專利名稱：影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像傳感器，尤其涉及一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置與取樣方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體與光電技術(shù)的進(jìn)步，目前有越來(lái)越多的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼監(jiān)視器或數(shù)碼攝像機(jī)等充斥在生活當(dāng)中。數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼監(jiān)視器或數(shù)碼攝像機(jī)等攝像裝置需要感光元件將所感測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出以供后端的影像處理來(lái)使用。一般而言，感光元件多半是電荷稱合元件(charge coupled device,CCD)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體影像傳感元件(CMOS image sensor),其中(XD的影像品質(zhì)又比CMOS影像傳感元件的攝像裝置來(lái)得佳。目前已有幾種相關(guān)影像傳感元件的技術(shù)被提出。舉例而言，美國(guó)專利號(hào)7，091，466揭示一種影像傳感電路，其能使后端電路一次讀取多個(gè)感光元件的電信號(hào)，以增強(qiáng)電信號(hào)的強(qiáng)度，從而使后端電路更容易傳感到電信號(hào)。然而，此種作法需要額外的電路才能達(dá)到上述功效，故會(huì)增加裝置的體積與制作成本。此外，上述影像傳感電路的抗熱噪聲(thermalnosie)的能力也較差，且由于其后端電路所讀取到的電信號(hào)也非線性信號(hào)，故在讀取上容易受到噪聲影響，且當(dāng)需要做一次讀取多個(gè)感光元件時(shí)，無(wú)法線性相加。另外，美國(guó)專利號(hào)5，898，168則是揭示一種影像傳感電路，其利用后端電路讀取感光元件依據(jù)光信號(hào)所產(chǎn)生的電壓值。然而，當(dāng)光信號(hào)太弱而造成電壓值不夠高時(shí)，影像傳感電路的后端電路容易發(fā)生誤讀的現(xiàn)象。除此之外，由于上述影像傳感裝置是提供電壓值給后端電路，故在電路的實(shí)作上也難以利用一次讀取多個(gè)電壓值的方式，使后端電路傳感較強(qiáng)的電信號(hào)以達(dá)到改善上述的誤讀效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其有良好的信號(hào)噪聲比(signal-to-noise ratio, SNR)。本發(fā)明提供一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其有良好的信號(hào)噪聲比。本發(fā)明提出一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其耦接至多個(gè)沿一第一方向排列的感光像素。影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置包括一穩(wěn)壓器以及一取樣電路。穩(wěn)壓器提供一第一電壓給感光像素，以使感光像素的至少其一依據(jù)第一電壓提供一第一線性電流與一第二線性電流。取樣電路稱接于一第二電壓與穩(wěn)壓器之間。取樣電路包括一第一取樣單元與一第二取樣單元，以分別于一第一期間與一第二期間接收第一線性電流與第二線性電流，并對(duì)應(yīng)輸出一第一取樣信號(hào)與一第二取樣信號(hào)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各個(gè)感光像素包括一第一晶體管，且第一電壓使第一晶體管的操作區(qū)間維持在一線性區(qū)以使第一晶體管提供第一線性電流與第二線性電流給取樣電路。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的取樣電路還包括一第一開(kāi)關(guān)。第一開(kāi)關(guān)與第一取樣單元以及第二取樣單元并聯(lián)耦接，且第一開(kāi)關(guān)于一預(yù)備期間導(dǎo)通，并于第一期間與第二期間斷路，其中預(yù)備期間在第一期間之前。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第一取樣單元包括一第一電容與一第二開(kāi)關(guān)，且第二開(kāi)關(guān)稱接于第一電容與穩(wěn)壓器之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第二開(kāi)關(guān)于預(yù)備期間與第一期間導(dǎo)通，且于第二期間斷路。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第一開(kāi)關(guān)與第二開(kāi)關(guān)于一第三期間斷路，且第三期間位于第一期間與第二期間之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第二取樣單元包括一第二電容與一第三開(kāi)關(guān)，且第三開(kāi)關(guān)耦接于第二電容與穩(wěn)壓器之間。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第三開(kāi)關(guān)于第一期間斷路，且于預(yù)備期間與第二期間導(dǎo)通。