專利名稱：模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、固態(tài)圖像捕獲裝置以及電子信息設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字圖像信號并輸出該數(shù)字圖像時，可選擇增益(gain);利用所述 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器從對象(subject)捕獲圖像光的固態(tài)圖像捕獲裝置； 以及電子信息設(shè)備，例如數(shù)字相機(jī)(digital camera)(例如數(shù)字?jǐn)z像 才幾(digital video camera), l爭拍數(shù)字相才幾(digi tal still camera))、 圖像輸入掃描儀、傳真機(jī)、配置有相機(jī)的手機(jī)(cell phone)設(shè)備等， 其使用所述固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像輸入設(shè)備用于圖像捕獲部分。
2.
背景技術(shù)：
如參考1中所披露，在固態(tài)圖像捕獲裝置，如常規(guī)CMOS圖 像傳感器中，當(dāng)將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號并輸出時，如果來 自像素部分的圖像數(shù)據(jù)的電壓電平太低，那么模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的輸入 信號放大器會選擇高增益以獲得明亮的圖像。圖8示出了這樣一種常規(guī) 的圖像傳感器。圖8為一框圖，示出了常規(guī)CMOS圖像傳感器的示例性基本 結(jié)構(gòu)。盡管實際像素排列具有例如1200行x 1600列，但是為簡化起見， 包括像素部分的所述像素排列具有4行4列，如圖8所示。在圖8種，常規(guī)CMOS圖像傳感器100包括多個像素部分 101，其被排列在二維矩陣中；用于順序地選擇圖像排列中的每一行的y 軸解碼器102;多個放大器(輸入信號放大器)103,用于放大像素排列 中每一列的輸出電壓；多個比較器104,用于把每個放大器103的輸入 電壓與模擬斜坡電壓(ramp voltage) ARMP (斜坡意味著傾斜(t i 11))相 比較；數(shù)字鎖存(latch)部分105,用于在輸入電壓與來自每個放大器 103的模擬斜坡電壓ARMP相等時存儲數(shù)字斜坡信號(ramp signal )DRMP(多位數(shù)據(jù))；x軸解碼器106,通過順序地選擇鎖存部分105來順序 地選擇所述像素排列中的每一列，從而向多個位線輸出信號；用于生成 所述才莫擬斜坡電壓ARMP的才莫擬斜坡發(fā)生器107，所述模擬斜坡電壓ARMP 為三角波，順序地增加電壓電平；以及用于生成數(shù)字斜坡信號DRMP的 數(shù)字斜坡發(fā)生器108,其中的數(shù)字值與所述模擬斜坡電壓ARMP同步順序 地增加。此外，常規(guī)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還配置有所述放大器103、所述比 較器104、所述鎖存部分105、所述模擬斜坡發(fā)生器107以及所述數(shù)字 斜坡發(fā)生器108。在具有上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)CMOS圖像傳感器100中，入射光 (incident light)(對象的光)首先被每個像素部分101光電轉(zhuǎn)換，隨 后作為圖像信號電壓輸出。在所述y軸解碼器102中，根據(jù)輸入地址信 號YADDR只從所述像素排列中順序地選擇一行。從像素部分101的一行 中選擇的輸出電壓經(jīng)由相應(yīng)的放大器103放大并輸入到相應(yīng)的比較器 104中。每個放大器103都是增益選擇部分，在那里例如根據(jù)選擇信號 GSEL選擇原始(original)增益和雙倍(doubled)增益(gain),從而將 來自每個像素部分101的輸出電壓進(jìn)行放大。因此，在每個比較器104中，將模擬斜坡電壓ARMP與所述 輸入電壓相互比較，當(dāng)兩者彼此相等時，所述數(shù)字斜坡信號DRMP被存 儲在所述鎖存部分105中，該數(shù)字斜坡信號與所述模擬斜坡電壓ARMP 同步地增加電壓電平。亦即，當(dāng)所述模擬斜坡信號DRMP增加并且其電 壓電平與所述像素部分101的輸入電壓的電壓電平相同時，與所述模擬 斜坡電壓ARMP處于相同的電壓電平的該數(shù)字斜坡信號DRMP的數(shù)字值被 存儲在所述鎖存部分105中。所以，所述像素部分101的輸入電壓被認(rèn)
為是4莫擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。以這種方式，在完成一行的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換操作后，根據(jù)輸 入的地址信號XADDR,在所述X軸解碼器106順序地選擇每個鎖存部分 105，并且每個鎖存數(shù)字斜坡信號DRMP作為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出信號 DOUT被順序輸出。時鐘信號CLOCK和同步信號SYNC被輸入至所述才莫擬斜坡發(fā) 生器107和所述數(shù)字斜坡發(fā)生器108。在所述模擬斜坡發(fā)生器107,生 成逐步增加電壓電平的所述才莫擬斜坡電壓ARMP,反之在所述數(shù)字斜坡發(fā)
8生器108中，生成數(shù)字斜坡信號DRMP,所述數(shù)字斜坡信號DRMP不斷變 化，使得所述數(shù)字斜坡信號與所述模擬斜坡電壓ARMP同步地增加它的 電壓電平。所述像素排列中的每一行都執(zhí)行上述一系列模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換 操作，使得數(shù)字圖像信息作為圖像數(shù)據(jù)被輸出。 參考1:日本公開號2006 - 50231。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在以上描述并在圖8中示出的常規(guī)圖像傳感器100中 所述像素排列中排列的多個列中的每一列都設(shè)置有作為增益選擇部分 的放大器103,并且因此需要大量的放大器103。例如，在所述像素排 列為1200行x 1600列的情況下時，需要一千六百個放大器103，其是 非常龐大的。此外，與作為比較部分的所述比較器相比較，由于需要輸 出精確的增益，作為增益選擇部分的放大器103有復(fù)雜的電路，，，在 控制電路中具有許多晶體管。因此，產(chǎn)生一個問題，大量放大器103的 IC芯片所占的面積以及電能損耗將會增加。例如，配置有相機(jī)的手機(jī)僅 具有4艮小的空間，因此該問題變得特別明顯。此外，還會產(chǎn)生由于生產(chǎn) 公差而導(dǎo)致放大器103的增益精確性可能改變的問題。本發(fā)明旨在解決上述常規(guī)問題。本發(fā)明的目的是提供一種 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中每一列不需要相應(yīng)的放大器作為增益選擇部分 且增益可被精確選擇，由此減小所述電路所占面積和降低所述能量損 耗；使用該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的固態(tài)圖像捕獲裝置；以及使用該固態(tài)圖 像捕獲裝置作為用于圖像捕獲部分的圖像輸入設(shè)備的電子信息設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一種模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括用于比較輸入信號電壓 與模擬斜坡電壓的比較部分，在模擬斜坡電壓中電壓電平逐漸增加；以 及當(dāng)所述模擬斜坡電壓或與所述模擬斜坡電壓對應(yīng)的電壓和所述輸入 信號電壓相等時，存儲數(shù)字斜坡信號的數(shù)字值的鎖存部分，其中數(shù)字斜 坡信號中電壓電平的數(shù)字值與所述模擬斜坡電壓同步地逐漸增加；其中 多個模擬斜坡信號的部分或全部所累加的電壓用作所述模擬斜坡電壓， ^^而可以選擇增益，由此達(dá)到上述目的。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括用于產(chǎn)生所述模擬斜坡信號的模擬斜坡發(fā)生部分和用于產(chǎn)生所述數(shù)字斜坡信號的數(shù)字斜 坡發(fā)生部分。
