365、驅動器370、計數器380以及存儲器390。圖像像素陣列106中的圖像像素的每一排(或所說明的圖式中的列)耦合到列讀出線或數據位線308以讀出所俘獲的模擬圖像信號。類似地，暗像素陣列107中的黑色參考像素的每一排(或所說明的圖式中的列)耦合到列讀出線或參考位線309以讀出模擬黑色參考信號。像素陣列105的每一位線可通過斷言到列復位晶體管(未圖示)的復位信號 來復位。在所說明的實施例中，兩個數據位線308可使用多路復用器340多路復用到單一列放大器350中。在其它實施例中，每一數據位線308可耦合到其自身的列放大器350 (未說明)，或者兩個以上數據位線308可一起多路復用(未說明)。在所說明的實施例中，從暗像素陣列107輸出的參考位線309短路在一起。在常規黑色電平校準電路中，使用單一黑色參考像素來校準圖像像素陣列的整個行。如此，暗像素行中的單一有缺陷像素或熱像素可致使整個行與像素陣列的其余部分相比具有偏移，從而導致行固定型式噪聲。為了減少此噪聲的發生，本發明的實施例使暗像素陣列的參考位線309短路在一起。這形成過濾熱像素和有缺陷像素的最小選擇器電路。由于一次讀出整個行的黑色參考像素，且這些模擬黑色參考信號短路在一起，所以作為驅動器370的非反相輸入處的平均化而實現過濾。在一個實施例中，暗像素陣列107的每一行對應于圖像像素陣列106的一行。在一個實施例中，暗像素陣列107的每一行的位置與圖像像素陣列106的對應行對準。因此，當從圖像像素陣列106讀出模擬圖像信號的每一行時，其偏移從暗像素陣列107的對應行輸出的模擬黑色參考信號的平均值(或經過濾版本)。由于參考位線309短路在一起，所以這些線可稱為暗像素陣列107的共同輸出。在圖3的實施例中，共同輸出耦合到驅動器370的非反相輸入。驅動器370經提供以驅動與列放大器355相關聯的電容性負載。在一個實施例中，驅動器370實施為單位增益緩沖器，其具有耦合到暗像素陣列107的共同輸出的非反相輸入和經由反饋路徑耦合到其輸出的反相輸入。驅動器370的大小由圖像像素陣列106中的列數目和每一列像素(或列驅動器355)的電容性負載確定，以確保驅動器370的輸出信號371在指定時間內(例如，200ns內)穩定。從數據位線308多路復用到相應的列放大器350的模擬圖像信號經放大并耦合到斜坡比較器360的非反相輸入。類似地，模擬黑色參考信號由驅動器370驅動作為輸出信號371,由列放大器355放大作為模擬黑色參考信號356,所述模擬黑色參考信號356 f禹合到斜坡比較器360的反相輸入。在一個實施例中，用于放大模擬圖像信號的列放大器350與用于放大模擬黑色參考信號(輸出信號371)的列放大器355相同。在操作期間，斜坡比較器360操作以在模擬域中使模擬圖像信號351與模擬黑色參考信號356偏移，且接著將經偏移的模擬圖像信號與從斜坡信號產生器365輸出的斜坡信號366進行比較。斜坡信號產生器365產生耦合到斜坡比較器360的斜坡信號366。在每一斜坡比較器360的操作期間，當斜坡信號366的電壓與經偏移的模擬圖像信號匹配時，斜坡比較器360的輸出雙態切換借此通知對應的計數器380。在一個實施例中，計數器380在斜坡信號366開始從其復位值上升(或下降)的同時從復位值進行計數。因此，每一計數器380對斜坡信號366花費多長時間來匹配每一經偏移的模擬圖像信號進行計數。此計數接著存儲到存儲器390中作為數字偏移圖像值。因此，計數器380與斜坡信號產生器365和斜坡比較器360的輸出級協作共同地作為列模/數轉換器(“ADC”)操作。計數器380經耦合以接收一個或一個以上控制信號381 (例如，時鐘信號、復位)，所述控制信號381可在控制電路120中產生。