計(jì)數(shù)操作的時(shí)序圖。
[0061] 圖27是示出在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中包括的時(shí)鐘供應(yīng)電路的示例性實(shí)施例的框圖。
[0062] 圖28是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的框圖。
[0063] 圖29到圖32是示出在圖28的圖像傳感器中包括的單位像素的示例的電路圖。
[0064] 圖33是示出在包括反相功能的計(jì)數(shù)器的圖像傳感器中的相關(guān)雙采樣（CD巧操作 的時(shí)序圖。
[00化]圖34是示出包括上下轉(zhuǎn)換功能的計(jì)數(shù)器的圖像傳感器中的CDS操作的時(shí)序圖。
[0066] 圖35是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的操作圖像傳感器的方法的流程圖。
[0067]圖36是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的包括圖像傳感器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
[0068] 圖37示出根據(jù)某些示例性實(shí)施例的可在圖36的計(jì)算系統(tǒng)中采用的接口的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0069] W下將參照附圖來更加全面地描述多個(gè)示例性實(shí)施例，附圖中示出了示例性實(shí)施 例。然而，示例性實(shí)施例可許多不同的形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為局限于該里闡述 的示例性實(shí)施例。相反，提供該些示例性實(shí)施例W使本公開將是徹底的，并且將把示例性實(shí) 施例的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，可能夸大層和區(qū)域的尺寸和 相對(duì)尺寸。
[0070] 應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件或?qū)颖幻枋鰹?在"另一元件或?qū)?上"、"連接至Ij"或"結(jié)合至Ij"另 一元件或?qū)訒r(shí)，該元件或?qū)涌芍苯釉谒隽硪辉驅(qū)由稀⒅苯舆B接到或直接結(jié)合到所述 另一元件或?qū)?，或者可W存在中間元件或中間層。相反，當(dāng)元件被描述為"直接在"另一元 件或?qū)?上"、"直接連接到"或"直接結(jié)合至Ij"另一元件或?qū)訒r(shí)，不存在中間元件或中間層。 相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。如該里所使用的，術(shù)語"和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān) 所列的項(xiàng)目的任意組合和所有組合。除非另外指出，否則W包括的意義來使用術(shù)語"或"。
[0071] 應(yīng)當(dāng)理解，雖然在該里可使用術(shù)語例如第一、第二、第=等來描述各個(gè)元件、組件、 區(qū)域、層和/或部分，但是該些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受該些術(shù)語的限制。該 些術(shù)語僅僅用來將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū) 分開來。在該種方式下，下面討論的第一元件、第一組件、第一區(qū)域、第一層或第一部分可W 被稱為第二元件、第二組件、第二區(qū)域、第二層或第二部分，而不脫離示例性實(shí)施例的教導(dǎo)。
[0072]可在該里使用諸如"在…之下"、"在…下方"、"下面的"、"在…上方"、"上面的"等 空間關(guān)系術(shù)語來容易地描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理 解，除了附圖中描述的方位W外，空間關(guān)系術(shù)語還意圖包括裝置在使用或操作中的不同方 位。例如，如果附圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征"下方"或"之下"的元件 的方位隨后將被定位在其他元件或特征的"上方"。在該種方式下，示例性術(shù)語"在…下方" 可W包括"在…上方"和"在…下方"兩種方位。裝置可W位于另外的方位（旋轉(zhuǎn)90度或 者在其他方位），進(jìn)而該里使用的空間關(guān)系描述符應(yīng)該被相應(yīng)地解釋。
[0073] 該里使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定的示例實(shí)施例，而非意圖限制示例性實(shí)施 例。如該里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還 將理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語"包含"和/或"包括"時(shí)，說明存在所述特征、整體、 步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、 元件、組件和/或它們的組。
[0074] 該里參照作為理想化的示例性實(shí)施例（W及中間結(jié)構(gòu)）的示意性示圖的示圖來描 述示例性實(shí)施例。該樣，預(yù)期作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的來自圖示的形狀的變 型。在該種方式下，示例性實(shí)施例不應(yīng)被解釋為局限于該里示出的區(qū)域的特定形狀，而將包 括由例如制造引起的形狀的偏離。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣通常具有倒圓或 曲線的特征和/或注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣地， 通過注入形成的埋區(qū)可導(dǎo)致在埋區(qū)和通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中出現(xiàn)一定程度 的注入。在該種方式下，在圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，它們的形狀并不意圖示出裝 置的區(qū)域的實(shí)際形狀，也不意圖限制示例性實(shí)施例的范圍。