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第一開(kāi)關(guān)與第三開(kāi)關(guān)于一第三期間斷路，且第三期間位于第一期間與第二期間之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的穩(wěn)壓器包括一放大器以及一第二晶體管。放大器具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端。第二晶體管具有一第一端、一第二端與一第三端，其中第一端耦接第二輸入端，第二端耦接取樣電路，且第三端耦接該輸出端。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置還包括一讀取電路。讀取電路耦接取樣電路，并接收與比較第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的感光像素依據(jù)一控制信號(hào)決定是否于第一期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第一線性電流以及于第二期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第二線性電流給取樣電路。除此之外，本發(fā)明還提出一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其包括以下步驟。首先，提供一第一電壓給一多個(gè)沿一第一方向排列的感光像素，以使感光像素的至少其一依據(jù)第一電壓提供一第一線性電流與一第二線性電流。接著，分別于一第一期間與一第二期間接收第一線性電流與第二線性電流，并對(duì)應(yīng)輸出一第一取樣信號(hào)與一第二取樣信號(hào)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各個(gè)感光像素包括一第一晶體管，且使感光像素的至少其一提供第一線性電流與第二線性電流的方法是藉由使對(duì)應(yīng)的第一晶體管的操作區(qū)間維持在一線性區(qū)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法還包括于一預(yù)備期間導(dǎo)通一第一開(kāi)關(guān)、一第二開(kāi)關(guān)與一第三開(kāi)關(guān)以及于第一期間與第二期間使第一開(kāi)關(guān)斷路。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中于第一期間接收第一線性電流的方法是藉由于第一期間導(dǎo)通第二開(kāi)關(guān)，并使第三開(kāi)關(guān)斷路。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中于第二期間接收第二線性電流的方法是藉由于第二期間導(dǎo)通第三開(kāi)關(guān)，并使第二開(kāi)關(guān)斷路。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法還包括于一第三期間使第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)與第三開(kāi)關(guān)斷路，其中第三期間位于第一期間與第二期間之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法還包括接收第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)以進(jìn)行讀取。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的感光像素依據(jù)一控制信號(hào)決定是否于第一期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第一線性電流，以及于第二期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第二線性電流。另外，本發(fā)明還提出一種影像傳感器，其包括如前述所述的影像傳感器的相關(guān)雙
重取樣裝置。基于上述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置及其方法是藉由于兩固定期間內(nèi)分別對(duì)第一線性電流與第二線性電流做積分以獲得第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)，故 第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)較不易受到暫態(tài)噪聲的干擾，從而能提供良好的信號(hào)噪聲比。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖I為本發(fā)明一實(shí)施例的影像傳感器的示意圖。圖2為圖I的取樣裝置的電路示意圖。圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法的流程示意圖。圖4為圖3的相關(guān)雙重取樣方法的詳細(xì)流程示意圖。附圖標(biāo)記1000 :影像傳感器1100:取樣裝置1200 :光傳感面1110:穩(wěn)壓器1120:取樣電路1130:讀取電路1122、1124 :取樣單元1210、1210a 1210b :感光像素Ckst、Csgn :電容Sffl SW3 :開(kāi)關(guān)II、12:線性電流SI、S2:取樣信號(hào)VD、VDD、VKST :電壓A :放大器IP1、IP2:輸入端OP :輸出端El :第一端E2 :第二端E3 :第三端PD:光電二極管FN :端點(diǎn)Mcl、Msfi MSFi+1、MSEi MSKi+1、MESTi MKSTi+1、Mm MTXi+1 :晶體管 RSTi RSTi+1、ROffSELi ROWSELi+1、TXi TXi+1 :信號(hào)線 SllO S120、S210 S280 :步驟