斜坡比較器360操作以從模擬圖像信號減掉暗電流以及如模擬黑色參考信號所傳達的行噪聲。由于模擬黑色參考信號類似于模擬圖像信號的讀出以逐行方式讀出，所以減掉暗電流的垂直陰影。可接著在計數器380處執行數字相關雙取樣(“CDS”)以消除剩余噪聲。計數器380的輸出耦合到存儲器390 (例如，靜態隨機存取存儲器)。列解碼器可接著經由讀取信號391和寫入信號392耦合到存儲器390以用于從圖像傳感器在芯片外最終讀出。在所說明的實施例中，暗像素陣列107包含沿著像素陣列106的一側形成的四列黑色參考像素。在其它實施例中，暗像素陣列107可包含更多或更少列的黑色參考像素，且可在像素陣列305的其它區(例如，像素陣列106的中心)中形成或沿著像素陣列106的兩側形成。圖4是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準同時省略列放大器的讀出電路400的功能框圖。讀出電路400的所說明的實施例類似于讀出電路300，只是省略了列放大器350和355。在所說明的實施例中，多路復用器340的輸出直接耦合到斜坡比較器360的非反相輸入,且驅動器370的輸出I禹合到斜坡比較器360的反相輸入。可出于多種原因而移除列放大器350和355，包含低端應用以節省空間和功率消耗。圖5是說明根據本發明的實施例的執行模擬黑色電平校準且包含芯片外黑色參考讀出電路的讀出電路500的功能框圖。讀出電路500類似于讀出電路300，但具有至少以下差異。讀出電路500包含芯片外黑色參考讀出電路505，其耦合到參考位線309以在芯片外讀出個別黑色參考信號。所述個別黑色參考信號可用于在芯片外數字信號處理(“DSP”)中對所獲取的圖像應用數字校正算法的應用。芯片外黑色參考讀出電路505可以用于實施耦合到圖像像素陣列106的讀出電路的相同電路實施，只是參考位線309在到多路復用器340的輸入處短路在一起。當然，在其它實施例中，芯片外黑色參考讀出電路505內的列放大器350和355也可以與如圖4中說明的方式類似的方式省略。此讀出架構相對于圖3和4的實施例需要較多空間且增加功率消耗，因為多路復用器340、列放大器350和355、斜坡比較器360、計數器380和存儲器390的數目增加。然而，此實施例促進數字黑色參考信號的芯片外讀出。圖6是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準且具有減少數目的列放大器的讀出電路600的功能框圖。讀出電路600類似于讀出電路300，但具有至少以下例外。省略列放大器355，且改為將驅動器370的輸出直接耦合到斜坡比較器360的反、相輸入。省略列放大器355節省了空間和功率。在所說明的實施例中，參考位線309短路在一起且使用多路復用器640多路復用。從多路復用器640輸出的模擬黑色參考信號也在耦合到列放大器650中之前短路在一起。在一個實施例中，列放大器650使用稱為“裝箱(binning) ”的技術稱合在一起。裝箱將列放大器650上的共同節點鏈接在一起或使其短路在一起。舉例來說，輸入、輸出以及一個或一個以上內部節點分別在列放大器650間互相鏈接。裝箱操作以將列放大器較緊密地聯系在一起使得其共同產生一致且平均的輸出，所述一致且平均的輸出耦合到驅動器370的非反相輸入。盡管圖6說明六條數據位線和四條參考位線，但應了解，在實踐中，可使用數百條數據位線和更多的參考位線。