[0075]除非另有定義，否則該里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與示 例性實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。將進(jìn)一步理解，除非 該里明確定義，否則術(shù)語（例如在通用的字典中定義的術(shù)語）應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng) 域的上下文中它們的意思相同的意思，而不是理想地或者過于形式化地解釋它們的意思。
[0076] 圖1是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器500的示例性實(shí)施例的框圖，其中， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器500包括計(jì)數(shù)器陣列300和時(shí)鐘供應(yīng)電路400。
[0077] 在該示例性實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器陣列300包括多個(gè)計(jì)數(shù)器CNT。每個(gè)計(jì)數(shù)器100通過 基于多個(gè)輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip執(zhí)行計(jì)數(shù)操作來產(chǎn)生與模擬信號(hào)111至IjImn中的每個(gè) 信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)D11到Dmn中的各一個(gè)，其中，m、n和P是正整數(shù)，P是從1到m的正整 數(shù)。作為示例，模擬信號(hào)111至IjI皿可W是從圖28的圖像傳感器800中包括的比較器COM提供的信號(hào)。模擬信號(hào)111至IjI皿可W是在計(jì)數(shù)操作的各個(gè)終止時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)變（transition) 的信號(hào)。在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，在該里可被描述為"計(jì)數(shù)終止"或"停 止計(jì)數(shù)"信號(hào)的111至IjImn可在可W是斜坡電壓的參考信號(hào)的值等于代表在成像器件的像 素中積聚的光的信號(hào)的值時(shí)轉(zhuǎn)變。在該樣的示例性實(shí)施例中，"計(jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)"不 是固定時(shí)間，而是參考電壓等于各個(gè)圖像像素信號(hào)電壓的時(shí)間。在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的 示例性實(shí)施例中，用于推進(jìn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器輸入時(shí)鐘可W利用源時(shí)鐘（例如，SCK)來同步， 源時(shí)鐘在該里也被稱為同步時(shí)鐘，源時(shí)鐘W比輸入時(shí)鐘（例如，CK11到CKmn)的頻率高的 頻率操作。多個(gè)計(jì)數(shù)器輸入時(shí)鐘可相同的頻率但在它們之間具有相位差來操作，它們 之間的相位差能夠進(jìn)行多數(shù)據(jù)率計(jì)數(shù)（multipledataratecounting)。
[007引在該示例性實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器CNT被分組為多個(gè)計(jì)數(shù)器庫服1到服m。例如，如圖 1中所示，計(jì)數(shù)器CNT可被分組為m個(gè)計(jì)數(shù)器庫服1到服m，n個(gè)計(jì)數(shù)器可被包括在各個(gè)計(jì) 數(shù)器庫中。盡管在圖1示出的示例性實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器庫BK1到BKm包括相同數(shù)量的計(jì)數(shù) 器，但是在其他示例性實(shí)施例中，各個(gè)計(jì)數(shù)器庫中的計(jì)數(shù)器的數(shù)量可W不同。
[0079] 時(shí)鐘供應(yīng)電路400包括多個(gè)同步電路SYN1到SYNm。每個(gè)同步電路SYNi響應(yīng)于源 時(shí)鐘信號(hào)SCK來同步多個(gè)輸入時(shí)鐘信號(hào)，W向各個(gè)計(jì)數(shù)器庫BKi提供同步的輸入時(shí)鐘信號(hào) CKil到CKip。通過第一同步電路SYN1同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK11到CKlp被提供到第一計(jì) 數(shù)器庫服1，通過第二同步電路SYN2同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK21到CK化被提供給第二計(jì)數(shù) 器庫服2,通過第m同步電路SYNm同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKml到CKmp被提供給第m計(jì)數(shù)器 庫服m。
[0080] 如下面在與圖5、圖22和圖24相關(guān)的討論中所描述的，輸入時(shí)鐘信號(hào)CKi1到CKip 可具有相同的頻率和彼此不同的各自的相位。根據(jù)示例性實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器500具有提 供輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip之間的精確的相位差的構(gòu)造，在采用相位分割機(jī)制的多數(shù)據(jù) 率（MDR)計(jì)數(shù)操作中使用所述相位差。隨著計(jì)數(shù)器的數(shù)量和它們的工作頻率的增加，由于 時(shí)鐘信號(hào)的傳播延遲造成的失配可使性能劣化。然而，在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí) 施例中，使用同步電路SYN1至IjSYNm將同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKi1到CKip提供給每個(gè)計(jì)數(shù)器 庫服iW確保精確的、準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)，從而避免可能由于時(shí)鐘信號(hào)的失配而發(fā)生的性能劣化， 時(shí)鐘信號(hào)的失配可能由于例如傳播延遲的差異造成。