仍然優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)一 步包括第 一增益 選擇部分，用于將來自所述模擬斜坡發(fā)生部分的所述模擬斜坡信號的輸 出分支成多個輸出，以允許至少一個輸出切換為固定的電壓輸出。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述第一增益 選擇部分為增益選擇開關(guān)，所述增益選擇開關(guān)通過所述第一增益選擇信
號在多個模擬斜坡信號的至少 一 個與所述固定電壓之間切換，這樣增益 是可選擇的。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述模擬斜坡 發(fā)生部分包括用于改變所述模擬斜坡信號的傾斜度的第二增益選擇部 分。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述選擇部分
中，將所述輸入信號電壓的輸入通過第三開關(guān)連接到第一連接點；將第 一模擬斜坡信號通過笫 一電容器連接到所述笫 一連接點；將第二模擬斜 坡信號通過第二電容器連接到所述第一連接點…以及將第n模擬斜坡信 號通過第n電容器連接到所述第一連接點(n為整數(shù)，大于或等于2); 將所述第一連接點通過第四開關(guān)和比較電容器的串聯(lián)電路連接到CMOS 變換器的輸入；以及將所述CMOS變換器的所述輸出連接到比較器輸出 的輸出，由此構(gòu)成采樣和比專交部分。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，和在所述比較 部分中，將所述輸入信號的輸入通過第一開關(guān)連接到位于所述第四開關(guān) 和所述比較電容器之間的第二連接點，并且位于所述比較電容器和所述 CMOS變換器的輸入之間的第三連接點通過第二開關(guān)連接到所述CMOS變 換器的輸出，由此構(gòu)成重置(reset)部分。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，和在所述比較 部分中，所述CMOS變換器被連接在高電位電源和低電位電源之間，以 及將所述第一連接點通過附加電容器連接到所述低電位電源的輸出。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)所述第一開 關(guān)和第二開關(guān)位于導(dǎo)通狀態(tài)，并且所述第三開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀
態(tài)時，所述比較部分處于重置狀態(tài)并且所述CMOS變換器的輸入和輸出被重置為同等電壓，并且輸入重置電壓在所述比較電容器中被充電。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的^t擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)所述第三開 關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于采樣狀態(tài)和所述輸入信號電壓被
充電到所述第一電容器、所述第二電容器、…以及所述第n電容器；輸 入電壓VI是輸入重置電壓與所述輸入信號電壓的差值，在重置期間內(nèi) 所述輸入重置電壓向所述比較電容器充電；當(dāng)?shù)谌_關(guān)處于斷開狀態(tài)且 第四開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于比較狀態(tài)，且所述電壓電 平隨著第一模擬斜坡信號、第二模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號中 的至少一個的固定傾斜度而變化，并且所述比較輸出在當(dāng)?shù)?一模擬斜坡 信號、第二模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號的累加電壓達(dá)到預(yù)定電 壓V2時發(fā)生改變。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)、 第二開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)且第三開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比 較部分處于采樣狀態(tài)且所述輸入信號電壓向第一電容、第二電容…以及 第n電容充電，并且輸入電壓VI為輸入重置電壓與所述輸入信號電壓 的差，其中在重置期間，輸入重置電壓向所述比較電容器充電；當(dāng)所述 第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)處于斷開狀態(tài)且第四開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài) 時，所述比較部分處于比較狀態(tài)；并且所述電壓電平隨著所述第一^t擬 斜坡信號和第二模擬斜坡信號中至少 一個的固定傾斜度而變化，且當(dāng)?shù)?一模擬斜坡信號、第二模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號的累加電壓 達(dá)到預(yù)定電壓V2時，所述比較輸出發(fā)生改變。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和 第二開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，而第三開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)時，所述 比較部分處于重置狀態(tài)并且所述CMOS變換器的輸入和輸出被重置為相 等電壓；并且所述輸入重置電壓向所述比較電容器充電；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)、 第二開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)且笫三開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比 較部分處于采樣狀態(tài)；且所述輸入信號電壓向第一電容器、第二電容 器…第n電容器和附加電容器充電，并且所述輸入電壓VI為所述輸入 重置電壓和輸入信號電壓的差；當(dāng)笫一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)處于 斷開狀態(tài)且第四開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于比較狀態(tài)；且 所述電壓電平隨著所述第 一模擬斜坡信號、第二模擬斜坡信號...