斜坡发生器缓冲电路及其驱动方法、图像传感器与流程

本公开涉及图像传感，具体地说，涉及一种斜坡发生器缓冲电路及其驱动方法、图像传感器。

背景技术：

1、图像传感器是一种能将反映图像信息的光信号转换成电信号的传感器芯片，分为ccd结构与cmos结构两大类。在如今的图像传感器市场，cmos图像传感器以其低成本、高速度、低功耗、不断提升的图像质量、以及与cmos工艺兼容的优点获得广泛的应用。不断发展的应用也对cmos图像传感器提出了更高的要求，例如速度、图像质量、芯片功耗等。更快的速度、更好的图像质量、更低的功耗不断对cmos图像传感器的设计提出挑战。

2、在大阵列cmos图像传感器系统中，对于斜坡发生器的斜坡建立时间有很强的要求，过长的建立时间会导致图像质量出现问题。示例性的，图1示出了一种斜坡发生器的输出波形示意图。在大阵列cmos图像传感器系统中，斜坡发生器一般采用电流舵结构实现模数转换器所需要的参考电压波形，即如图1所示的参考电压波形。但由于在大阵列cmos图像传感器系统中具有大规模的阵列数量，电流舵结构斜坡发生器无法直接驱动全部阵列数量的模数转换器，因此需要在斜坡发生器中增加一个缓冲电路承接数模转换器的输出至模数转换器的输入，输出如图1所示的斜坡发生器输出电压波形，其中vr用于表征参考电压波形，vramp用于表征斜坡发生器输出电压波形。

3、对照斜坡发生器输出电压波形和参考电压波形可以看出，在负载较大的情况下，若缓冲电路对于模数转换器的驱动能力不足，则会导致斜坡发生器输出电压的上拉建立时间过长进而产生波形失真，导致模数转换器量化得到的结果失真，严重影响图像传感器的图像质量。现有技术中为了缩短斜坡发生器的建立时间，通常采用增加驱动电流的方式来提高建立速度，但这会带来显著的功耗增加，在增加设计复杂度的同时对图像传感器的图像质量造成一定程度的影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本公开的目的在于提供一种斜坡发生器缓冲电路及其驱动方法、图像传感器，通过在缓冲电路中增加上拉电路的方式减少斜坡发生器输出电压的上拉建立时间，提升图像传感器的图像质量。

2、具体的，本公开的第一方面提供了一种斜坡发生器缓冲电路，该种缓冲电路应用于图像传感器，包括第一电路和第二电路，第一电路用于向第二电路提供偏置电压以及上拉电流镜像源，第二电路用于向模数转换器提供斜坡发生器输出电压波形，其中：

3、第一电路包括上拉偏置电路，用于生成稳定的上拉电流镜像源：

4、第二电路包括上拉电流支路，根据上拉偏置电路提供的上拉电流镜像源，镜像得到上拉电流，从而缩短斜坡发生器输出电压波形中电压上拉事件的对应时间。

5、在上述第一方面的一种可能的实现中，上拉偏置电路在电压上拉事件被触发的情况下，触发镜像动作以在第二电路中生成上拉电流；

6、在电压上拉事件未被触发的情况下，上拉偏置电路和上拉电流支路不参与斜坡发生器输出电压波形的生成。

7、在上述第一方面的一种可能的实现中，上拉偏置电路包括：

8、第一p型晶体管，第一p型晶体管的第一端连接第一电路的第一电压端，第一p型晶体管的控制端连接上拉信号端，第一p型晶体管的第二端连接使能信号端；

9、第二p型晶体管，第二p型晶体管的第一端连接第一电压端，第二p型晶体管的控制端通过cmos开关与使能信号端连接，第二p型晶体管的第二端分别与第二p型晶体管的控制端以及第一电路的第二电压端连接。

10、在上述第一方面的一种可能的实现中，上拉偏置电路还包括：

11、第一n型晶体管和第二n型晶体管，第一n型晶体管和第二n型晶体管串联设置于第二p型晶体管的第二端和第二电压端之间，用于调整上拉电流。

12、在上述第一方面的一种可能的实现中，第二p型晶体管的第二端对应上拉偏置电路中的上拉偏置电压；

13、在上拉信号端提供高电平信号的情况下，第一p型晶体管关断，cmos开关导通，使能信号端输出上拉偏置电压，镜像动作触发，在上拉电流支路中产生上拉电流。

14、在上述第一方面的一种可能的实现中，第二电路包括串联连接在第二电路的第三电压端和第四电压端之间的第三p型晶体管、第四p型晶体管和第五p型晶体管；

15、第四p型晶体管和第五p型晶体管之间设置有第二节点，第二节点与斜坡发生器输出电压波形的输出端相连接；

16、上拉电流支路包括第六p型晶体管，第六p型晶体管的第一端连接第三电压端，第六p型晶体管的控制端连接使能信号端，第六p型晶体管的第二端连接第二节点；

17、在上拉信号端提供高电平信号的情况下，第六p型晶体管与第二p型晶体管电流镜像，第六p型晶体管存在上拉电流。

18、在上述第一方面的一种可能的实现中，在上拉信号端提供低电平信号的情况下，第一p型晶体管导通，cmos开关关断，使能信号端输出第一电压端提供的电压，第六p型晶体管关断；上拉电流为零。