[0081] 另外，如下面在與圖5、22和24相關(guān)的討論中更加詳細(xì)地描述，在示例性實(shí)施例 中，源時(shí)鐘信號(hào)SCK具有高于輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip的頻率的頻率。通過W較低的頻 率操作計(jì)數(shù)器、利用低頻率輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKipW及利用更高頻率的源時(shí)鐘SCK僅 為了同步時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip,根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的原理的電子裝置可減小功耗。另外，根 據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，因?yàn)橥ㄟ^將源時(shí)鐘信號(hào)SCK與輸入時(shí)鐘信號(hào)（例如，CKil到CKip)分 離減輕了對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率的限制，所W計(jì)數(shù)操作的速度可容易地增加。
[0082] 圖2是示出諸如可被包括在圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的計(jì)數(shù)器100的示例性實(shí)施例的 框圖。在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是格雷碼轉(zhuǎn)換器。計(jì)數(shù)器100 可包括緩沖器單元炬UFF) 10和波紋計(jì)數(shù)器巧IP巧30。緩沖器單元通過響應(yīng)于表明計(jì)數(shù)操 作的終止時(shí)間點(diǎn)（即，例如，積聚周期的終止）的輸入信號(hào)鎖存輸入時(shí)鐘信號(hào)CK1到CKp來 產(chǎn)生多個(gè)灰度位信號(hào)DO到化。因?yàn)樵谙旅娴氖纠詫?shí)施例中，"計(jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)" 通常對(duì)應(yīng)于信號(hào)積聚周期的結(jié)束，所w下面將把計(jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)稱為的信號(hào)積聚周 期的結(jié)束。波紋計(jì)數(shù)器30響應(yīng)于鎖存輸出信號(hào)LOUT產(chǎn)生計(jì)數(shù)值D[0:r]的較高的有效位 信號(hào)D[q+1]到D[r]。鎖存輸出信號(hào)LOUT可對(duì)應(yīng)于灰度位信號(hào)DO到化中的一個(gè)。
[0083] 計(jì)數(shù)器100還可包括對(duì)灰度位信號(hào)DO到化執(zhí)行邏輯操作W產(chǎn)生計(jì)數(shù)值D[0:r] 的較低的有效位信號(hào)D[0]到D[q]的代碼轉(zhuǎn)換器（L0G)50。作為示例，如圖6中所示，可利 用X0R邏輯口來實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換器50?；叶任恍盘?hào)DO到化不是表示二進(jìn)制代碼而是灰度代 碼。然而，灰度代碼本身可表示有效的計(jì)數(shù)結(jié)果，利用代碼轉(zhuǎn)換器可將灰度代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn) 制代碼。在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，較低的有效位信號(hào)D[0]到D[q]不在 計(jì)數(shù)操作期間翻轉(zhuǎn)，可在終止計(jì)數(shù)操作之后通過對(duì)鎖存的灰度位信號(hào)DO到化執(zhí)行邏輯操 作來提供較低的有效位信號(hào)D[0]到D[q]。因此，代碼轉(zhuǎn)換器50可W設(shè)置在計(jì)數(shù)器100之 外或與計(jì)數(shù)器100分離，在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，代碼轉(zhuǎn)換器50位于與 計(jì)數(shù)器100的集成電路或巧片獨(dú)立的集成電路或巧片中?；叶任恍盘?hào)DO到化的數(shù)量S可 W與較低的有效位信號(hào)D[0]到D[q]的數(shù)量q相同或者不同。
[0084] 計(jì)數(shù)器100利用相位分割機(jī)制（即利用輸入時(shí)鐘信號(hào)CK1到CKp的相位差）執(zhí)行 MDR計(jì)數(shù)操作。將在與圖6到圖19、圖25和圖26有關(guān)的討論中更加詳細(xì)地描述根據(jù)發(fā)明 構(gòu)思的原理的計(jì)數(shù)器100的示例性構(gòu)造。