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明一實(shí)施例的影像傳感器1000的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，影像傳感器1000包括取樣裝置1100與光傳感面1200，其中取樣裝置1100例如為相關(guān)雙重取樣裝置(correlated double sample device, CDS device)。如圖 I 所不，光傳感面 1200 配置有多個(gè)沿X方向排列的感光像素1210，其中第一方向例如為X方向。另外，沿第一方向排列的感光像素1210彼此串聯(lián)耦接形成感光像素串，且取樣裝置1100耦接至這些沿X方向排列的感光像素1210。而每串感光像素1210皆有一個(gè)對(duì)應(yīng)的取樣裝置1100。進(jìn)一步而言，當(dāng)沿X方向排列的感光像素串共有五個(gè)，則會(huì)有五個(gè)分別對(duì)應(yīng)該些感光像素串的取樣裝置1100,而本實(shí)施例僅不意地各不出一個(gè)。另一方面,本實(shí)施例的感光像素1210包括光電二極管(photo diode)PD，其適于將感測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳送給取樣裝置1100，以供取樣裝置1100判斷感光像素1210的所感測(cè)到的光強(qiáng)度。 請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)DI，取樣裝置1100包括穩(wěn)壓器1110以及取樣電路1120。穩(wěn)壓器1110提供電壓Vd給感光像素1210，以使感光像素1210的至少其一依據(jù)電壓Vd提供線性電流Il與線性電流12，其中線性電流II、12的大小與光電二極管ro所傳感到的光強(qiáng)度有關(guān)。另外，取樣電路1120耦接于電壓Vdd與穩(wěn)壓器1110之間，且取樣電路1120包括取樣單元1122與取樣單元1124。取樣單元1122與取樣單元1124分別于期間Tl與期間T2接收線性電流Il與線性電流12，并對(duì)應(yīng)輸出取樣信號(hào)SI與取樣信號(hào)S2。除此之外，每一感光像素1210包括第一晶體管(例如晶體管MSFi或MSFi+1)，且電壓Vd使第一晶體管的操作區(qū)間維持在線性區(qū)(linear region)或三極區(qū)(triode region),以使第一晶體管能提供線性電流11與線性電流12給取樣電路1120。進(jìn)一步而言，在本實(shí)施例中，穩(wěn)壓器1110所提供的電壓Vd是設(shè)計(jì)在小于或等于(Vffl-Vth)的范圍，其中Vfn為端點(diǎn)FN的電壓，而Vth為第一晶體管(例如晶體管MSFi或MSFi+1)的臨界電壓(threshold voltage)。當(dāng)晶體管MSFi或MSFi+1的操作區(qū)間維持在線性區(qū)時(shí)，由晶體管MSFi或MSFi+1的汲極端所流出的電流會(huì)和電壓呈線性關(guān)系，從而形成上述的線性電流Il與線性電流12。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)DI，本實(shí)施例的取樣電路1120還包括開(kāi)關(guān)SWl。開(kāi)關(guān)SWl、取樣單元1122與取樣單元1124彼此并聯(lián)耦接。開(kāi)關(guān)SWl于預(yù)備期間TO導(dǎo)通，并于期間Tl與期間T2斷路，其中預(yù)備期間TO在期間Tl之前。另外，本實(shí)施例的取樣裝置1100還包括讀取電路1130，且讀取電路1130耦接取樣電路1120，并接收取樣信號(hào)SI與取樣信號(hào)S2，以判斷感光像素1210所感測(cè)的光強(qiáng)度。在本實(shí)施例中，讀取電路1130例如為模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(analogto digital converter, ADC),且取樣信號(hào)SI、S2例如為電壓信號(hào)。圖2為圖I的取樣裝置1100的電路示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2，穩(wěn)壓器1110包括放大器A與晶體管Ma。放大器A具有輸入端IPl、輸入端IP2與輸出端0P，其中輸入端IPl例如為正輸入端，且輸入端IP2例如為負(fù)輸入端。另外，晶體管Ma具有第一端E1、第二端E2與第三端E3，其中第一端E1、第二端E2與第三端E3例如分別為晶體管Ma的源極、汲極與閘極。如圖2所示，晶體管Ma的第一端El耦接放大器A的輸入端IP2，第二端E2耦接取樣電路1120，且第三端E3耦接放大器A的輸出端0P。在本實(shí)施例中，放大器A的輸入端IPl適于接收電壓VD，且輸入端IPl的電壓Vd會(huì)被耦合至晶體管Ma的第一端E1，以使圖I的第一晶體管(例如晶體管MSFi或MSFi+1)的操作區(qū)間維持在線性區(qū)。另一方面，取樣單元1122包括電容Ckst與開(kāi)關(guān)SW2，且開(kāi)關(guān)SW2耦接于電容Ckst與穩(wěn)壓器1110之間。取樣單元1124包括電容Csra與開(kāi)關(guān)SW3，且開(kāi)關(guān)SW3耦接于電容Csra與穩(wěn)壓器1110之間。以下將針對(duì)本實(shí)施例的取樣裝置1100的操作方式作進(jìn)一步介紹。