DO到D3 執(zhí)行邏輯操作來(lái)獲得二進(jìn)制代碼的=個(gè)位信號(hào)D[0]、D[l]和M2]。即使需要四個(gè)計(jì)數(shù)單 元來(lái)獲得二進(jìn)制代碼的S個(gè)位，在輸入時(shí)鐘信號(hào)CK1到CK4的每個(gè)時(shí)鐘周期也可執(zhí)行八次 計(jì)數(shù)。因此如果計(jì)數(shù)速度比設(shè)計(jì)裕度更重要（即，例如比功率限制更重要），則可采用圖25 和圖26的實(shí)施例。
[0147] 圖27是示出諸如可被包括在圖1的模數(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。在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，時(shí)鐘供應(yīng)電路400c可包括源時(shí)鐘傳 輸電路40和多個(gè)同步電路SYNi、SYN(i+l)和SYNQ+2)。
[0148] 源時(shí)鐘傳輸電路40可緩沖源時(shí)鐘信號(hào)SCK(i-l)，W將緩沖的源時(shí)鐘信號(hào)SCKi、 SCK(i+l)和SCKQ+2)中的每個(gè)提供到同步電路SYNi、SYN(i+l)和SYNQ+2)中的每個(gè)。如 圖27中所示，源時(shí)鐘傳輸電路40可包括使用多個(gè)反相器實(shí)現(xiàn)的緩沖器41。反相器可 規(guī)則的間隔級(jí)聯(lián)結(jié)合。利用該樣的反相器，源時(shí)鐘信號(hào)的占空比率可W沿著長(zhǎng)的傳輸路徑 保持，并且可W確保電路操作的可靠性。
[0149] 同步電路SYNi、SYN(i+l)和SYN(i+2)可響應(yīng)于緩沖的源時(shí)鐘信號(hào)SCKi、SCK(i+l) 和SCKQ+2)來(lái)同步輸入時(shí)鐘信號(hào)，W分別向計(jì)數(shù)器庫(kù)服i、服(i+1)和服(i+2)提供同步的 輸入時(shí)鐘信號(hào)。
[0150] 圖28是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的圖像傳感器800的示例性實(shí)施例的框圖。圖 像傳感器800可包括像素陣列810、比較單元850、計(jì)數(shù)器陣列300和時(shí)鐘供應(yīng)電路400。圖 像傳感器800還可包括例如行掃描單元820、時(shí)序控制電路830、參考信號(hào)發(fā)生器（RE巧840 和相關(guān)雙采樣（CD巧單元（未示出）W及其他電路。圖像傳感器800可W是例如CCD圖像 傳感器或者CMOS圖像傳感器。
[0151] 在根據(jù)CMOS圖像傳感器的發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，像素陣列810包括 用于將入射光轉(zhuǎn)換為電學(xué)模擬信號(hào)的多個(gè)像素。在包括被稱為有源像素或增益單元的單位 單元（unitcell)的圖像傳感器中，通過(guò)像素的地址控制來(lái)選擇來(lái)自各個(gè)像素的各個(gè)信號(hào)。 有源像素傳感器是一種地址受控的圖像傳感器，行掃描電路820W行為單位來(lái)控制像素陣 列810的操作。時(shí)序控制電路830產(chǎn)生用于控制圖像傳感器800中的其他組件的操作的控 制f目號(hào)。
[0152] 通過(guò)包括比較單元850和計(jì)數(shù)器陣列300的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)將由像素陣列810 檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)?？蒞逐列輸出模擬信號(hào)，比較單元850包括被構(gòu)造為 分別將所述模擬信號(hào)與來(lái)自參考信號(hào)發(fā)生器840的參考信號(hào)比較W產(chǎn)生比較信號(hào)的多個(gè) 比較器COM。例如，比較信號(hào)可對(duì)應(yīng)于前面的圖中的輸入信號(hào)INP。
[0153] 由于各個(gè)像素的被稱為固定圖案噪聲（FPN)的相應(yīng)特性，從像素陣列810輸出的 模擬信號(hào)的重置分量具有變化。目p，即使在所有的像素均處于"零"或重置的信號(hào)輸入時(shí)， 每個(gè)像素也可產(chǎn)生不同的信號(hào)值。另外，每個(gè)邏輯電路的用于從相應(yīng)的像素輸出電壓信號(hào) 的相應(yīng)的特性彼此不同。因此，可通過(guò)從測(cè)量的信號(hào)分量減去各自的重置分量來(lái)提取有效 信號(hào)分量。該樣，提取與測(cè)量的信號(hào)分量和重置分量之間的差對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)分量的操作 被稱為相關(guān)雙采樣（CD巧。