圖7是說明根據本發明的一實施例的執行模擬黑色電平校準且具有減少數目的列放大器和芯片外黑色參考讀出電路的讀出電路700的功能框圖。讀出電路700類似于讀出電路600，但添加了芯片外黑色參考讀出電路705。芯片外黑色參考讀出電路705以與芯片外黑色參考讀出電路505類似的方式操作，但具有以下例外。省略列放大器355，且改為使用上文結合圖6描述的裝箱技術將列放大器650聯系在一起。此外，驅動器370的非反相輸入耦合到列放大器650的輸出，而不是直接耦合到參考位線309。圖8是說明根據本發明的一實施例的斜坡比較器800的功能框圖。斜坡比較器800是圖3-7中說明的斜坡比較器360的一個可能的實施方案。斜坡比較器800的所說明的實施例包含模擬差分比較器805、數字輸出比較器810、輸入電容器C1-C4以及開關SWl和SW2。模擬差分比較器805的所說明的實施例包含第一級差分放大器815和第二級差分放大器820。斜坡比較器800是具有完全差分模擬輸入(差分放大器815)和單端數字輸出電平移位器(數字輸出比較器810)的多級比較器。第一級差分放大器815的非反相輸入經由電容器Cl耦合以從圖像像素陣列106接收模擬圖像信號，且經由電容器C2耦合以從電壓源825接收電壓參考。第一級差分放大器815的反相輸入經由電容器C3耦合以從斜坡信號產生器365接收斜坡信號366，且經由電容器C4耦合以從暗像素陣列107接收模擬黑色參考信號到第一級(包含電容器C1-C4)的輸入提供自動調零功能以消除輸入偏移。由于模擬數據信號和模擬黑色參考信號分別連接到第一級的正和負輸入，所以在模擬域中在兩個輸入信號之間執行減法操作。此減法操作在模擬域中經由第一級的輸入處的電容性耦合而進行，且對模擬差分比較器805的共模輸入和輸出電壓具有極少影響或無影響。因此，對斜坡比較器800的輸出擺幅(output swing)以及因此圖像傳感器的動態范圍存在極少影響或無影響。此外，完全差分放大器815和820的使用抑制了共同節點噪聲，這防止減法操作期間的額外噪聲注入。從電壓源825輸出的參考電壓提供一種也使用第一級的差分特性消除電壓源噪聲的機制。從斜坡信號產生器365輸出的斜坡信號Vkamp與Vimme-Vb1jk eef的偏移組合進行比較，且當其交叉時，模擬差分比較器805的輸出改變符號，從而致使數字輸出比較器雙態切換或進行電平移位。在電平移位時存儲在計數器380中的值用作對應于模擬圖像信號的數字值。在常規操作期間，控制信號Ctrll操作以使開關SWl和SW2形成斷路。在數/模轉換之間，通過在Ctrll的控制下臨時使開關SWl和SW2形成閉合電路而針對下一循環將模擬差分比較器805復位。類似地，在信號Ctrl2的控制下將計數器380復位。
雖然圖8說明差分放大器的兩個級，但模擬差分比較器805的其它實施例可包含差分放大器的僅單一級或者三個或三個以上級以實現所要增益水平。本發明的實施例以逐行方式自動消除來自模擬圖像數據的暗電流分量。此消除在模擬差分比較器805內的增益級之前發生。這些特性可產生若干優點，包含預先增益校正提供非常廣的校正范圍(例如，甚至可能高于完全ADC范圍)，數字反饋并非必需，且逐行校正促進垂直陰影(例如，由幀曝光模式、裸片內的溫度梯度等引起)的校正。應用于參考位線的以上過濾技術還有助于減小對黑色像素噪聲的易感性。本發明的所說明的實施例的以上描述(包含說明書摘要中所描述的內容)不希望為詳盡的或將本發明限于所揭示的精確形式。雖然本文出于說明性目的而描述本發明的特定實施例和實例，但如相關領域的技術人員將認識到，在本發明的范圍內各種修改是可能的。
可鑒于以上詳細描述對本發明作出這些修改。所附權利要求書中使用的術語不應解釋為將本發明限于說明書中揭示的特定實施例。事實上，本發明的范圍應完全由所附權利要求書確定，應根據權利要求解釋的所確立的原則來理解所附權利要求書。
權利要求