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)DI與圖2，當(dāng)取樣裝置1100要檢測(cè)感光像素1210a的光信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，取樣裝置1100的開(kāi)關(guān)SWl SW3會(huì)于預(yù)備期間TO先導(dǎo)通，以將電容Ckst與電容Csffl的殘余電荷釋放干凈。接著，取樣裝置1100開(kāi)始對(duì)感光像素1210a進(jìn)行取樣的動(dòng)作。進(jìn)一步而言，取樣裝置1100會(huì)于期間Tl先獲取感光像素1210a的背景信號(hào)(即線性電流II)，再于期間T2獲取感光像素1210a的數(shù)據(jù)信號(hào)(即線性電流12)。其中背景信號(hào)為感光像素1210a在一般情況下所產(chǎn)生的信號(hào)，其用以作為基線(base line)，而數(shù)據(jù)信號(hào)主要為光電二極管因接收光信號(hào)而產(chǎn)生的電信號(hào)。詳細(xì)而言，于期間Tl，圖2的取樣電路1120的開(kāi)關(guān)SW1、SW3形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW2形成導(dǎo)通。此時(shí)，圖I的信號(hào)線TXi例如為邏輯低準(zhǔn)位，以關(guān)閉晶體管MTXi。信號(hào)線RSTi例 如為邏輯高準(zhǔn)位，以導(dǎo)通晶體管MKSTi，使端點(diǎn)FN的電壓提升至VKST。另外，信號(hào)線ROWSELi例如為邏輯高準(zhǔn)位，以導(dǎo)通晶體管MSKi，從而使背景信號(hào)(即線性電流II)通過(guò)MSFi與Mssi傳遞至取樣單元1122。應(yīng)注意的是，穩(wěn)壓器1110所提供的電壓Vd會(huì)使晶體管MSFi的操作區(qū)間維持在線性區(qū)，且圖2的電容Ckst會(huì)于期間Tl對(duì)線性電流Il進(jìn)行積分，故當(dāng)時(shí)間經(jīng)過(guò)期間Tl后，取樣單元1122的電容Ckst所獲取到的電壓可用下列式子表示Vest sample — ^ J1sf[ (VEST~Vth) VD~VD /2] X T1/Cest(I)其中Vkst SAMM為電容Ckst的電壓(即重設(shè)(reset)取樣電壓)，3 BF為第一晶體管(例如晶體管MSFi)的電流增益，Vest為期間Tl的第一晶體管的閘極電壓(即端點(diǎn)FN的電壓)，Vth為第一晶體管的臨界電壓。由式子⑴可知，重設(shè)取樣電壓VKST—SAmE與閘極電壓Vkst呈一線性關(guān)系，至此，取樣電路1120便完成背景信號(hào)的取樣，其中圖2的重設(shè)取樣電壓VlffiT—MMPLE相當(dāng)于圖1的取樣信號(hào)SI。接著，取樣電路1120會(huì)輸出取樣信號(hào)SI給后端的讀取電路1130。應(yīng)注意的是，由于本實(shí)施例是藉由于固定的時(shí)間(即期間Tl)內(nèi)以積分的方式取得取樣信號(hào)SI，故所得到的取樣信號(hào)SI較不易受暫態(tài)噪聲的影響，而能使取樣裝置1100 有較好的信號(hào)噪聲比(signal-to-noise ratio, SNR)。繼之，于期間Tl’，取樣電路1120的開(kāi)關(guān)SWl SW3形成斷路。此時(shí)，信號(hào)線RSTi與ROWSELi例如為邏輯低準(zhǔn)位，以關(guān)閉晶體管MKSTi與塢!《，且信號(hào)線TXi例如為邏輯高準(zhǔn)位，以開(kāi)啟晶體管Mm，使光電二極管ro因接收光信號(hào)所產(chǎn)生的電信號(hào)能通過(guò)晶體管Mm傳遞至端點(diǎn)FN，其中端點(diǎn)FN的電壓大小會(huì)正比于光信號(hào)的強(qiáng)度。接著，于期間T2，圖2的取樣電路1120的開(kāi)關(guān)SW1、SW2形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW3形成導(dǎo)通。此時(shí)，信號(hào)線RSTi與TXi例如為邏輯低準(zhǔn)位，以關(guān)閉晶體管MKSTi與吣^，且信號(hào)線ROffSELi例如為邏輯高準(zhǔn)位，以開(kāi)啟晶體管MSKi。此時(shí)端點(diǎn)FN的電壓便會(huì)將晶體管MSFi開(kāi)啟，從而使得數(shù)據(jù)信號(hào)(即線性電流12)通過(guò)晶體管MSFi與M—傳遞至取樣單元1124。類似地，穩(wěn)壓器1110所提供的電壓Vd會(huì)使晶體管MSFi的操作區(qū)間維持在線性區(qū)，且電容CseN會(huì)于期間T2對(duì)線性電流12做積分，故當(dāng)經(jīng)過(guò)期間T2時(shí)，取樣單元1124的電容Csra所獲取到的電壓可用下列式子表示VSGN_SAMPLE — ^ J1sf [ (VSGN-Vth) VD~VD /2] X T1/CSGN (2)