[0154]CDS單元（未示出）可通過(guò)利用電容器和開(kāi)關(guān)獲得測(cè)量的信號(hào)分量與重置分量之 間的差來(lái)執(zhí)行模擬雙采樣（ADS)，并且輸出與有效信號(hào)分量對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。比較單元850 將從CDS單元逐列輸出的模擬信號(hào)與來(lái)自參考信號(hào)發(fā)生器840的參考信號(hào)（例如，斜坡信 號(hào)RAM巧進(jìn)行比較，并逐列地輸出比較信號(hào)。多個(gè)比較信號(hào)具有根據(jù)各自的有效信號(hào)分量 的各自的轉(zhuǎn)變時(shí)序。在示例性實(shí)施例中，當(dāng)參考信號(hào)RAMP達(dá)到等于被提供給比較器的比較 輸入的相應(yīng)的信號(hào)電平的電平時(shí)，各個(gè)比較器輸出轉(zhuǎn)變。比較器輸出的轉(zhuǎn)變可停止相應(yīng)的 計(jì)數(shù)器CNT，從而產(chǎn)生（yielding)表示模擬像素信號(hào)值的計(jì)數(shù)輸出。
[01巧]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CNT通過(guò)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(lái)產(chǎn)生與各個(gè)模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的各個(gè)數(shù)字信號(hào)。將計(jì)數(shù)器CNT 分組為多個(gè)計(jì)數(shù)器庫(kù)服1到服m。作為示范，如圖28中所示，計(jì)數(shù)器CNT可被分組為m個(gè)計(jì) 數(shù)器庫(kù)BK1至IjBKm。在一些其他的示例性實(shí)施例中，各個(gè)計(jì)數(shù)器庫(kù)中的計(jì)數(shù)器的數(shù)量可W不 同。
[0156] 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(lái)同步輸入時(shí)鐘信號(hào)，W將同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CKil到CKip提供到每個(gè)計(jì) 數(shù)器組服i。由第一同步電路SYN1同步的輸入時(shí)鐘信號(hào)CK11到CKlp被提供給第一計(jì)數(shù) 器庫(kù)服1，由第二同步電路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(kù) BK2,由第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(kù)服m。
[0157] 圖29到圖32是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的諸如可被包括在圖28的圖像傳感器 中的單位像素的示例性實(shí)施例的電路圖。圖29、30、31和32中示出的單位像素可W是包括 彩色光電二極管的彩色像素或包括深度光電二極管的深度像素。
[0158] 參照?qǐng)D29,在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，單位像素PXa可包括諸如 光電二極管PD的光敏元件W及包括傳輸晶體管TX、重置晶體管RX、驅(qū)動(dòng)晶體管DX和選擇 晶體管SX的讀出電路。
[0159] 作為示例，光電二極管PD可在P型襯底中包括n型區(qū)域，從而n型區(qū)域和P型襯 底形成p-n結(jié)二極管。在操作中，光電二極管PD接收入射光并基于入射光產(chǎn)生光電荷。在 一些示例性實(shí)施例中，除了光電二極管PDW外或代替光電二極管PD，單位像素PXa可包括 光電晶體管、光柵極（photogate)、PIN光電二極管等。
[0160] 在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的示例性實(shí)施例中，在光電二極管PD中產(chǎn)生的光電荷可 通過(guò)響應(yīng)于傳輸控制信號(hào)TG導(dǎo)通的傳輸晶體管TX而被傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)（floating difTusionnode)抑。驅(qū)動(dòng)晶體管DX用作源極跟隨放大器，源極跟隨放大器放大與浮置擴(kuò) 散節(jié)點(diǎn)FD上的電荷對(duì)應(yīng)的信號(hào)。選擇晶體管SX可響應(yīng)于選擇信號(hào)沈L將放大的信號(hào)傳輸 到列線C0L?？赏ㄟ^(guò)重置晶體管RX來(lái)重置浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)抑。重置晶體管RX可響應(yīng)于用于 相關(guān)雙采樣（CD巧的重置信號(hào)RS對(duì)浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD進(jìn)行放電。
