本發(fā)明大體來說涉及斜坡模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，且特定來說(而非排他性地)涉及在互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的讀出電路中所使用的那些斜坡模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：
圖像傳感器是普遍存在的。其廣泛用于數(shù)碼靜態(tài)相機、數(shù)碼攝像機、蜂窩式電話、安全攝像機、醫(yī)療裝置、汽車及其它應(yīng)用中。許多圖像傳感器具有受若干個因素限制的圖像質(zhì)量。此因素的一個實例為時間噪聲。舉例來說，時間噪聲(包含各種讀出噪聲及量化噪聲)可顯著限制圖像傳感器應(yīng)用的圖像質(zhì)量?？蓪嵤└鞣N方法來減少噪聲。用于減少時間噪聲的一個實例為放大襯底上的物理裝置面積。然而，在許多圖像傳感器中，在給定布局及大小約束的情況下，此通常并不可行。用于減少圖像傳感器中的時間噪聲的另一方法是借助具有噪聲整形的過取樣模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，例如借助∑-ΔADC。在又一方法中，借助積分器(例如，模擬多取樣)或在ADC之后(例如，數(shù)字多取樣)對具有固定數(shù)目個樣本的像素輸出的多個樣本取平均值。然而，常規(guī)多取樣通常伴隨有額外電路成本且多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換固有地變得比僅取樣一次的ADC慢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本申請所要解決的一個技術(shù)問題是如何在給定速率下獲得更好的信噪比(SNR)和更高的ADC分辨率或者在更快速率下獲得與傳統(tǒng)ADC相等的SNR。在一實施例中，本申請?zhí)峁┝艘环N用于產(chǎn)生數(shù)字信號的至少一個位的自適應(yīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述自適應(yīng)ADC包括：經(jīng)修改斜坡信號產(chǎn)生器，其經(jīng)耦合以接收斜坡信號并響應(yīng)于所述斜坡信號而產(chǎn)生經(jīng)修改斜坡信號；比較器，其經(jīng)耦合以將模擬輸入與所述經(jīng)修改斜坡信號進行比較；及控制電路，其經(jīng)耦合以控制所述經(jīng)修改斜坡信號產(chǎn)生器，使得針對所述斜坡信號的每一周期所述模擬輸入被轉(zhuǎn)換可變的M數(shù)目次，其中所述數(shù)目M取決于所述模擬輸入的量值，其中針對所述斜坡信號的每一周期所述經(jīng)修改斜坡信號包含M數(shù)目個完整周期。在此實施例中，斜坡ADC轉(zhuǎn)換小信號所用時間少于轉(zhuǎn)換較大信號所用時間。先前轉(zhuǎn)換一完成，所提出的ADC就開始新的轉(zhuǎn)換。對于給定的總時間，轉(zhuǎn)換(采樣)次數(shù)與信號幅度成反比。經(jīng)減少的量化噪聲等于更高的ADC分辨率，例如，10位斜坡ADC可充當(dāng)12位ADC，同時僅花費四分之一的轉(zhuǎn)換時間。在另一實施例中，本申請?zhí)峁┝艘环N用于產(chǎn)生數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的圖像傳感器，所述圖像傳感器包括：像素陣列，其包含布置成若干行及列以用于捕獲模擬圖像數(shù)據(jù)的多個像素單元；位線，其耦合到所述像素陣列的一列內(nèi)的所述像素中的至少一者；及讀出電路，其耦合到所述位線以從所述至少一個像素讀出所述模擬圖像數(shù)據(jù)，所述讀出電路包含用于產(chǎn)生所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的至少一個位的至少一個自適應(yīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述自適應(yīng)ADC包含：經(jīng)修改斜坡信號產(chǎn)生器，其經(jīng)耦合以接收斜坡信號并響應(yīng)于所述斜坡信號而產(chǎn)生經(jīng)修改斜坡信號；比較器，其經(jīng)耦合以將模擬輸入與所述經(jīng)修改斜坡信號進行比較；及控制電路，其經(jīng)耦合以控制所述經(jīng)修改斜坡信號產(chǎn)生器，使得針對所述斜坡信號的每一周期所述模擬輸入被轉(zhuǎn)換可變的M數(shù)目次，其中所述數(shù)目M取決于所述模擬輸入的量值，其中針對所述斜坡信號的每一周期所述經(jīng)修改斜坡信號包含M數(shù)目個完整周期。在此實施例中，針對每一像素所進行的采樣的數(shù)目自適應(yīng)于其信號電平。小信號被采樣更多次，其中小信號意味著較暗的圖像而大信號則意味著較亮的圖像。因此，總的讀取和量化噪聲得以降低。在又一實施例中，本申請?zhí)峁┝艘环N借助自適應(yīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括：接收斜坡信號并響應(yīng)于所述斜坡信號而產(chǎn)生經(jīng)修改斜坡信號；在所述自適應(yīng)ADC的比較器的輸入處接收模擬圖像數(shù)據(jù)，其中所述比較器經(jīng)耦合以將所述模擬圖像數(shù)據(jù)與所述經(jīng)修改斜坡信號進行比較；及控制所述經(jīng)修改斜坡信號產(chǎn)生器，使得針對所述斜坡信號的每一周期所述模擬圖像數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換可變的M數(shù)目次，其中所述數(shù)目M取決于所述模擬圖像數(shù)據(jù)的量值，其中產(chǎn)生所述經(jīng)修改斜坡信號包括將所述經(jīng)修改斜坡信號產(chǎn)生為針對所述斜坡信號的每一周期包含M數(shù)目個完整周期。為了降低噪聲，每一像素輸出被多次轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換的次數(shù)自適應(yīng)于輸入信號的幅度，其中小信號被轉(zhuǎn)換較多次而大信號則被轉(zhuǎn)換較少次。