[发明专利]用于数字图像传感器的像素级增益调整的数字转换

说明书

本申请描述了用于CMOS图像传感器(CIS)中像素信号的数字转换技术。该CIS包括列并行模数转换器(ADC)，每个ADC都有一个支持N个增益设置的可编程增益放大器(PGA)。每个ADC可以针对该N个增益设置中的每个增益设置(Gn)执行各自的重置阶段转换，以获得与该Gn相关联的各自的基线偏移(BOn)。可以将预判值确定为像素信号的函数，该预判值对应于该增益设置(Gs)中所选的一个增益设置。可以通过使用该预判值将该PGA的增益设置为Gs并获得信号偏移(SO)来转换该像素信号。可以针对作为该SO和该BOs的函数的像素信号计算数字像素输出，其中该BOs是对应于Gs的BOn。

优先权要求和相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月15日提交的美国申请号为16/742,969的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明总体上涉及数字图像传感器。更具体地，实施例涉及在互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)数字图像传感器中使用可编程增益放大器(rogrammable gain amplifiers,PGA)的像素级增益调整的数字转换。

背景技术

许多电子设备包括相机以及依赖于数字图像传感器的其他功能。例如，大多数现代智能手机包括一台或多台数码相机，这些数码相机依赖于数字图像传感硬件和软件来捕获和处理图像。此类应用通常使用互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CMOS imagesensor,CIS)来进行图像感测。随着时间的推移，消费者们希望这些图像传感器具有更高的性能，包括更高的分辨率和更低的噪音。此外，特别是在便携式电子设备中(例如，具有固定电池容量的便携式电子设备)，消费者们希望其能在提供此类功能的同时，不对功耗和动态范围产生不利的影响。例如，模拟电源如果无法驱动现代CIS功耗的主要部分，其就驱动着现代CIS功耗的一个重要部分。因此，在便携式电子设备中实现高性能CIS会涉及到在严格的功率效率和噪声限制内设计模数转换器(analog-to-digital converters,ADC)和其他组件。

发明内容

实施例提供CMOS图像传感器(CIS)中像素信号的像素级、可编程增益和数字转换。所述CIS包括列并行模数转换器(ADC)，每个列并行模数转换器都有一个支持N个增益设置的可编程增益放大器(PGA)。每个ADC可以针对所述N个增益设置中的每个增益设置(gainsetting,Gn)执行各自的重置阶段转换，以获得与所述Gn相关联的各自的基线偏移(baseline offset,BOn)。可以将预判值确定为像素信号的函数，所述预判值对应于所述增益设置(gain settings,Gs)中所选的一个增益设置。可以通过使用所述预判值将所述PGA的增益设置为Gs并获得信号偏移(signal offset,SO)来转换所述像素信号。可以针对作为所述SO和BOs的函数的像素信号计算数字像素输出，其中所述BOs是对应于Gs的BOn。

附图说明

本文提及并构成本文一部分的附图示出了本公开的实施例。附图与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1示出了说明性互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)，作为本文中描述的各种实施例的上下文。

图2示出了根据各种实施例的与说明性列并行模数转换器(ADC)耦合的说明性像素的电路框图。

图3示出了常规像素读出的说明性时序图。

图4示出了使用常规像素级增益调整的最终转换像素输出对像素信号的说明性曲线图，如图3所述。

图5示出了根据各种实施例的像素级增益调整的读出和转换的说明性时序图。

图6A和6B示出了根据各种实施例的支持多个增益设置的可编程增益放大器(PGA)的示意性实现。