[016U圖29示出了根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的包括四個(gè)晶體管TX、RX、DX和SX的四晶體管 構(gòu)造的單位像素PXa的示例性實(shí)施例。例如，如圖30、31和32中所示，可W改變單元像素 的構(gòu)造。電力經(jīng)由電壓供應(yīng)端子VDD和接地端提供。
[0162] 參照?qǐng)D30,單位像素P甜可具有S晶體管構(gòu)造，所述S晶體管構(gòu)造包括諸如光電 二極管PD的光敏元件W及包括重置晶體管RX、驅(qū)動(dòng)晶體管DX和選擇晶體管SX的讀出電 路。與圖29的單位像素PXa相比，在圖30的單位像素P甜中省去了傳輸晶體管TX。
[0163] 參照?qǐng)D31，單位像素PXc可具有五晶體管構(gòu)造，所述五晶體管構(gòu)造包括諸如光電 二極管PD的光敏元件W及包括傳輸晶體管TX、選通晶體管GX、重置晶體管RX、驅(qū)動(dòng)晶體管 DX和選擇晶體管SX的讀出電路。選通晶體管GX可響應(yīng)于選擇信號(hào)沈L而選擇性地將傳輸 控制信號(hào)TG施加到傳輸晶體管TX。與圖29的單位像素PXa相比，在圖31的單位像素PXc 中還包括選通晶體管GX。
[0164] 參照?qǐng)D32,單位像素PXd可具有五晶體管構(gòu)造，所述五晶體管構(gòu)造包括諸如光電 二極管PD的光敏元件W及包括光電晶體管PX、傳輸晶體管TX、重置晶體管RX、驅(qū)動(dòng)晶體管 DX和選擇晶體管SX的讀出電路。光電晶體管PX可響應(yīng)于光柵極信號(hào)PG而導(dǎo)通或截止。 當(dāng)光電晶體管PX導(dǎo)通時(shí)，可啟用單位像素PXd，當(dāng)光電晶體管PX截止時(shí)，可禁用單位像素 PXd。與圖29的單位像素PXa相比，在圖32的單位像素PXd中還包括光電晶體管PX。
[0165] 圖33是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的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。圖33示出針對(duì)一列的數(shù)字CDS操作的示例性實(shí)施例。
[0166] 參照?qǐng)D28和圖33,在時(shí)間tl1，將來(lái)自時(shí)序控制電路830的計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN 激活成邏輯高，參考信號(hào)發(fā)生器840降低斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平，第一計(jì)數(shù)操作在相應(yīng) 的計(jì)數(shù)器CNT中逐列開(kāi)始。將像素電壓信號(hào)化ix作為第一模擬信號(hào)提供給比較器COM,第 一模擬信號(hào)指示重置分量（即與零電平輸入圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的重置值）。
[0167] 在時(shí)間tl2,斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平與像素電壓信號(hào)化ix的電壓電平變得彼此 相等（即RAMP降到化ix的電平），比較器COM的比較信號(hào)CMP轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫷?，該表示第?計(jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)。響應(yīng)于比較信號(hào)CMP的下降沿，與重置分量對(duì)應(yīng)的第一計(jì)數(shù)結(jié)果 (化St= 3)(即與零電平輸入圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字化值）被存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器CNT中。
[0168] 在時(shí)間tl3,將計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN去活為邏輯低并禁用參考信號(hào)發(fā)生器840。根 據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，從til到tl3的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于用于對(duì)重置分量進(jìn)行計(jì)數(shù)的最大時(shí)間， 可根據(jù)圖像傳感器的特性將該時(shí)間間隔確定為適當(dāng)數(shù)量的時(shí)鐘周期。