以及第n模擬斜坡信號中的至少一個的固定傾斜度而變化，且當(dāng)所述第一模擬 斜坡信號、第二模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號的累加電壓達(dá)到預(yù) 定電壓V2時，所述比較器輸出發(fā)生變化。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，作為輸入電壓 VI和預(yù)定電壓V2的比的增益G,在所述比較部分中這樣確定當(dāng)?shù)谝?模擬斜坡信號、第二模擬斜坡信號...第n模擬斜坡信號中的 一個或多個 模擬斜坡信號被改變而其余的模擬斜坡信號是固定的的時候，用第 一 電 容器、第二電容器…第n電容器相應(yīng)電容的和除以與一個或多個模擬斜 坡信號相對應(yīng)的各電容器的和。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，作為輸入電壓 VI與預(yù)定電壓V2的比的增益G,在比較部分中這樣確定當(dāng)?shù)谝徊拍獢M 斜坡信號、第二模擬斜坡信號...第n模擬斜坡信號中的 一個或多個模擬 斜坡信號被改變而其余的模擬斜坡信號固定的時候，用第一電容器、笫 二電容器…笫n電容器和附加電容相應(yīng)電容的和除以與一個或多個模擬 斜坡信號相對應(yīng)的各電容器的和。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，增益G為輸入 電壓VI與預(yù)定電壓V2的比，在比較部分中由下列等式(1 )和(2") 至(4")根據(jù)第一電容器C1、第二電容器C2…第n電容器Cn、比較電 容器C與附加電容器CT的電容的比而確定 F2 = Gxn 等式(1 )
<formula>formula see original document page 12</formula>等式(2")
如果第一模擬斜坡信號發(fā)生變化且第二模擬斜坡信號是固定的； G = (Cl + C2 + Cr)/C2 等式(3")
如果第 一模擬斜坡信號是固定的且第二模擬斜坡信號發(fā)生變化；
<formula>formula see original document page 12</formula> 等式(4")
如果笫 一模擬斜坡信號和第二模擬斜坡信號都發(fā)生變化。 仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和所述模擬斜坡發(fā) 生部分中，差分放大器的輸出連接至模擬斜坡發(fā)生輸出的輸出端，并且 所述模擬斜坡發(fā)生輸出的輸出端通過第七電容器和第六開關(guān)的并聯(lián)電
容連接至所述差分放大器的反相輸入端(negative input);所述差分放 大器的同相輸入端(positive input)連接至模擬接地點，且第六連接點通過第五電容器連接至所述模擬接地點且通過第七開關(guān)和第六電容器
的串聯(lián)電路連接至所述模擬接地點；并且所述第六連接點連接至參考電 壓的輸入端或通過第五開關(guān)連接至所述差分放大器的反相輸入端。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，附加串聯(lián)電路 與所述第七開關(guān)和第六電容器的串聯(lián)電路相同，被設(shè)置成這樣的方式使 得第7-1開關(guān)和第6-1電容器的串聯(lián)電路…所笫7-m開關(guān)和第6-m 電容器的串聯(lián)電路彼此并聯(lián)。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬斜坡發(fā) 生部分中，通過同步信號來控制第六開關(guān)打開和閉合，并且當(dāng)所該同步 信號為'T，時，所述模擬斜坡發(fā)生輸出被重置至0V電壓值；通過第二 增益選擇信號來控制第七開關(guān)打開和閉合，且當(dāng)?shù)诙鲆孢x擇信號為 "1"時，所述第五電容器和第六電容器并聯(lián)連接；通過時鐘信號來開 關(guān)控制所述第五開關(guān)，且當(dāng)所述同步信號為"0"且所述第二增益選擇 信號為"0"時，所述第五電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至所述第七電容器；且 當(dāng)所述同步信號為"0"且所述第二增益選擇信號為"1"時，所述第五 電容器和第六電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至所述第七電容器。
仍然優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和所述模擬斜坡發(fā) 生部分中，在所述^^擬斜坡發(fā)生部分中，通過同步信號控制所述第六開 關(guān)打開和閉合，且當(dāng)所述同步信號為"1"時，所述模擬斜坡發(fā)生輸出 被重置至0V電壓值；第二增益選擇信號被構(gòu)造為具有多個增益選擇信 號，且通過多個增益選擇開關(guān)來控制第7-m開關(guān)的打開和閉合，且第6 -n電容器中的一個或多個，其對應(yīng)于多個增益選擇信號中的增益選擇 信號"1",與第五電容器并聯(lián)連接，通過所述時鐘信號來開關(guān)控制所 述笫五開關(guān)，且當(dāng)所述同步信號為"0"且所述第二增益選擇信號為"0" 時，所述第五電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至所述笫七電容器；且當(dāng)所述同步信 號為"0"且多個增益選擇信號為"1"時，第6-m電容器中的一個或 多個和第五電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至所述第七電容器。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置包括多個像素部分，排列成矩陣， 用于將入射光光電轉(zhuǎn)換成電子并將其輸出作為輸入信號電壓；y軸解碼 器，用于順序地選擇像素排列中的每一列；x軸解碼器，用于選擇像素 排列中的每一行；以及根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，由此達(dá)到上述目的。
根據(jù)本發(fā)明的電子信息設(shè)備，其使用根據(jù)本發(fā)明的所述模擬-數(shù)字 轉(zhuǎn)換器或根據(jù)本發(fā)明的所述固態(tài)圖像捕獲裝置，由此實現(xiàn)上述目的。在下文中將描述具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的功能。
根據(jù)本發(fā)明。所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括比較器，用于將所 述輸入電壓和所述模擬斜坡電壓相比較，所述模擬斜坡電壓為三角波， 其逐漸增加所述電壓電平；以及鎖存部分，用于當(dāng)所述輸入電壓和;溪擬 斜坡電壓兩者相等時存儲數(shù)字斜坡信號，其中的電壓電平的數(shù)字值與所 述模擬斜坡電壓同步地逐漸增加。電壓，其為多個模擬斜坡信號的和， 被用作所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的模擬斜坡電壓。作為第一增益選擇部 分的增益選擇開關(guān)通過笫一增益選擇信號來切換，從而將多個信號中的
