高动态范围高速CMOS图像传感器设计.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114630064A(43)申请公布日2022.06.14(21)申请号202111080040.8(22)申请日2021.09.15(30)优先权数据17/121,4232020.12.14US(71)申请人豪威科技股份有限公司地址美国加利福尼亚州(72)发明人代铁军高哲傅玲(74)专利代理机构北京律盟知识产权代理有限责任公司11287专利代理师刘媛媛(51)Int.Cl.H04N5/3745(2011.01)H04N5/376(2011.01)H04N5/378(2011.01)H01L27/146(2006.01)权利要求书5页说明书11页附图8页(54)发明名称高动态范围高速CMOS图像传感器设计(57)摘要本申请案涉及高动态范围高速CMOS图像传感器设计。一种用于图像传感器的读出电路包含耦合到与像素阵列耦合的位线的第一采样及保持SH电路。第二SH电路耦合到所述位线。旁路开关耦合到所述位线、所述第一SH电路及所述第二SH电路。模/数转换器ADC耦合到所述旁路开关。所述旁路开关经配置以响应于开关选择信号通过所述位线，或通过所述第一SH电路或所述第二SH电路中的一者将来自所述像素阵列的图像电荷值提供到所述ADC。CN114630064ACN114630064A权利要求书1/5页1.一种用于图像传感器中的读出电路，其包括：第一采样及保持SH电路，其耦合到与像素阵列耦合的位线；第二SH电路，其耦合到所述位线；旁路开关，其耦合到所述位线、所述第一SH电路及所述第二SH电路；及模/数转换器ADC，其耦合到所述旁路开关，其中所述旁路开关经配置以响应于开关选择信号通过所述位线，或通过所述第一SH电路或所述第二SH电路中的一者将来自所述像素阵列的图像电荷值提供到所述ADC。2.根据权利要求1所述的读出电路，其中所述第一及第二SH电路中的每一者包括：启用晶体管，其耦合到所述位线；第一存储晶体管，其耦合到所述启用晶体管；第一存储装置，其耦合到所述第一存储晶体管；复位晶体管，其耦合在供应电压与所述第一存储晶体管之间；源极跟随器晶体管，其具有耦合到所述第一存储晶体管的栅极；及选择晶体管，其耦合在所述源极跟随器晶体管与所述旁路开关之间。3.根据权利要求2所述的读出电路，其中所述第一及第二SH电路中的每一者进一步包括：第二存储晶体管，其耦合到所述启用晶体管；及第二存储装置，其耦合到所述第一存储晶体管。4.根据权利要求2所述的读出电路，其中所述读出电路进一步包括耦合到所述第一SH电路的所述选择晶体管、所述第二SH电路的所述选择电路及所述旁路开关的采样及保持电流源。5.根据权利要求2所述的读出电路，其中所述ADC包括：比较器，其具有：第一输入，其电容性地耦合到旁路开关以响应于所述开关选择信号通过所述位线或所述第一SH电路或第二SH电路中的一者从所述像素阵列接收所述图像电荷值；及第二输入，其经电容性地耦合以接收斜坡信号；及计数器，其耦合到所述比较器的输出。6.根据权利要求5所述的读出电路，其中所述ADC进一步包括：第一自动调零开关，其耦合在所述比较器的所述第一输入与所述比较器的所述输出之间；第二自动调零开关，其耦合在所述比较器的所述第二输入与所述比较器的所述输出之间；及缓冲器，其耦合在所述比较器的所述输出与所述计数器之间。7.根据权利要求3所述的读出电路，其中所述旁路开关经配置以响应于所述开关选择信号在旁路周期期间将所述ADC耦合到所述位线，其中所述ADC经配置以在所述旁路周期期间在第一增益下对来自所述位线的大光电二极管LPD的复位图像电荷值执行第一模/数AD操作，且接着在所述第一增益下对来自所述位线的所述LPD的信号图像电荷值执行第二AD操作，其中所述第一SH电路经配置以在所述旁路周期期间在所述第一SH电路的所述第一存2CN114630064A权利要求书2/5页储装置中对来自所述位线的所述LPD的所述复位图像电荷值进行采样及保持，且接着在所述第一SH电路的所述第二存储装置中对来自所述位线的所述LPD的所述信号图像电荷值进行采样及保持。8.根据权利要求7所述的读出电路，其中所述旁路开关经配置以响应于所述开关选择信号在非旁路周期期间将所述ADC耦合到所述第一及第二SH电路。9.根据权利要求8所述的读出电路，其中所述ADC经配置以在所述非旁路周期期间在第二增益下对存储在所述第一SH电路的所述第一存储装置中的所述LPD的所述复位图像电荷值执行第三AD操作，且接着在所述第二增益下对存储在所述第一SH电路的所述第二存储装置中的所述LPD的所述信号图像电荷值执行第四AD操作，其中所述第二SH电路经配置以在所述第三AD操作期间在所述第二SH电路的所述第一存储装置中对来自所述位线的小光电二极管SPD的复位图