1.一種圖像傳感器，其包括 圖像像素陣列，其用以響應于入射光產生模擬圖像信號； 暗像素陣列，其用以產生模擬黑色參考信號以用于對所述模擬圖像信號的模擬黑色電平校準； 數據位線，其耦合到所述圖像像素陣列內的一排圖像像素以從所述排圖像像素中轉移出所述模擬圖像信號； 參考位線，其耦合到所述暗像素陣列內的一排黑色參考像素以從所述排黑色參考像素中轉移出所述模擬黑色參考信號； 驅動器，其耦合到所述參考位線以接收所述模擬黑色參考信號； 比較器，其經耦合以從所述數據位線接收所述模擬圖像信號，且經耦合以接收從所述驅動器輸出的所述模擬黑色參考信號，所述比較器經耦合以在模擬域中使所述模擬圖像信號與所述模擬黑色參考信號偏移；以及 模/數轉換器ADC電路，其耦合到所述比較器的輸出。
2.根據權利要求I所述的圖像傳感器，其進一步包括 多條數據位線，其耦合到所述圖像像素陣列內的對應多排圖像像素； 多條參考位線，其耦合到所述暗像素陣列內的對應多排黑色參考像素；以及多個比較器和對應的ADC電路，其每一者耦合到所述數據位線中的至少一者且耦合到所述驅動器以接收從所述驅動器輸出的所述模擬黑色參考信號。
3.根據權利要求2所述的圖像傳感器，其中所述圖像像素在所述圖像像素陣列內布置為列和行，且所述黑色參考像素在所述暗像素陣列內布置為列和行，其中所述暗像素陣列的所述行與所述圖像像素陣列的所述行對準。
4.根據權利要求2所述的圖像傳感器，其中所述多條參考位線短路在一起且耦合到所述驅動器的輸入。
5.根據權利要求4所述的圖像傳感器，其中所述驅動器包括單位增益緩沖器，所述單位增益緩沖器包含 非反相輸入，其耦合到所述參考位線； 反相輸入；以及 反饋路徑，其將所述單位增益緩沖器的輸出耦合到所述反相輸入。
6.根據權利要求2所述的圖像傳感器，其進一步包括 多路復用器，其每一者經耦合以將所述數據位線中的兩者或兩者以上多路復用到所述比較器中的單一者上。
7.根據權利要求6所述的圖像傳感器，其進一步包括 多個第一線放大器，其每一者耦合在所述多路復用器中的每一者與所述比較器中的對應者之間。
8.根據權利要求7所述的圖像傳感器，其進一步包括 多個第二線放大器，其每一者耦合在所述驅動器的所述輸出與所述比較器中的對應一者之間。
9.根據權利要求2所述的圖像傳感器，其進一步包括 多個線放大器，其每一者耦合在所述參考位線與所述驅動器之間，其中所述線放大器裝箱在一起使得其輸入和輸出短路在一起，且所述線放大器的每一者內的至少一個共同內部節點短路在一起。
10.根據權利要求2所述的圖像傳感器，其進一步包括 芯片外黑色參考讀出電路，其經耦合以將所述模擬黑色參考信號轉換為數字黑色參考信號，且以每列的方式從所述暗像素陣列選擇性地輸出所述數字黑色參考信號。
11.根據權利要求I所述的圖像傳感器，其中所述比較器包括模擬差分放大器，所述模擬差分放大器具有經耦合以接收所述模擬圖像信號 的非反相輸入和經耦合以接收所述模擬黑色參考信號的反相輸入。
12.根據權利要求11所述的圖像傳感器，其中所述比較器進一步包括單端輸出比較器，所述單端輸出比較器具有耦合到所述模擬差分放大器的差分輸出的兩個輸入。
13.根據權利要求12所述的圖像傳感器，其中所述ADC電路包含耦合到所述單端輸出比較器的輸出的計數器。
14.根據權利要求11所述的圖像傳感器，其進一步包括斜坡信號產生器，所述斜坡信號產生器經耦合以將斜坡信號提供到所述模擬差分放大器的所述反相輸入。