至少 一個從所述^t擬斜坡發(fā)生器輸出的所述模擬斜坡信號中分支出來， 可#1改變?yōu)楣潭妷?，由此實現(xiàn)增益的選擇。進(jìn)一步地，不僅包括該增 益選擇或不包括該增益選擇，作為第二增益選擇部分的第二增益選擇信 號改變所述^t擬斜坡信號的三角波的傾斜度，該^t擬斜坡信號是從所述 模擬斜坡發(fā)生器產(chǎn)生的，從而進(jìn)行增益的選擇。根據(jù)如上描述的本發(fā)明，通過所述增益選擇信號和所述開關(guān) 改變所述模擬斜坡信號和所述固定電壓；并且改變所述三角波的傾斜 度，以便于在不使用作為每一列的增益選擇部分的多個放大器的情況下 選擇增益。因此，由于與現(xiàn)有技術(shù)相比不必設(shè)置多個放大器，所以芯片 所占據(jù)的面積減小且電能損耗降低。此外，用被構(gòu)造作為比較電路的電 容器的電容比(capacity ratio)可控制增益的精確度，從而使得生成 公差所帶來的影響可被降低。
在參照附圖閱讀和理解如下詳細(xì)描述的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的這些及其 它優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得清晰。


圖1為一方框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的圖像傳感器 的示例性基本結(jié)構(gòu)。
圖2為一時序圖(timing chart ),示出了圖1中示出的圖像傳感 器10的示例性操作，其中(a)示出了第一增益選擇信號GSEL為"0" 的情況，以及(b)示出了第一增益選擇信號GSEL為"1"的情況。圖3為一電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例2的比較器示例性基 本結(jié)構(gòu)。
圖4為一時序圖，示出了圖3中示出的比較器的示例性運(yùn)行。
圖5為一電路圖，示出了圖3中比較器的示例性變形。
圖6為一電路圖，示出了圖1中示出的用于存儲l比特的所述鎖存
部分的示例性結(jié)構(gòu)。
圖7為一電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例3的所述^t擬斜坡發(fā)
生器的示例性基本結(jié)構(gòu)。
圖8為一方框圖，示出了一常規(guī)圖像傳感器的示例性基本結(jié)構(gòu)。 圖9為一方框圖，示出了使用一根據(jù)本發(fā)明的實施例1至3的圖像
傳感器10作為圖像捕獲部分的電子信息設(shè)備的示例性框圖結(jié)構(gòu)。 10:圖像傳感器
11:像素部分
12: y軸解碼器
13， 13A:比較器(比較部分)
14:鎖存部分
15: x軸解碼器
16:模擬斜坡發(fā)生器(模擬斜坡發(fā)生部分)
17:增益選擇開關(guān)(增益選擇部分)
18:數(shù)字斜坡發(fā)生器(數(shù)字斜坡發(fā)生部分)
20:模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器
21-27:連接點
31:變換器
32:差分放大器
SW1-SW7:開關(guān)
C1-C7:電容器
90:電子信息設(shè)備
92:存儲部分
93:顯示部分
94:通信部分
95:圖像輸出部分
具體實施例方式在下文中，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn) 換器的實施例1-3,其中所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器被應(yīng)用到圖像傳感器，其 作為固態(tài)圖像捕獲裝置。
(實施例1 )
圖1為一方框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的圖像傳感器的示例 性基本結(jié)構(gòu)。為了簡化起見，在圖1中，包含大量像素部分的像素排列
(pixel arrangement )具有四行和四列，盡管實際的像素排列例如具 有1200行x 1600列。在圖1中，根據(jù)實施例1的圖像傳感器10包括多個像素 部分ll,其在行和列的方向被設(shè)置成二維矩陣；y軸解碼器12,用于順 序地選擇像素排列中的每一行；比較器13,作為每一列的比較部分，用 于將輸入電壓與模擬斜坡電壓進(jìn)行比較，其中所述輸入電壓是所述像素 排列每一列的輸出電壓，所述模擬斜坡電壓是模擬斜坡信號ARMP1和模 擬斜坡信號ARMP2的和；鎖存(latch)部分14,用于當(dāng)所述輸入電壓(像 素電壓)和每一列的模擬斜坡電壓(或?qū)?yīng)于模擬斜坡電壓的電壓)相 等(相同的時序(timing))(當(dāng)兩電壓相同時的時序)時，存儲數(shù)字 斜坡信號DRMP; x軸解碼器15,通過順序地選擇鎖存部分14來順序選 擇像素排列中的每一列；模擬斜坡發(fā)生器16,作為用于產(chǎn)生固定電壓(在 這里OV地電壓)和;漢擬斜坡信號ARMP1的^^莫擬斜坡發(fā)生部分，在^^莫擬 斜坡發(fā)生器16中電壓電平逐漸增加；作為第一增益選擇部分的增益選 擇開關(guān)17,在增益選擇開關(guān)17中從模擬斜坡發(fā)生器16輸出的模擬斜坡 信號ARMP1的輸出分支成兩個輸出(亦即所述輸出分支為用于模擬斜坡 信號ARMP1的輸出和用于模擬斜坡信號ARMP2的輸出，在這種情況下， 模擬斜坡信號ARMP1和ARMP2為相同的信號)，并且根據(jù)第一增益選擇 信號GSEL對所述兩個輸出中的一個和固定電壓輸出來進(jìn)行切換
(switch);以及數(shù)字斜坡發(fā)生器18,作為數(shù)字斜坡發(fā)生部分，用于產(chǎn) 生數(shù)字斜坡信號DRMP,在數(shù)字斜坡發(fā)生器18中電壓電平的數(shù)字值與所 述模擬斜坡電壓同步地逐漸增加。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器20配置有比較器 13、鎖存部分14、模擬斜坡發(fā)生器16、增益選擇開關(guān)17和數(shù)字斜坡發(fā)生器18。所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用等于多個模擬斜坡信號的和的電 壓作為前述的模擬斜坡電壓，并設(shè)置有第一增益選擇部分，該第一增益 選擇部分用于分支來自模擬斜坡發(fā)生器16的模擬斜坡信號ARMP1的輸 出并將所述分支輸出中的至少一個切換為固定電壓輸出，其中所述。在 這里，所述增益選擇開關(guān)17被設(shè)置作為第一增益選擇部分，用于根據(jù) 所述第一增益選擇信號GSEL,將來自所述模擬斜坡信號的所述兩個分支 信號中的一個切換為固定電壓。進(jìn)一步地，設(shè)置第二增益選擇部分用于 根據(jù)第二增益選擇信號GRMP,改變所述模擬斜坡信號的傾斜度。具有上述結(jié)構(gòu)的所述圖像傳感器IO通過大量像素部分11將 入射光光電轉(zhuǎn)換成電子。所述y軸解碼器12根據(jù)地址信號YADDR從像 素排列中順序地只選擇一行，并將每個像素部分11的被選擇的行的輸 出電壓作為輸入電壓輸入到相應(yīng)的比較器13中。隨后，所述比較器13將所述模擬斜坡電壓與所述輸入電壓 相比較，其中所述模擬斜坡電壓是第一模擬斜坡信號ARMP1和第二模擬 斜坡信號ARMP2的和(所述模擬斜坡電壓是第一模擬斜坡信號ARMP1的 整倍數(shù)，比如l倍或兩倍，它為電壓且在這里是該電壓的兩倍的另一電 壓)，并且當(dāng)所述兩電壓相等時，所述數(shù)字斜坡信號DRMP的電壓電平 的數(shù)字值被存儲在鎖存部分14中。