19、在上述第一方面的一种可能的实现中，上拉信号端提供的高电平信号与第一电压端提供的电压相同，上拉信号端提供的低电平信号与第二电压端提供的电压相同；

20、使能信号端提供的高电平信号与第一电压端提供的电压相同，使能信号端提供的低电平信号与上拉偏置电压相同；

21、使能信号端受控生成的电平信号与上拉信号端提供的电平信号相反。

22、本公开的第二方面提供了一种斜坡发生器缓冲电路的驱动方法，应用于前述第一方面的斜坡发生器缓冲电路中，该种驱动方法包括如下步骤：

23、根据斜坡发生器输出电压波形，在电压上拉事件被触发的情况下，驱动斜坡发生器缓冲电路输出斜坡发生器输出电压波形，同时通过上拉电流支路产生上拉电流，以减少斜坡发生器输出电压波形的上拉建立时间；

24、在电压上拉事件未被触发的情况下，驱动斜坡发生器缓冲电路输出斜坡发生器输出电压波形。

25、本公开的第三方面提供了一种图像传感器，包括前述第一方面提供的斜坡发生器缓冲电路。

26、与现有技术相比，本公开具有如下的有益效果：

27、本公开提供的技术方案，在斜坡发生器缓冲电路中通过增设上拉偏置电路的方式提升了斜坡发生器输出电压的上拉能力，减少了上拉建立时间，能够提升图像传感器对应的图像质量；本公开提供的上拉电路占用面积小，仅在斜坡发生输出电压需要上拉时提供相应的上拉电流，对于上拉建立时间的改善针对性强，对于图像传感器整体的功耗增加影响小，易于实施，具有可推广价值。

技术特征：

1.一种斜坡发生器缓冲电路，应用于图像传感器，其特征在于，包括第一电路和第二电路，所述第一电路用于向所述第二电路提供偏置电压以及上拉电流镜像源，所述第二电路用于向模数转换器提供斜坡发生器输出电压波形，其中：

2.如权利要求1所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，所述上拉偏置电路在所述电压上拉事件被触发的情况下，触发镜像动作以在所述第二电路中生成所述上拉电流；

3.根据权利要求1所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，所述上拉偏置电路包括：

4.根据权利要求3所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，所述上拉偏置电路还包括：

5.根据权利要求3所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，所述第二p型晶体管的第二端对应所述上拉偏置电路中的上拉偏置电压；

6.根据权利要求5所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，所述第二电路包括串联连接在所述第二电路的第三电压端和第四电压端之间的第三p型晶体管、第四p型晶体管和第五p型晶体管；

7.根据权利要求6所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，在所述上拉信号端提供低电平信号的情况下，所述第一p型晶体管导通，所述cmos开关关断，所述使能信号端输出第一电压端提供的电压，所述第六p型晶体管关断；所述上拉电流为零。

8.根据权利要求7所述的斜坡发生器缓冲电路，其特征在于，所述上拉信号端提供的高电平信号与所述第一电压端提供的电压相同，所述上拉信号端提供的低电平信号与所述第二电压端提供的电压相同；

9.一种斜坡发生器缓冲电路的驱动方法，其特征在于，应用于如权利要求1至权利要求8中任意一项所述的斜坡发生器缓冲电路，驱动方法包括如下步骤：

10.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求8中任意一项所述的斜坡发生器缓冲电路。

技术总结本公开提供了一种斜坡发生器缓冲电路及其驱动方法、图像传感器，其中缓冲电路包括第一电路和第二电路，第一电路用于提供偏置电压电流，第二电路用于提供斜坡发生器输出电压波形，第一电路中设有上拉偏置电路，用于生成稳定的上拉电流镜像源；第二电路中设有镜像的上拉电流支路，基于提供的上拉电流缩短斜坡发生器输出电压波形中电压上拉事件的对应时间。本公开提供的技术方案，在斜坡发生器缓冲电路中通过增设上拉偏置电路的方式提升了斜坡发生器输出电压的上拉能力，减少了上拉建立时间，能够提升图像传感器对应的图像质量；本公开提供的上拉电路占用面积小，对于上拉建立时间的改善针对性强，对于图像传感器整体的功耗增加影响小，易于实施，具有可推广价值。技术研发人员：卢娜,杨慧受保护的技术使用者：深圳市元视芯智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14