其中VSffl—SA_為電容CseN的電壓(即信號(hào)取樣電壓)，@MSF為第一晶體管(例如晶體管MSFi)的電流增益，Vsra為期間T2第一晶體管的閘極電壓(即端點(diǎn)FN的電壓)，Vth為第一晶體管的臨界電壓。由式子⑵可知，信號(hào)取樣電壓^,—SA_與閘極電壓Vsra呈一線性關(guān)系。至此，取樣電路1120便完成數(shù)據(jù)信號(hào)的取樣，其中圖2的信號(hào)取樣電壓VS(；N SAMaE相當(dāng)于圖I的取樣信號(hào)S2。接著，取樣電路1120輸出取樣信號(hào)S2給讀取電路1130。類似地，由于本實(shí)施例是藉由于固定的時(shí)間(即期間T2)內(nèi)以積分的方式取得取樣信號(hào)S2，故所得到的取樣信號(hào)S2較不易受暫態(tài)噪聲的影響，而能使取樣裝置1100有較好的信號(hào)噪聲比。由上述可知，在本實(shí)施例中，取樣裝置1100在整個(gè)操作過(guò)程共進(jìn)行了兩次取樣，其分別為對(duì)背景信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行取樣。亦即，本實(shí)施例的取樣裝置1100所執(zhí)行的取樣方式為雙重取樣(double sample)。接著，將上述的式子⑴與式子⑵相減，并假設(shè)Ckst = Csgn = Csample便可獲得一 相關(guān)雙重取樣(corrected double sample, CDS)的式子如下IVRST—SAMPLE_VSGN—SAMPLEI — [1/2 3 MSF (VRST_VSGN) VD_VD ] X T1/Csample (3)其中上述的相減動(dòng)作例如是藉由讀取電路1130來(lái)執(zhí)行。由于重設(shè)取樣電壓VkstSAMPLE (即取樣信號(hào)SI)與信號(hào)取樣電壓VS(N—SA_(即樣信號(hào)S2)相分別為背景信號(hào)(線性電流II)與數(shù)據(jù)信號(hào)(線性電流12)的積分值，且數(shù)據(jù)信號(hào)又正比于光信號(hào)強(qiáng)度，故由式子
(3)可知，本實(shí)施例的讀取電路1130能夠依據(jù)重設(shè)取樣電壓
VrST—SAMPLE 與信號(hào)取樣電壓SAH>LE的差值來(lái)判斷感光像素1210a所傳感到的光信號(hào)強(qiáng)度。除此之外，由于本實(shí)施例是藉由比較背景信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)判斷光信號(hào)的強(qiáng)度，故能消除環(huán)境因素造成的噪聲，從而可以減少讀取電路1130的誤讀現(xiàn)象。除此之外，在本實(shí)施例中還提供像素合并(binning)的功能。亦即，把相鄰的兩或多個(gè)感光像素值合并成一個(gè)像素值，以提高影像傳感器1000的感光靈敏度。如圖I所示，在本實(shí)施例中，感光像素1210的至少其二(例如感光像素1210a、1210b)還可依據(jù)控制信號(hào)決定是否于期間Tl同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的線性電流II，以及于期間T2同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的線性電流12給取樣電路1100。其中控制信號(hào)例如由使用者所下達(dá)或依據(jù)先前數(shù)據(jù)狀態(tài)所產(chǎn)生。換句話說(shuō)，本實(shí)施例的取樣電路1120可同時(shí)讀取相鄰感光像素1210a、1210b的電信號(hào)，以使取樣電路1120獲取到較強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度。如此一來(lái)，即便在光信號(hào)強(qiáng)度不足時(shí)，讀取電路1130依舊能判斷出感光像素1210于該時(shí)刻所接收光信號(hào)的強(qiáng)度。詳細(xì)而言，在使用者下達(dá)像素合并的指令后，于期間Tl時(shí)，取樣電路1120的開(kāi)關(guān)SffUSW3形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW2形成導(dǎo)通。此時(shí)，圖I的信號(hào)線TXi TXi+1例如為邏輯低準(zhǔn)位，以關(guān)閉晶體管Mm MTXi+1。信號(hào)線RSTi RSTi+1例如為邏輯高準(zhǔn)位，以導(dǎo)通晶體管1 MKSTi+1，使感光像素1210a 1210b的端點(diǎn)FN的電壓皆提升至VKST。另外，信號(hào)線ROffSELi ROWSELi+1例如為邏輯高準(zhǔn)位，以導(dǎo)通晶體管Mssi MSKi+1，從而使背景信號(hào)(即兩線性電流II)通過(guò)MSFi MSFi+1與MSKi MSKi+1傳遞至取樣單元1122。類似地，穩(wěn)壓器1110所提供的電壓Vd會(huì)使晶體管MSFi的操作區(qū)間維持在線性區(qū)，且電容Ckst會(huì)于期間Tl對(duì)線性電流Il做積分，故當(dāng)經(jīng)過(guò)期間Tl時(shí)，取樣單元1122的電容Ckst所獲取到的電壓亦類似式子(I)。應(yīng)注意的是，由于此時(shí)取樣單元1122是接收兩個(gè)線性電流Il以產(chǎn)生取樣信號(hào)SI，故此時(shí)取樣信號(hào)SI的強(qiáng)度會(huì)較強(qiáng)，從而能提升影像傳感器1000的感光敏銳度。除此之外，類似地，由于上述方法是藉由于固定的時(shí)間(期間Tl)內(nèi)以積分的方式取得取樣信號(hào)SI，故所得到的取樣信號(hào)Si較不易受暫態(tài)噪聲的影響，而能使取樣裝置1100有較好的信號(hào)噪聲比。繼之，于期間Tl’，取樣電路1120的開(kāi)關(guān)SWl SW3形成斷路。此時(shí)，信號(hào)線RSTi RSTi+1與ROWSELi ROWSELi+1例如為邏輯低準(zhǔn)位，以關(guān)閉晶體管MKSTi MKSTi+1與Mssi MSKi+1，且信號(hào)線TXi TXi+1例如為邏輯高準(zhǔn)位，以開(kāi)啟晶體管Mm MTXi+1，使兩光電二極管因接收光信號(hào)所產(chǎn)生的電信號(hào)，能通過(guò)晶體管Mm MTXi+1傳遞至端點(diǎn)FN，其中端點(diǎn)FN的電壓大小會(huì)正比于光信號(hào)的強(qiáng)度。