這時，時鐘信號CLOCK和同步信號 SYNC輸入至所述模擬斜坡發(fā)生器16和所述數(shù)字斜坡發(fā)生器18。所述模 擬斜坡發(fā)生器16產(chǎn)生模擬斜坡信號ARMP,其是逐漸增大的三角波。所 述^^莫擬斜坡發(fā)生器16的輸出被分支成兩個輸出，并且它允許所述兩個 輸出中的一個輸出為第一模擬斜坡信號ARMP1,另一個經(jīng)過所述增益選 擇開關(guān)17輸出作為第二模擬斜坡信號ARMP2。增益選擇開關(guān)17能夠根 據(jù)第一增益選擇信號GSEL將所述第二模擬斜坡信號ARMP2固定成固定 電壓。此外，模擬斜坡發(fā)生器16根據(jù)第二增益選擇信號GRMP為笫一模 擬斜坡信號ARMP1和第二;^莫擬斜坡信號ARMP2選擇傾斜度。所述數(shù)字斜 坡發(fā)生器18產(chǎn)生數(shù)字斜坡信號DRMP，其為與所述模擬斜坡電壓ARMP同 步改變的三角波。亦即，才艮據(jù)所述才莫擬斜坡電壓ARMP時序的增加(increasing timing),該才莫擬斜坡電壓具有與來自像素部分11的輸入信號電壓VIN的電壓電平相同的電壓電平(或相應(yīng)的電壓電平)，與所述;^莫擬斜坡ARMP 的電壓電平相對應(yīng)的數(shù)字斜坡信號DRMP的數(shù)字值被存儲在鎖存部分14 中。這允許對來自像素部分ll的輸入電壓進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。如上所述，在對一行完成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換操作后，所述x軸 解碼器15根據(jù)輸入地址信號XADDR順序地選擇鎖存部分14。下一步， 所述鎖存數(shù)字斜坡信號DRMP的數(shù)字值順序地輸出至多個位線(此處， 例如8位或10位)作為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出信號DOUT。對像素排列中的每一行執(zhí)行上述一 系列模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換操 作，從而使得數(shù)字圖像信息作為圖像數(shù)據(jù)被輸出。圖2為時序圖，示出了圖1中示出的圖像傳感器10的示例 性操作，其中(a)示出了第一增益選擇信號GSEL為"0"的情況，以 及(b)示出了第一增益選擇信號GSEL為"1"的情況。此外，圖2示 出了第一增益選擇信號GSEL、第二增益選擇信號GRMP、同步信號SYNC、 第一模擬斜坡信號ARMP1、第二模擬斜坡信號ARMP2以及數(shù)字斜坡信號 麗P。如圖2 (a)所示，當(dāng)?shù)谝辉鲆孢x擇信號GSEL為"0"時，第 二模擬斜坡信號ARMP2變?yōu)樵鲆孢x擇開關(guān)17的輸出電壓。那時，第一 模擬斜坡信號ARMP1和第二^t擬斜坡信號ARMP2具有相同的電壓波形， 并且當(dāng)同步信號SYNC為"1"時，第一模擬斜坡信號ARMP1和第二模擬 斜坡信號ARMP2被重置(reset)為OV,反之，當(dāng)同步信號SYNC為"0" 時，第一^莫擬斜坡信號ARMP1和笫二^t擬斜坡信號ARMP2以固定的傾斜 度(constant tilt amount)順序增加。換言之，當(dāng)同步信號SYNC從T 到"0"時，第一才莫擬斜坡信號ARMP1和第二;f莫擬斜坡信號ARMP2的電 壓電平開始增加。設(shè)置第一模擬斜坡信號ARMP1和第二模擬斜坡信號 ARMP2的傾斜度使得當(dāng)?shù)诙鲆孢x擇信號GRMP為"0"時，模擬斜坡最 大電壓為IV,反之設(shè)置第一模擬斜坡信號ARMP1和笫二模擬斜坡信號 ARMP2的傾斜度使得當(dāng)?shù)诙鲆孢x擇信號GRMP為"1"時，才莫擬斜坡最 大電壓為0. 67V。如圖2 (b)所示，當(dāng)?shù)谝辉鲆孢x擇信號GSEL為"1"時，第 一模擬斜坡信號ARMP1與圖2 ( a )中的那個相同，并且通過增益選擇開 關(guān)17將第二模擬斜坡信號ARMP2設(shè)定成固定值。
根據(jù)上述實施例1,第一增益選擇信號GSEL和第二增益選擇 信號GRMP被組合，從而使得才莫擬斜坡電壓的最大值可從0. 67V、 IV、 1.34V和2V中選擇，其中模擬斜坡電壓的最大值是第一模擬斜坡信號 ARMP1和第二模擬斜坡信號ARMP 2的累加值。所述累加的電壓的最大值 為2V的情況下的相對增益分別是3倍、2倍、1. 5倍和1倍。進(jìn)一步地， 實施實施例1可以通過改變所述固定電壓，改變所述傾斜度以及改變所 述模擬斜坡信號的數(shù)目，來容易地增加增益選擇的組合的數(shù)目。進(jìn)一步 地，只提供第一增益選擇部分和第二增益選擇部分中的任一個也是可行 的。
(實施例2 )
在實施例2中，將詳細(xì)描述應(yīng)用在根據(jù)上述實施例1的圖像傳感器 10中的比較器13。圖3為一電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例2的比較器的示 例性基本結(jié)構(gòu)。在圖3中，比4支器13包括用于重置的開關(guān)SW1和開關(guān)SW2; 開關(guān)SW3,用于輸入輸入信號電壓VIN的采樣；用于起動比較的開關(guān)SW4; 用于采樣第一模擬斜坡信號ARMP1和第二沖莫擬斜坡信號ARMP2的每一個 模擬值的第一電容器Cl和第二電容器C2;用于比較的電容。；用于明 確(clarify)比較輸出的電容器C4;以及用于比較輸出的CMOS變換器 (inverter) 31。需被比較的兩個數(shù)據(jù)(輸入信號電壓VIN和才莫擬值的累 加電壓)順序地被輸入至比較器13,且所述兩個數(shù)據(jù)由開關(guān)SW4連接， 從而比較兩個數(shù)據(jù)并輸出比較結(jié)果。在比較器13中，每個像素部分11中的輸入電壓VIN通過第 一開關(guān)SW1連接至第二連接點22并通過第三開關(guān)SW3連接至第一連接 點21。此外，第一模擬斜坡信號ARMP1通過第一電容器Cl連接至笫一 連接點21,且第二模擬斜坡信號ARMP2通過第二電容器C2連接至第一 連接點21。另外，笫一連接點21和第二連接點2卩通過第四開關(guān)SWA彼 此連接，且第二連接點22和第三連接點23通過第三電容器C3彼此連 接。此外，第三連接點23連接到所述CMOS變換器31的輸入端且CMOS 變換器31的輸出端連接至所述鎖存部分14作為比較器輸出VCMP。所述 CMOS變換器31連接在高電位電源VDD的輸出端與一低電位電源VSS的輸出端之間。此外，比較器輸出VCMP的輸出端與第三連接點23通過第 二開關(guān)SW2彼此連接，且第一連接點21通過第四電容器C4連接至位于 CMOS變換器31與低電位電源VSS的輸出端之間的連接部分。亦即，在作為比較部分的比較器13中，輸入信號電壓VIN 的輸入端通過第三開關(guān)SW3連接到第一連接點21;第一模擬斜坡信號通 過第一電容器Cl連接到第一連接點21;第二模擬斜坡信號通過笫二電 容器C2連接到第一連接點21;笫一連接點21通過第四開關(guān)SW4與第三 電容器C3的串聯(lián)電路連接至CMOS變換器31的輸入端；并且CMOS變換 器31的輸出端連接至比較器輸出VCMP的輸出端，由此構(gòu)成采樣和比較 部分；此外，在比較器13中，輸入信號電壓VIN的輸入端通過第一開 關(guān)SW1連接至位于第四開關(guān)SW4和第三電容器C 3之間的第二連接點2 2; 第三電容器C3與所述CM0S變換器31輸入端的第三連接點23通過第二 開關(guān)SW2連接至CMOS變換器31的輸出端，由此構(gòu)成重置部分。