[0169] 在時(shí)間tl4,通過(guò)可被包括在計(jì)數(shù)器CNT中的反相控制單元來(lái)對(duì)存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器CNT 中的位值進(jìn)行反相。反相結(jié)果（例如，-4)存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器10化中。
[0170] 在時(shí)間tl5,再次將來(lái)自時(shí)序控制電路830的計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN激活為邏輯高， 參考信號(hào)發(fā)生器840降低斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平。斜坡信號(hào)RAMP在第二計(jì)數(shù)操作期間 的斜率可W與在第一計(jì)數(shù)操作期間的斜率相同，第二計(jì)數(shù)操作在相應(yīng)的計(jì)數(shù)器CNT中逐列 開(kāi)始。將像素電壓信號(hào)化ix作為第二模擬信號(hào)提供給比較器COM,第二模擬信號(hào)指示測(cè)量 的圖像分量。
[0171] 在時(shí)間tl6,斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平和像素電壓信號(hào)化ix變得彼此相等，比較 器COM的比較信號(hào)CMP轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫷停摫硎镜诙?jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)。響應(yīng)于比較信 號(hào)CMP的下降沿，指示測(cè)量的圖像分量（化st+Vsig= 7)的第二模擬信號(hào)與指示重置分量 (化St= 3)的第一模擬信號(hào)之間的差（Vsig= 4)可從存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器CNT中的值獲得。最 后存儲(chǔ)的值（Vsig-1 = 3)作為由第一位信號(hào)到第四位信號(hào)表現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)而被輸出。由于 在時(shí)間tl4的反轉(zhuǎn)的差異（discr巧ancy)，所W最后存儲(chǔ)的值（Vsig-1 = 3)比所述差（Vsig =4)小1，從而存儲(chǔ)的值（3)不是被反轉(zhuǎn)為（-3)而是反轉(zhuǎn)為（-4)。
[0172] 在時(shí)間tl7,將計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN去活為邏輯低，并禁用參考信號(hào)發(fā)生器840。 根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，從tl5到tl7的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于用于對(duì)測(cè)量的圖像分量進(jìn)行計(jì)數(shù)的 最大時(shí)間，可根據(jù)圖像傳感器的特性將該時(shí)間間隔確定為適當(dāng)數(shù)量的時(shí)鐘周期。
[0173] 根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，圖像傳感器可使用具有反相功能的孤R計(jì)數(shù)器來(lái)執(zhí)行數(shù)字 CDS。在該種情況下，在til到tl2之間的第一計(jì)數(shù)操作W及在tl5到tl6之間的第二計(jì) 數(shù)操作可作為孤R計(jì)數(shù)被執(zhí)行，從而提高了圖像傳感器的操作速度和操作裕度并減小了功 耗。
[0174] 圖34是示出包括上下轉(zhuǎn)換功能的計(jì)數(shù)器的根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的圖像傳感器中 的CDS操作的時(shí)序圖。圖34示出了針對(duì)一列的數(shù)字CDS操作。
[0175]參照?qǐng)D28和圖34,在時(shí)間t21，將來(lái)自時(shí)序控制電路830的計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN 激活成邏輯高，參考信號(hào)發(fā)生器840降低斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平，第一計(jì)數(shù)操作（即向 下計(jì)數(shù)操作）在相應(yīng)的計(jì)數(shù)器CNT中逐列開(kāi)始。將像素電壓信號(hào)化ix作為第一模擬信號(hào) 提供給比較器COM,第一模擬信號(hào)指示重置分量。