接著，于期間T2，取樣電路1120的開(kāi)關(guān)SW1、SW2形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW3形成導(dǎo)通。此時(shí)，信號(hào)線RSTi RSTi+1與TXi TXi+1例如為邏輯低準(zhǔn)位，以關(guān)閉晶體管^ Mkstw與Mm MTXi+1，且信號(hào)線ROWSELi ROWSELi+1例如為邏輯高準(zhǔn)位，以開(kāi)啟晶體管MSKi MSKi+1。此時(shí)端點(diǎn)FN的電壓便會(huì)將晶體管MSFi MSFi+1，從而使得數(shù)據(jù)信號(hào)(即兩線性電流12)通過(guò)晶體管MSFi MSFi+1與MKSTi MKSTi+1傳遞至取樣單元1124。類似地，穩(wěn)壓器1110所提供的電壓Vd會(huì)使晶體管MSFi MSFi+1的操作區(qū)間維持在線性區(qū)，且電容C-會(huì)于期間T2對(duì) 線性電流12做積分，故當(dāng)經(jīng)過(guò)期間T2時(shí)，取樣單元1124的電容CS(；N所獲取到的電壓可表示為類似式子(2)。應(yīng)注意的是，由于此時(shí)取樣單元1124是接收兩個(gè)線性電流12以產(chǎn)生取樣信號(hào)S2，故此時(shí)取樣信號(hào)S2的強(qiáng)度會(huì)較強(qiáng)，從而能提升影像傳感器1000的感光敏銳度。類似地，由于上述方法是藉由于固定的時(shí)間(期間T2)內(nèi)以積分的方式取得取樣信號(hào)S2，故所得到的取樣信號(hào)S2較不易受暫態(tài)噪聲的影響，而能使取樣裝置1100有較好的信號(hào)噪聲比。應(yīng)注意的是，本實(shí)施例的晶體管Ma、MSFi MSFi+1、MSKi MSKi+1、MKSTi MKSTi+1、MTXi MTXi+1例如為N型金氧半導(dǎo)體(NMOS)，然而在其他實(shí)施例中，晶體管Ma、Mspi MSFi+1、MSEi MSEi+1>MESTi MKSTi+1、Mm MTXi+1，亦可為P型金氧半導(dǎo)體(PMOS)，且各信號(hào)線的邏輯準(zhǔn)位亦可依據(jù)晶體管的類型作調(diào)整，本發(fā)明并不受限于圖I。最后，將兩次的取樣結(jié)果進(jìn)行比較便可獲得類似式子(3)的式子如下
i+n
Yj2
I Vrst — SAMPLE — V SGN-SAMPLE I = 1 [1/2 pMSF (Vrst-Vsgn) Vd-Vd2] xT1/Cs AMPLE
(4)其中n為大于等于I的正整數(shù)，且在本實(shí)施例中n例如等于I。另外，上述的相減動(dòng)作例如是藉由讀取電路1130來(lái)執(zhí)行，而由式子(4)可知，本實(shí)施例的讀取電路1130便能依據(jù)重設(shè)取樣電壓VKST—SAmE(即取樣信號(hào)SI)與信號(hào)取樣電壓VseN—SAMPIiE(即樣信號(hào)S2)的差值來(lái)判斷感光像素1210a所傳感到的光信號(hào)強(qiáng)度。值得一提的是，由于本實(shí)施例是將多列的感光像素(例如感光像素1210a 1210b)合并以獲得強(qiáng)度較強(qiáng)的取樣信號(hào)S1、S2，故能增進(jìn)影像傳感器1000的光傳感敏銳度。除此之外，藉由比較背景信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)判斷光信號(hào)的強(qiáng)度，還能消除環(huán)境因素造成的噪聲，從而可以減少讀取電路1130的誤讀現(xiàn)象。由上述可知，本實(shí)施例所提供的取樣裝置1100不僅能提供良好的信號(hào)噪聲比，且取樣裝置1100的電路架構(gòu)也便于像素合并技術(shù)的實(shí)施。圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法的流程示意圖。首先，提供第一電壓給光傳感面上的多個(gè)沿第一方向排列的感光像素，以使感光像素的至少其一依據(jù)第一電壓提供第一線性電流與第二線性電流(步驟S110)。其中影像傳感器例如為圖I的影像傳感器1000 ;第一電壓、光傳感面與感光像素例如為圖I的電壓VD、光傳感面1200與感光像素1210 ;第一方向例如為X方向；第一線性電流與第二線性電流例如為圖I的線性電流Il與12。接著，分別于第一期間與第二期間接收第一線性電流與第二線性電流，并對(duì)應(yīng)輸出第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)(步驟S120)。其中上述的第一期間與第二期間例如分別為前一實(shí)施例所提到的期間Tl與期間T2，而第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)例如分別為圖I的取樣信號(hào)SI與取樣信號(hào)S2。圖4為圖3的相關(guān)雙重取樣方法的詳細(xì)流程示意圖，其可藉由圖1、2的取樣裝置1100來(lái)實(shí)施。請(qǐng)參照同時(shí)參照?qǐng)D2與圖4，首先，于預(yù)備期間TO導(dǎo)通開(kāi)關(guān)SWl SW3，以釋放Ckst與電容Csra的殘余電荷(步驟S210)。接著，依據(jù)控制信號(hào)決定是否要執(zhí)行像素合并(binning)(步驟S220)，其中控制信號(hào)例如是由使用者所下達(dá)或依據(jù)先前數(shù)據(jù)狀態(tài)所產(chǎn)生。當(dāng)不執(zhí)行像素合并時(shí)，于期間Tl使開(kāi)關(guān)SW1、SW3形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW2形成導(dǎo)通，并使信號(hào)線RSTi與ROWSELi處于邏輯高準(zhǔn)位，且信號(hào)線TXi處于邏輯低準(zhǔn)位，以進(jìn)行背景信號(hào)的取樣(步驟S230)。