15.一種CMOS圖像傳感器，其包括 圖像像素陣列，其用以響應于入射光產生模擬圖像信號； 暗像素陣列，其安置在鄰近于所述圖像像素陣列處以產生模擬黑色參考信號以用于對所述模擬圖像信號的模擬黑色電平校準； 多條數據位線，其每一者耦合到所述圖像像素陣列內的不同列的圖像像素以轉移出所述模擬圖像信號； 多條參考位線，其每一者耦合到所述暗像素陣列內的不同列的黑色參考像素以轉移出所述模擬黑色參考信號，其中所述參考位線短路在一起； 驅動器，其耦合到所述參考位線以產生平均模擬黑色參考信號； 多個比較器，其每一者耦合到所述數據位線中的一者且每一者耦合到所述驅動器的輸出，所述比較器經耦合以在模擬域中使所述模擬圖像信號與所述平均模擬黑色參考信號偏移；以及 多個模/數轉換器ADC電路，其每一者耦合到所述比較器中的對應一者的輸出。
16.根據權利要求15所述的CMOS圖像傳感器，其中所述驅動器包括單位增益緩沖器，所述單位增益緩沖器包含 非反相輸入，其耦合到所述參考位線； 反相輸入；以及 反饋路徑，其將所述單位增益緩沖器的輸出耦合到所述反相輸入。
17.根據權利要求15所述的CMOS圖像傳感器，其進一步包括 多路復用器，其每一者經耦合以將所述數據位線中的兩者或兩者以上多路復用到所述比較器中的單一者上；以及 多個線放大器，其耦合在所述多路復用器中的對應一者與所述比較器中的對應一者之間。
18.根據權利要求15所述的CMOS圖像傳感器，其進一步包括 多個線放大器，其耦合在所述參考位線與所述驅動器之間，其中所述線放大器裝箱在一起使得其輸入和輸出短路在一起，且所述線放大器的每一者內的至少一個共同內部節點短路在一起。
19.根據權利要求15所述的CMOS圖像傳感器，其進一步包括 芯片外黑色參考讀出電路，其經耦合以將所述模擬黑色參考信號轉換為數字黑色參考信號，且以每列的方式從所述暗像素陣列選擇性地輸出所述數字黑色參考信號。
20.根據權利要求15所述的CMOS圖像傳感器，其中所述比較器中的每一者包括模擬差分比較器，所述模擬差分比較器具有經耦合以接收所述模擬圖像信號的一部分的非反相輸入和經耦合以接收所述平均模擬黑色參考信號的反相輸入。
21.根據權利要求20所述的CMOS圖像傳感器，其中所述比較器進一步包括單端輸出比較器，所述單端輸出比較器具有耦合到所述模擬差分比較器的差分輸出的兩個輸入。
22.根據權利要求21所述的圖像傳感器，其進一步包括 斜坡信號產生器，其經耦合以將斜坡信號提供到模擬差分放大器的反相輸入； 電壓源，其經耦合以將參考電壓提供到所述模擬差分放大器的非反相輸入； 電容器，其耦合在所述模擬差分放大器的所述反相和非反相輸入與所述模擬圖像信號、所述電壓源、所述斜坡信號產生器以及所述黑色參考信號之間； 第一開關，其耦合在所述模擬差分比較器的所述非反相輸入與第一級的第一輸出之間；以及第二開關，其耦合在所述模擬差分比較器的所述反相輸入與所述第一級的第二輸出之間。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器包含圖像像素陣列、暗像素陣列、數據位線、參考位線、驅動器、比較器和模/數轉換器ADC電路。所述圖像像素陣列響應于入射光產生模擬圖像信號。所述暗像素陣列產生模擬黑色參考信號以用于對所述模擬圖像信號的模擬黑色電平校準。在一個實施例中，所述數據位線每一者耦合到所述圖像像素陣列內的不同列的圖像像素，且所述參考位線每一者耦合到所述暗像素陣列內的不同列的黑色參考像素。所述驅動器耦合到所述參考位線以驅動模擬黑色參考信號。所述比較器每一者耦合到所述數據位線中的一者且每一者耦合到所述驅動器的輸出，且在模擬域中使所述模擬圖像信號與所述模擬黑色參考信號偏移。所述ADC電路每一者耦合到比較器的輸出。
文檔編號H04N5/361GK102647566SQ201210020760
公開日2012年8月22日 申請日期2012年1月18日 優先權日2011年2月17日
發明者莫耀武, 許晨 申請人:全視科技有限公司