[0085] 圖3是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的諸如可被包括在圖1模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的時(shí)鐘供應(yīng) 電路的示例性實(shí)施例的框圖。時(shí)鐘供應(yīng)電路400a可包括主時(shí)鐘發(fā)生器GEN和多個(gè)重定時(shí)器 RET1到RETm。主時(shí)鐘發(fā)生器GEN響應(yīng)于源時(shí)鐘信號(hào)SCK產(chǎn)生輸入時(shí)鐘信號(hào)CK01到CKOp或 產(chǎn)生源自源時(shí)鐘信號(hào)SCK的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK01到CK化。重定時(shí)器RET1到RETm被級(jí)聯(lián)結(jié) 合，W響應(yīng)于源時(shí)鐘信號(hào)SCKi(i= 1，2,…，m)順序地傳輸輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip。重 定時(shí)器RET1到RETm對(duì)應(yīng)于圖1中的同步電路SYN1到SYNm。將同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil 到CKip提供到對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器庫服i。
[0086] 每個(gè)重定時(shí)器RETi從主時(shí)鐘發(fā)生器GEN或之前的重定時(shí)器RET(i-1)接收輸入時(shí) 鐘信號(hào)CK(i-l) 1到CK(i-l)p，并響應(yīng)于源時(shí)鐘信號(hào)SCKi重新調(diào)整所接收的輸入時(shí)鐘信號(hào) CK(i-l) 1到CK(i-l)p，W產(chǎn)生同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip。
[0087] 例如，第一重定時(shí)器RET1可從主時(shí)鐘發(fā)生器GEN接收輸入時(shí)鐘信號(hào)CK01到CK化， 并響應(yīng)于源時(shí)鐘信號(hào)SCK1重新調(diào)整或同步輸入時(shí)鐘信號(hào)CK01到CK化W產(chǎn)生同步的輸入 時(shí)鐘信號(hào)CK11到CKlp。目P，第一重定時(shí)器RET1可利用源時(shí)鐘信號(hào)SCK1來同步輸入時(shí)鐘信 號(hào)CK01到CK化。從主時(shí)鐘發(fā)生器GEN產(chǎn)生并被提供到第一重定時(shí)器RET1的輸入時(shí)鐘信 號(hào)CK01到CK化可具有可W忽略不計(jì)的失配，因?yàn)檩斎霑r(shí)鐘信號(hào)CK01到CK化沒有被提供 給計(jì)數(shù)器庫。結(jié)果，在一些示例性實(shí)施例中，第一重定時(shí)器RET1可W被省略，且來自主時(shí)鐘 發(fā)生器GEN的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK01到CK化可W被直接提供給第一計(jì)數(shù)器庫服1。
[008引第二重定時(shí)器RET2可從前一重定時(shí)器（即第一重定時(shí)器）接收輸入時(shí)鐘信號(hào)CKir到CKlp'，并利用源時(shí)鐘信號(hào)SCK2同步它們，W產(chǎn)生同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK21到 CK2p。來自第一重定時(shí)器RET1的同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK11到CKlp可被提供給第一計(jì)數(shù)器 庫服1，由于在輸入時(shí)鐘信號(hào)CKir到CKlp'的各自的路徑上的阻抗失配（每條路徑由傳輸 線上的各個(gè)阻抗R1到化表示），到達(dá)第二重定時(shí)器RET2的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKir到CKlp' 可具有相當(dāng)大的失配。第二重定時(shí)器RET2可利用源時(shí)鐘信號(hào)SCK2同步失配的輸入時(shí)鐘信 號(hào)CKir到CKlp'，w產(chǎn)生同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK21到CK化。同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK21 到CK化可被提供給第二計(jì)數(shù)器庫服2。
[0089] 相似地，最后一個(gè)重定時(shí)器RETm可從前一重定時(shí)器RETm-1接收輸入時(shí)鐘信號(hào) CK(m-l)r到CK(m-l)p'，并利用源時(shí)鐘信號(hào)SCKm同步輸入時(shí)鐘信號(hào)CK(m-l)r到CK(m-l) P'，W產(chǎn)生被提供給第m計(jì)數(shù)器庫服m的同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKml到CKmp。
[0090] 圖4是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的諸如可被包括在圖3的時(shí)鐘供應(yīng)電路中的重定 時(shí)器的示例性實(shí)施例的示圖，圖5是示出圖4的重定時(shí)器的示例性操作的時(shí)序圖。
[0091]圖4和圖5示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例，其中，輸入時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)量 是兩個(gè)，且輸入時(shí)鐘信號(hào)包括具有相同頻率的第一輸入時(shí)鐘信號(hào)CK1和第二輸入時(shí)鐘信號(hào) CK2。在該示例性實(shí)施例中，第二輸入時(shí)鐘信號(hào)CK2的相位可落后第一輸入時(shí)鐘信號(hào)CK1的 相位90度。
[0092] 如圖4中所示，每個(gè)重定時(shí)器RETi(即每個(gè)同步電路）可包括第一觸發(fā)器401和 第二觸發(fā)器402。第一觸發(fā)器401包括接收第一輸入時(shí)鐘信號(hào)CK(i-l)r的數(shù)據(jù)端子D、接 收源時(shí)鐘信號(hào)SCKi的時(shí)鐘端子CKW及產(chǎn)生第一同步輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil的輸出端子Q。第 二觸發(fā)器402包括接收第二輸入時(shí)鐘信號(hào)CK(i-l) 2'的數(shù)據(jù)端子D、接收源時(shí)鐘信號(hào)SCKi 的反相信號(hào)（inversionsignal)的時(shí)鐘端子CKW及產(chǎn)生第二同步輸