繼之，于期間Tl’使開(kāi)關(guān)SWl SW3形成斷路，并使信號(hào)線RSTi與ROWSELi處于邏輯低準(zhǔn)位，且信號(hào)線TXi處于邏輯高準(zhǔn)位，以進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸(步驟S240)。最后，于期間T2使開(kāi)關(guān)SW1、SW2形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW3形成導(dǎo)通，并使信號(hào)線RSTi與TXi處于邏輯低準(zhǔn)位，且信號(hào)線ROWSELi處于邏輯高準(zhǔn)位，以進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的取樣(步驟S250)。至此，便完成相關(guān)雙重取樣的動(dòng)作。另一方面，當(dāng)要執(zhí)行像素合并時(shí)，于期間Tl使開(kāi)關(guān)SW1、SW3形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW2形成導(dǎo)通，并使信號(hào)線RSTi RSTi+n與ROWSELi ROWSELi+n處于邏輯高準(zhǔn)位，且信號(hào)線TXi TXi+n處于邏輯低準(zhǔn)位，以進(jìn)行背景信號(hào)的取樣(步驟S260)，其中n為大于等于I的正整數(shù)，且本實(shí)施例例如為I。繼之，于期間Tl’使開(kāi)關(guān)SWl SW3形成斷路，并使信號(hào)線RSTi RSTi+n與ROWSELi ROWSELi+n處于邏輯低準(zhǔn)位，且信號(hào)線TXi TXi+n處于邏輯高準(zhǔn)位，以進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸(步驟S270)。最后，于期間T2使開(kāi)關(guān)SW1、SW2形成斷路，且開(kāi)關(guān)SW3形成導(dǎo)通，并使信號(hào)線RSTi RSTi+n與TXi TXi+n處于邏輯低準(zhǔn)位，且信號(hào)線ROWSELi ROWSELi+n處于邏輯高準(zhǔn)位，以進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的取樣(步驟S280)。至此，便完成相關(guān)雙重取樣的動(dòng)作。由于步驟S260 S280將多列的感光像素(例如感光像素1210a 1210b)合并以獲得強(qiáng)度較強(qiáng)的取樣信號(hào)SI、S2，故能增進(jìn)影像傳感器1000的光傳感敏銳度。綜上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于取樣裝置及其方法是藉由于兩固定期間分別對(duì)兩線性電流作積分以獲得兩對(duì)應(yīng)的取樣信號(hào)，故本實(shí)施例的取樣信號(hào)較不易受到暫態(tài)噪聲的干擾，從而取樣裝置能提供良好的信號(hào)噪聲比。另一方面，由于本實(shí)施例是藉由背景信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)判斷光信號(hào)的強(qiáng)度，故能消除環(huán)境因素造成的噪聲，從而可以減少后端電路的誤讀現(xiàn)象。除此之外，本實(shí)施例的取樣裝置還將多個(gè)相鄰的感光像素合并以獲得強(qiáng)度較強(qiáng)的取樣信號(hào)，故能增進(jìn)影像傳感器的光傳感敏銳度。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，當(dāng)可作些許更動(dòng)與潤(rùn)飾，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，耦接至多個(gè)沿一第一方向排列的感光像素，該影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置包括 一穩(wěn)壓器，提供一第一電壓給該些感光像素，以使該些感光像素的至少其一依據(jù)該第一電壓提供一第一線性電流與一第二線性電流；以及 一取樣電路，稱接于一第二電壓與該穩(wěn)壓器之間，該取樣電路包括一第一取樣單兀與一第二取樣單元，以分別于一第一期間與一第二期間接收該第一線性電流與該第二線性電流，并對(duì)應(yīng)輸出一第一取樣信號(hào)與一第二取樣信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中各該感光像素包括一第一晶體管，且該第一電壓使該第一晶體管的操作區(qū)間維持在一線性區(qū)以使該第一晶體管提供該第一線性電流與該第二線性電流給該取樣電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該取樣電路還包括一第一開(kāi)關(guān)，該第一開(kāi)關(guān)與該第一取樣單元以及該第二取樣單元并聯(lián)耦接，且該第一開(kāi)關(guān)于一預(yù)備期間導(dǎo)通，并于該第一期間與該第二期間斷路，其中該預(yù)備期間在該第一期間之前。