此外， 在比較器13中，CMOS變換器31連接至所述低電位電源VSS的輸出端， 第 一連接點21通過第四電容器C4連接至所述低電位電源VSS的輸出端。 應(yīng)當(dāng)注意的是，圖3中的重置部分只是一個實例但它并不限制于在那里 示出的該重置部分。圖4為時序圖，示出了圖3中示出的比較器的示例性操作。 此外，圖4示出了開關(guān)SW1至SW4、來自像素部分11的輸入電壓VIN、 第 一模擬斜坡信號ARMP1和第二模擬斜坡信號ARMP2的累加電壓(V2 ), 以及比較器輸出VCMP的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)。如圖4所示，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SW1和第二開關(guān)SW2處于導(dǎo)通狀態(tài) 且第三開關(guān)SW3和第四開關(guān)SW4處于斷開狀態(tài)時，比較器l3首先處于 重置狀態(tài)。在該重置狀態(tài)期間，CMOS變換器31的輸入和輸出被重置為 相同的電壓，且來自像素部分11的輸入電壓VIN的重置電壓為電容器 C3充電。接著，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2和第四開關(guān)SW4處于 斷開狀態(tài)，且第三開關(guān)SW3處于導(dǎo)通狀態(tài)時，比較器13處于采樣狀態(tài)。 在該采樣狀態(tài)期間，像素部分11的輸入信號電壓VIN被提供給第一連 接點21并向第一電容器Cl、第二電容器C2和第四電容器C4充電。輸 入電壓VI等于輸入重置電壓減去輸入電壓VIN。
順序地，當(dāng)笫一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2和第三開關(guān)SW3處 于斷開狀態(tài)且只有第四開關(guān)SW4處于導(dǎo)通狀態(tài)時，比較器13處于比較 狀態(tài)。在該比較狀態(tài)期間，當(dāng)?shù)谝荒M斜坡信號ARMP1和第二模擬斜坡 信號ARMP2中的任一個或兩個處于固定(constant )斜度時，電壓電平 改變，且當(dāng)?shù)?一模擬斜坡信號ARMP1和第二模擬斜坡信號ARMP2的累加 電壓達(dá)到預(yù)定電壓V2時，所述比較器輸出VCMP從"1"變到"0"。此 時，對應(yīng)于所述才莫擬斜坡電壓ARMP的數(shù)字斜坡信號DRMP的數(shù)字值被存 儲在鎖存部分14中。增益G,為輸入電壓VI和電壓V2的比值，在比較器13中由
下述等式(1)至(4)根據(jù)第一電容器ci、第二電容器a與第三電容
器C3的電容的比來確定。
F2 = GxH 等式(1 )
G《1十C2 + C4)/C1 等式(2) 如果第一模擬斜坡信號ARMP1被改變的而第二模擬斜坡信號ARMP2 是固定的；
G = (C1 + C2 + C4)/C2 等式(3) 如果第一模擬斜坡信號ARMP1是固定的而第二模擬斜坡信號ARMP2 被改變；
G = (C1 + C2 + C4)/(C1 + C2) 等式(4) 如果第一模擬斜坡信號ARMP1和第二模擬斜坡信號ARMP2都被改變。
比較器13的比較器輸出VCMP連接至后面部分中的鎖存部分14，并 且它由CMOS變換器31轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并被用于操作鎖存部分14。在實施例2中，盡管兩個;t莫擬斜坡信號ARMP1和ARMPZ輸入 至比較器13中，但是另外的模擬斜坡信號可進(jìn)一步加到比較器13并通 過附加電容器連接至第一連接點21。所以，通過多個模擬斜坡信號可簡 單地增加增益組合的數(shù)目。在這種情況下，增益G,其作為輸入電壓VI與預(yù)定電壓V2 的比，在比較器13中由下列等式(1)和(2")至(4，，)根據(jù)第一電容 器C1、笫二電容器C2…笫n個電容器Cn、用于比較的電容C(在實施例1中為C3)與附加電容CT (在實施例4中為C4)的電容比來確定。
圖9為一方框圖，示出了使用根據(jù)本發(fā) 明的實施例1至3的圖像傳感器10作為圖像捕獲部分的電子信息設(shè)備 的示例性框圖結(jié)構(gòu)。
在圖9中，根據(jù)本發(fā)明的電子信息設(shè)備90包括以下中的至少任一 個存儲部分92 (例如記錄介質(zhì))，在對用于記錄的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行完預(yù) 定信號處理后，用于數(shù)據(jù)記錄通過使用上述根據(jù)本發(fā)明實施例1至3的 圖像傳感器10作為圖像捕獲部分所獲得的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)；顯示部分 93(例如液晶顯示設(shè)備)，在對用于顯示的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定信號處理 后，將該圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上(例如液晶顯示屏)；通信部分94
(例如發(fā)送和接收設(shè)備)，在對用于通信的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定信號處理 后，用于通信傳輸該圖像數(shù)據(jù)；以及圖像輸出部分95，用于印刷
(printing)(打字(type out))和輸出(打印出(printout))該 圖像數(shù)據(jù)。如上所述，通過使用優(yōu)選實施例1至3舉例說明了本發(fā)明。 然而本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)僅僅基于上述實施例1至3來理解。應(yīng)當(dāng)理解的是， 本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)只在權(quán)利要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行理解。還應(yīng)當(dāng)理解的 是，基于本發(fā)明的描述和在對本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例1至3描述的基 礎(chǔ)上獲得的普通知識，本領(lǐng)域技術(shù)人員可實施該技術(shù)的等同范圍。此外， 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明中引用的任何專利申請和參考在此以引用的方式并入 本文中，如同內(nèi)容^:專門描述的一樣。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，其中當(dāng)模擬圖像信 號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號并輸出該數(shù)字圖像時，可選擇增益；固態(tài)圖像 捕獲裝置，其使用該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器從而能夠捕獲來自對象的圖像光； 以及電子信息設(shè)備，如數(shù)字相機(jī)(亦即數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，靜拍數(shù)字相機(jī))、 圖像輸入掃描儀、傳真機(jī)、配備有相機(jī)的手機(jī)設(shè)備等等，使用該固態(tài)圖 像捕獲裝置作為圖像捕獲部分的圖像輸入設(shè)備，通過增益選擇信號和開關(guān)來改變模擬斜坡信號和固定電壓；亦即在不使用多個放大器作為每一 列的增益選擇部分的情況下，通過改變?nèi)遣ǖ膬A斜度來選擇增益。與 現(xiàn)有技術(shù)相比，由于不必設(shè)置多個放大器，所以芯片所占面積減小，電 能損耗下降。此外，利用構(gòu)成比較電路的電容器的電容比來控制增益的 精確度，從而降低了由生產(chǎn)公差所造成的影響。