[0176] 在時(shí)間t22,斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平與像素電壓信號(hào)化ix的電壓電平變得彼此 相等，比較器COM的比較信號(hào)CMP轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫷?，該表示第一?jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)。響應(yīng) 于比較信號(hào)CMP的下降沿，與重置分量（化St= 3)對(duì)應(yīng)的第一計(jì)數(shù)結(jié)果（-3)被存儲(chǔ)在計(jì) 數(shù)器CNT中。
[0177] 在時(shí)間t23,將計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN去活為邏輯低并禁用參考信號(hào)發(fā)生器840。根 據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，從t21至Ijt23的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于用于對(duì)重置分量進(jìn)行計(jì)數(shù)的最大時(shí)間， 可根據(jù)圖像傳感器的特性將該時(shí)間間隔確定為適當(dāng)數(shù)量的時(shí)鐘周期。
[0178] 在時(shí)間t24,使用可被包括在例如計(jì)數(shù)器CNT中的上下轉(zhuǎn)換控制單元來(lái)執(zhí)行用于 從向下計(jì)數(shù)操作到向上計(jì)數(shù)操作的轉(zhuǎn)換的處理。
[0179] 在時(shí)間t25,再次將來(lái)自時(shí)序控制電路830的計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN激活為邏輯高， 參考信號(hào)發(fā)生器840降低斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平。例如，斜坡信號(hào)RAMP在第二計(jì)數(shù)操 作期間的斜率可W與在第一計(jì)數(shù)操作期間的斜率相同，第二計(jì)數(shù)操作（即向上計(jì)數(shù)操作） 在相應(yīng)的計(jì)數(shù)器CNT中逐列開(kāi)始。將像素電壓信號(hào)化ix作為第二模擬信號(hào)提供給比較器 COM,第二模擬信號(hào)指示測(cè)量的圖像分量。
[0180] 在時(shí)間t26,斜坡信號(hào)RAMP的電壓電平和像素電壓信號(hào)化ix變得彼此相等，比較 器COM的比較信號(hào)CMP轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫷?，該表示第二?jì)數(shù)操作的終止時(shí)間點(diǎn)。響應(yīng)于比較信 號(hào)CMP的下降沿，指示測(cè)量的圖像分量（化st+Vsig=7)的第二模擬信號(hào)與指示重置分量 (化St= 3)的第一模擬信號(hào)之間的差（Vsig= 4)被存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器CNT中。最后存儲(chǔ)的值 (Vsig= 4)作為由位信號(hào)表現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)而被輸出。
[0181] 在時(shí)間t27,將計(jì)數(shù)使能信號(hào)CNT_EN去活為邏輯低，并禁用參考信號(hào)發(fā)生器840。 根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，從t25到t27的時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于用于對(duì)測(cè)量的圖像分量進(jìn)行計(jì)數(shù)的 最大時(shí)間，可根據(jù)圖像傳感器的特性將該時(shí)間間隔確定為適當(dāng)數(shù)量的時(shí)鐘周期。
[0182] 根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理，圖像傳感器可使用具有上下轉(zhuǎn)換功能的孤R計(jì)數(shù)器來(lái)執(zhí)行 數(shù)字CDS。在該樣的實(shí)施例中，在t21至Ij t22之間的第一計(jì)數(shù)操作W及在t25至Ij t26之間的 第二計(jì)數(shù)操作可作為孤R計(jì)數(shù)被執(zhí)行，從而提高了圖像傳感器的操作速度和操作裕度并減 小了功耗。
[0183] 圖35是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的原理的根據(jù)示例性實(shí)施例的操作圖像傳感器的方法 的流程圖。
[0184] 參照?qǐng)D28和圖35,可通過(guò)使用像素陣列810感