附圖說明可通過參考以下描述及用于圖解說明實施例的附圖來理解本發(fā)明。在圖式中：圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例具有多個自適應(yīng)ADC的圖像傳感器的框圖。圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的實例性自適應(yīng)ADC的框圖。圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例利用全局計數(shù)器的實例性自適應(yīng)ADC的框圖。圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的實例性自適應(yīng)ADC的框圖。圖5A及5B是圖解說明圖4的自適應(yīng)ADC的各種波形的時序圖。圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例使用自適應(yīng)ADC的實例性模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程的流程圖。具體實施方式在以下描述中，闡述眾多特定細(xì)節(jié)，例如特定讀出電路、電壓斜坡信號、校準(zhǔn)電路操作次序等。然而，應(yīng)理解，可在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實踐實施例。在其它例子中，為了不使對本描述的理解模糊，未詳細(xì)展示眾所周知的電路、結(jié)構(gòu)及技術(shù)。圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例具有多個自適應(yīng)ADC118的圖像傳感器100的框圖。圖像傳感器100包含像素陣列110、控制電路120、讀出電路130及任選數(shù)字處理邏輯150。為使圖解說明簡明起見，像素陣列110的所圖解說明實施例僅展示各自具有四個像素單元114的兩個列112。然而，應(yīng)了解，實際圖像傳感器通常包含從數(shù)百到數(shù)千個列，且每一列通常包含從數(shù)百到數(shù)千個像素。此外，所圖解說明的像素陣列110為規(guī)則形狀的(例如，每一列112具有相同數(shù)目個像素)，但在其它實施例中，所述陣列可具有不同于所展示布置的規(guī)則或不規(guī)則的布置且可包含比所展示布置多或少的像素、行及列。此外，在不同實施例中，像素陣列110可為包含經(jīng)設(shè)計以在光譜的可見部分中捕獲圖像的紅色、綠色及藍(lán)色像素(或其它色彩型式)的彩色圖像傳感器或可為黑白圖像傳感器及/或經(jīng)設(shè)計以在光譜的不可見部分(例如紅外或紫外)中捕獲圖像的圖像傳感器。在一個實施例中，圖像傳感器100為互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。在使用期間，在像素單元114已獲取其圖像數(shù)據(jù)或電荷之后，可經(jīng)由列讀出線或位線116將模擬圖像數(shù)據(jù)(例如，模擬信號)或電荷從所述像素單元讀出到讀出電路130。經(jīng)由位線116一次一個像素地將來自每一列112的像素單元114的模擬圖像數(shù)據(jù)讀出到讀出電路130且接著將其轉(zhuǎn)移到自適應(yīng)ADC118。在一個實施例中，使用相關(guān)雙取樣(“CDS”)來實施逐行讀出。在從像素陣列110中的一行像素讀出圖像數(shù)據(jù)之前，對選定行中的每一像素進行復(fù)位。復(fù)位可包含將浮動擴散區(qū)充電或放電到預(yù)定電壓電位，例如VDD。CDS需要每個像素向讀出電路130提供兩個讀出：復(fù)位讀取及圖像信號讀取。復(fù)位讀取經(jīng)執(zhí)行以測量不具有圖像電荷的浮動擴散區(qū)處的電壓電位。圖像信號讀取經(jīng)執(zhí)行以在將圖像電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)之后測量具有圖像電荷的浮動擴散區(qū)處的電壓電位。從圖像信號讀取測量值減去復(fù)位讀取測量值，會產(chǎn)生減小的噪聲值，所述噪聲值指示浮動擴散區(qū)處的圖像電荷。在一個實施例中，CDS為模擬CDS，其中從圖像信號讀取減去復(fù)位測量值是在模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前在模擬域中進行的。在另一實施例中，CDS為數(shù)字的，其中經(jīng)由自適應(yīng)ADC118轉(zhuǎn)換復(fù)位讀取測量值及圖像信號讀取測量值中的每一者并將其存儲于存儲器中。接著，可在數(shù)字域中進行兩個值的減法以得出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。自適應(yīng)ADC118為多轉(zhuǎn)換斜坡ADC，其中多次轉(zhuǎn)換從像素輸出的每一模擬圖像數(shù)據(jù)。然而，如上所述，ADC118為自適應(yīng)的。因此，針對每一像素所進行的轉(zhuǎn)換的數(shù)目取決于其信號電平。在一個實施例中，較暗信號比較亮信號更多次地被轉(zhuǎn)換。通常，隨著信號電平增加，散粒噪聲逐漸變?yōu)樾盘柕闹湓肼暦至俊６鄠€轉(zhuǎn)換可能并不減少散粒噪聲，因為其在所有轉(zhuǎn)換中為相關(guān)的。因此，在大信號電平下，多取樣的益處縮減。因此，本發(fā)明的實施例按模擬圖像數(shù)據(jù)的量值來調(diào)適轉(zhuǎn)換的數(shù)目。在斜坡ADC中，小信號通常比大信號更快地完成其轉(zhuǎn)換。因此，在斜坡信號的同一周期期間，一旦針對先前轉(zhuǎn)換確定了輸出，自適應(yīng)ADC118便開始新的轉(zhuǎn)換。如果信號電平小于斜坡信號的全擺幅的一半，那么將完成一個以上轉(zhuǎn)換。信號越小，信號將被自適應(yīng)ADC118轉(zhuǎn)換的次數(shù)就越多。如果最后的...