在不偏離本發(fā)明的范圍及精神的情況下，多種其它的變形對于本領(lǐng)
域技術(shù)人員而言是顯而易見且容易實現(xiàn)的。因此，有關(guān)權(quán)利要求的保護(hù) 范圍不應(yīng)當(dāng)局限于此處所表達(dá)的描述，而應(yīng)被廣泛地解釋。
權(quán)利要求
1.一種模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，包括比較部分，用于比較輸入信號電壓與模擬斜坡電壓，模擬斜坡電壓中的電壓電平逐漸增加；以及鎖存部分，用于當(dāng)所述模擬斜坡電壓或?qū)?yīng)于所述模擬斜坡電壓的電壓與所述輸入信號電壓相等時存儲數(shù)字斜坡信號的數(shù)字值，數(shù)字斜坡信號中的電壓電平的數(shù)字值與所述模擬斜坡電壓同步地逐漸增加；其中多個模擬斜坡信號的部分或全部所累加的電壓被用作所述模擬斜坡電壓，從而進(jìn)行增益選擇。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生模擬 斜坡信號的模擬斜坡發(fā)生部分和用于產(chǎn)生數(shù)字斜坡信號的數(shù)字斜坡發(fā) 生部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括第一增益選擇 部分，用于將來自模擬斜坡發(fā)生部分的模擬斜坡信號的輸出分支成多個 輸出，以允許至少一個輸出^f皮切換為固定電壓輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述第一增益選擇部 分為增益選擇開關(guān)，通過第一增益選擇信號所述增益選擇開關(guān)在多個模 擬斜坡信號中的至少 一個和固定電壓之間切換，從而進(jìn)行增益選擇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述模擬斜坡發(fā)生部 分包括第二增益選擇部分，其用于改變所述模擬斜坡信號的傾斜度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中在所述比較部分中， 所述輸入信號電壓的輸入端通過第三開關(guān)連接至第 一連接點；第 一模擬 斜坡信號通過笫 一 電容器連接至第 一連接點；第二模擬斜坡信號通過第 二電容器連接至第一連接點…以及第n模擬斜坡信號通過第n電容器連 接至第一連接點(n為大于或等于2的整數(shù))；第一連接點通過第四開 關(guān)和比較電容器的串聯(lián)電路連接至CMOS變換器的輸入端；以及所述 CMOS變換器的輸出端連接至比較器輸出的輸出端，由此構(gòu)成采樣和比較 部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，在所述比較部分中， 輸入信號電壓的輸入端通過第一開關(guān)連接至位于第四開關(guān)和所述比較電容器之間的第二連接點，位于所述比較電容器與所述CMOS變換器的 輸入端之間的第三連接點通過第二開關(guān)連接至所述CMOS變換器的輸出 端，由此構(gòu)成重置部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中在所述比較部分中， 所述CMOS變換器連接在高電位電源與低電位電源的輸出端之間，且第 一連接點通過附加電容器連接至所述低電位電源的輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開 關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)且第三開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)時，所述比較部分 處于重置狀態(tài)并且所述CMOS變換器的輸入和輸出被重置為相等的電壓， 且輸入重置電壓向所述比較電容器充電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)?shù)谌_關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于采樣狀態(tài)且所 述輸入信號電壓向第一電容器、第二電容器…以及第n電容器充電；以 及輸入電壓VI為輸入重置電壓與所述輸入信號電壓的差，在重置期間， 所述輸入重置電壓向所述比較電容器充電；以及其中，當(dāng)?shù)谌_關(guān)處于斷開狀態(tài)且第四開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述 比較部分處于比較狀態(tài)，所述電壓電平改變時第一模擬斜坡信號、第二 模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號中的至少一個有固定的傾斜度，并 且在當(dāng)?shù)谝荒M斜坡信號、第二模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號的 累加電壓達(dá)到預(yù)定電壓V2時，所述比較輸出發(fā)生改變。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7或9的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)、第二開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)且第三開關(guān) 處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于釆樣狀態(tài)且所述輸入信號電壓向第 一電容器、第二電容器…和第n電容器充電；以及輸入電壓VI為輸入 重置電壓與所述輸入信號電壓的差，其中輸入重置電壓在重置期間向所 述比較電容器充電；其中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)、第二開關(guān)和笫三開關(guān)處于斷開狀態(tài)且第四開關(guān) 處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于比較狀態(tài)且電壓電平改變時第一模 擬斜坡信號和第二模擬斜坡信號中至少任一個有固定的傾斜度，并且在 當(dāng)?shù)?一模擬斜坡信號、第二模擬斜坡信號...和笫n模擬斜坡信號的累加 的電壓達(dá)到預(yù)定電壓V2時，所述比較輸出發(fā)生改變。