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該第一取樣單元包括一第一電容與一第二開(kāi)關(guān)，且該第二開(kāi)關(guān)稱接于該第一電容與該穩(wěn)壓器之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該第二開(kāi)關(guān)于該預(yù)備期間與該第一期間導(dǎo)通，且于該第二期間斷路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該第一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)于一第三期間斷路，且該第三期間位于該第一期間與該第二期間之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該第二取樣單元包括一第二電容與一第三開(kāi)關(guān)，且該第三開(kāi)關(guān)稱接于該第二電容與該穩(wěn)壓器之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該第三開(kāi)關(guān)于該第一期間斷路，且于該預(yù)備期間與該第二期間導(dǎo)通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該第一開(kāi)關(guān)與該第三開(kāi)關(guān)于一第三期間斷路，且該第三期間位于該第一期間與該第二期間之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該穩(wěn)壓器包括 一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端；以及 一第二晶體管，具有一第一端、一第二端與一第三端，其中該第一端稱接該第二輸入端，該第二端耦接該取樣電路，且該第三端耦接該輸出端。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中還包括一讀取電路，耦接該取樣電路，并接收與比較該第一取樣信號(hào)與該第二取樣信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置，其中該些感光像素依據(jù)一控制信號(hào)決定是否于該第一期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第一線性電流以及于該第二期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第二線性電流給該取樣電路。
13.一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，包括 提供一第一電壓給多個(gè)沿一第一方向排列的感光像素，以使該些感光像素的至少其一依據(jù)該第一電壓提供一第一線性電流與一第二線性電流；以及 分別于一第一期間與一第二期間接收該第一線性電流與該第二線性電流，并對(duì)應(yīng)輸出一第一取樣信號(hào)與一第二取樣信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中各該感光像素包括一第一晶體管，且使該些感光像素的至少其一提供該第一線性電流與該第二線性電流的方法是藉由使對(duì)應(yīng)的第一晶體管的操作區(qū)間維持在一線性區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中還包括 于一預(yù)備期間導(dǎo)通一第一開(kāi)關(guān)、一第二開(kāi)關(guān)與一第三開(kāi)關(guān)；以及 于該第一期間與該第二期間使該第一開(kāi)關(guān)斷路。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中于該第一期間接收該第一線性電流的方法是藉由于該第一期間導(dǎo)通該第二開(kāi)關(guān)，并使該第三開(kāi)關(guān)斷路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中于該第二期間接收該第二線性電流的方法是藉由于該第二期間導(dǎo)通該第三開(kāi)關(guān)，并使該第二開(kāi)關(guān)斷路。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中還包括于一第三期間使該第一開(kāi)關(guān)、該第二開(kāi)關(guān)與該第三開(kāi)關(guān)斷路，其中該第三期間位于該第一期間與該第二期間之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中還包括接收該第一取樣信號(hào)與該第二取樣信號(hào)以進(jìn)行讀取。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的影像傳感器的相關(guān)雙重取樣方法，其中該些感光像素依據(jù)一控制信號(hào)決定是否于該第一期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第一線性電流以及于該第二期間同時(shí)提供對(duì)應(yīng)的第二線性電流。
全文摘要
一種影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置及其方法，該裝置耦接至多個(gè)沿第一方向排列的感光像素。影像傳感器的相關(guān)雙重取樣裝置包括穩(wěn)壓器以及取樣電路。穩(wěn)壓器提供第一電壓給感光像素，以使感光像素的至少其一依據(jù)第一電壓提供第一線性電流與第二線性電流。取樣電路耦接于第二電壓與穩(wěn)壓器之間。取樣電路包括第一取樣單元與第二取樣單元，以分別于第一期間與第二期間接收第一線性電流與第二線性電流，并對(duì)應(yīng)輸出第一取樣信號(hào)與第二取樣信號(hào)。本發(fā)明具有良好的信號(hào)噪聲比。
文檔編號(hào)H04N5/341GK102769721SQ20111011303
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者孟昭宇, 溫文燊, 許哲豪 申請(qǐng)人:聯(lián)詠科技股份有限公司