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)且第三開關(guān)和第四開關(guān) 處于斷開狀態(tài)時，所述比較部分處于重置狀態(tài)；并且所述CMOS變換器 的輸入和輸出被重置為相等電壓；并且所述輸入重置電壓向所述比較電 容器充；其中當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)、第二開關(guān)和第四開關(guān)處于斷開狀態(tài)且第三開關(guān)處 于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于采樣狀態(tài)；并且所述輸入信號電壓向 第一電容器、第二電容器…笫n電容器和所述附加電容器充電，并且所 述輸入電壓VI為輸入重置電壓與輸入信號電壓的差；以及其中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)處于斷開狀態(tài)且第四開關(guān) 處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述比較部分處于比較狀態(tài)，并且所述電壓電平改變 時第一模擬斜坡信號、第二模擬斜坡信號…和第n模擬斜坡信號中的至 少一個有固定的傾斜度，并且在當(dāng)?shù)谝荒M斜坡信號、第二模擬斜坡信 號…和第n模擬斜坡信號的累加電壓達(dá)到預(yù)定電壓V2時，所述比較器 的輸出發(fā)生改變。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中作為輸入電壓VI 和預(yù)定電壓V2的比的增益G,在所述比較部分中這樣確定當(dāng)?shù)谝徊拍獢M 斜坡信號、第二模擬斜坡信號…第n模擬斜坡信號中的一個或多個模擬 斜坡信號被改變而其余的模擬斜坡信號固定的時候，用第一電容器、第 二電容器...第n電容器各電容的和除以與一個或多個^t擬斜坡信號相對 應(yīng)的各電容器的和。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，作為輸入電壓V1 與預(yù)定電壓V2的比的增益G,在比較部分中這樣確定當(dāng)?shù)谝荒M斜坡 信號、第二模擬斜坡信號...第n模擬斜坡信號中的一個或多個模擬斜坡 信號被改變而其余的模擬斜坡信號固定的時候，用第一電容器、第二電 容器...第n電容器各電容的和除以與一個或多個模擬斜坡信號相對應(yīng)的 各電容器的和。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中作為輸入電壓VI 與預(yù)定電壓V2的比的增益G,在比較部分中這樣確定當(dāng)?shù)谝荒M斜坡 信號、第二模擬斜坡信號…第n模擬斜坡信號中的一個或多個模擬斜坡 信號被改變而其余的模擬斜坡信號固定的時候，用第一電容器、第二電容器…第n電容器和附加電容各電容的和除以與 一個或多個模擬斜坡信 號相對應(yīng)的各電容器的和。
16. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3和5中任一個的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，在所述^^莫擬斜坡發(fā)生部分中，差分放大器的輸出端連接至沖莫擬斜坡發(fā)生輸出的輸出端，且所述模擬斜坡發(fā)生輸出的輸出端通過第七 電容器與第六開關(guān)的并聯(lián)電路連接至所述差分放大器的反相輸入端；其中所述差分放大器的同相輸入端連接至模擬接地點，且第六連接 點通過第五電容器連接至所述模擬接地點并通過第七開關(guān)與第六電容 器的串聯(lián)電路連接至所述;f莫擬接地點；以及其中第六連接點通過第五開關(guān)連接至所述差分放大器的反相輸入 端或連接至參考電壓的輸入端。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中附加串聯(lián)電路，其 與第七開關(guān)與第六電容器的串聯(lián)電路相同，被設(shè)置成這種方式，使得第 7 - 1開關(guān)和第6-1電容器的串聯(lián)電路…笫7 - m開關(guān)和第6 - m電容器 的串聯(lián)電路彼此并聯(lián)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，在所述模擬斜坡發(fā)生部分中，通過同步信號來控制第六開關(guān) 的打開和關(guān)閉，并且當(dāng)同步信號為"1"時，所述模擬斜坡發(fā)生輸出被 重置為0V電壓值；其中通過第二增益選擇信號來控制第七開關(guān)的打開和關(guān)閉，且當(dāng)?shù)?二增益選擇信號為"1"時，第五電容器與第六電容器并聯(lián)連接；其中，通過時鐘信號來開關(guān)控制笫五開關(guān)，當(dāng)同步信號為"0"且 第二增益選擇信號為"0"時，笫五電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至笫七電容器； 以及其中當(dāng)同步信號為"0"且所述第二增益選擇信號為"1"時，第五 電容器和笫六電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至第七電容器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，在所述模擬斜坡發(fā)生部分中，通過同步信號來控制第六開關(guān) 的打開和關(guān)閉，并且當(dāng)同步信號為"1"時，所述模擬斜坡發(fā)生輸出被 重置為0V電壓值；其中第二增益選擇信號配置有多個增益選擇信號，且通過多個增益選擇開關(guān)控制第7-m開關(guān)的打開和關(guān)閉，且對應(yīng)于多個增益選擇信號 中的增益選擇信號"1"的第6-n電容器中的一個或多個與第五電容器 并聯(lián)連接；其中，通過時鐘信號來開關(guān)控制笫五開關(guān)，且當(dāng)同步信號為"0" 且第二增益信號為"0"時，第五電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至第七電容器； 以及其中當(dāng)同步信號為"0"且多個增益選擇信號為"1"時，第6-m 電容器的一個或多個以及第五電容器的電荷被轉(zhuǎn)移至笫七電容器。
20. —種固態(tài)圖像捕獲裝置，包括排列成矩陣的多個像素部分，用于將入射光光電轉(zhuǎn)換成電子，并將 其輸出為輸入信號電壓；y軸解碼器，用于順序地選擇像素排列中的每一列； x軸解碼器，用于選擇像素排列中的每一行；以及 根據(jù)權(quán)利要求1的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
21. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1的所述;f莫擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器或根據(jù)權(quán)利 要求20的固態(tài)圖像捕獲裝置的電子信息設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供了模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、固態(tài)圖像捕獲裝置以及電子信息設(shè)備。所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括比較部分，用于比較輸入信號電壓與模擬斜坡電壓，其中的電壓電平逐漸增加；以及鎖存部分，用于當(dāng)所述模擬斜坡電壓或?qū)?yīng)于所述模擬斜坡電壓的電壓與所述輸入信號電壓相等時存儲數(shù)字斜坡信號的數(shù)字值，其中的電壓電平的數(shù)字值與所述模擬斜坡電壓同步逐漸增加。多個模擬斜坡信號的部分或全部所累加的電壓被用作所述模擬斜坡電壓，從而進(jìn)行增益選擇。
文檔編號H03M1/56GK101309084SQ200810099069
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者服部真司 申請人:夏普株式會社