斜坡电压缓冲电路、模数转换电路及图像传感器的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路领域，具体而言，涉及一种斜坡电压缓冲电路、模数转换电路及图像传感器。

背景技术：

2.随着科技的发展，图像传感器可以通用于多种电子设备，例如视频监控系统、智能手机、数字相机以及智能ai、人脸识别等多种电子产品中用于捕获和识别人物或场景的图像信息，作为数字摄像头的重要组成部分。一般在图像传感器的应用电路里，包括互相连接的global buffer和大阵列比较器，先前技术中，存在着global buffer复位阶段充电速度慢及大阵列比较器寄生电容大的问题。

技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本实用新型提供了一种斜坡电压缓冲电路、模数转换电路及图像传感器，能够有效解决复位阶段充电速度慢及寄生电容大的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
5.第一方面，本实用新型提供了一种斜坡电压缓冲电路，所述斜坡电压缓冲电路包括：
6.斜坡电压输出模块，所述斜坡电压输出模块接收第一高电平电压信号，并根据所述第一高电平电压信号输出斜坡电压信号；
7.缓冲模块，所述缓冲模块包括依次连接的第一缓冲模块和第二缓冲模块，所述第一缓冲模块连接所述斜坡电压输出模块，所述第一缓冲模块根据所述斜坡电压输出模块输出的所述斜坡电压信号输出第一电压信号，所述第二缓冲模块接收所述第一电压信号，所述第一电压信号的阻抗小于所述斜坡电压信号的阻抗。
8.在一实施例中，所述第一缓冲模块包括串行连接的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；
9.所述第一晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第一晶体管的控制端连接第一偏置电压信号；
10.所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端连接，所述第二晶体管的控制端连接第二偏置电压信号，所述第二晶体管的第二端连接第一缓冲输出端，所述第二晶体管与所述第一晶体管共同构成电流镜；
11.所述第三晶体管的第一端与接地信号连接，所述第三晶体管的控制端与所述斜坡电压信号连接，所述第三晶体管的第二端连接所述第一缓冲输出端。
12.在一实施例中，所述第三晶体管为源级跟随晶体管。
13.在一实施例中，所述第一缓冲模块还包括检测控制结构，所述检测控制结构包括：
14.第四晶体管，所述第四晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第四晶体管的控制端通过所述第一晶体管的控制端连接至所述第一偏置电压信号；
15.第五晶体管，所述第五晶体管的第一端与所述第四晶体管的第二端连接，所述第五晶体管的控制端通过所述第二晶体管的控制端连接至所述第二偏置电压信号，所述第五晶体管的第二端连接所述第一缓冲输出端，所述第四晶体管与所述第五晶体管共同构成电流镜；
16.第六晶体管，所述第六晶体管的第一端通过电阻串连接至所述接地信号，所述第六晶体管的控制端通过所述第三晶体管与所述斜坡电压信号连接，所述第六晶体管的第二端连接所述第一缓冲输出端；
17.第一比较单元，所述第一比较单元的第一输入端连接至所述电阻串的第一端，所述第一比较单元的第二输入端连接至所述电阻串的第二端，所述第一比较单元的输出端连接至第七晶体管的控制端；
18.所述第七晶体管，所述第七晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第七晶体管的第二端通过所述第五晶体管的第二端连接至所述第一缓冲输出端。
19.在一实施例中，所述第六晶体管为源级跟随晶体管。
20.在一实施例中，所述第三晶体管与所述第六晶体管的阻抗均为1/gm，其中，所述gm为所述第三晶体管或所述第六晶体管的跨导。
21.在一实施例中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第六晶体管、所述第七晶体管均为p型晶体管。
22.在一实施例中，所述第一比较单元包括第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管；
23.所述第八晶体管和所述第九晶体管，所述第八晶体管和所述第九晶体管构成电流镜，且所述第八晶体管的第一端和所述第九晶体管的第一端共同连接所述第一高电平电压信号，所述第八晶体管的控制端和所述第九晶体管的控制端共同连接至负载偏置点；
24.所述第十晶体管和所述第十一晶体管，所述第十晶体管的第一端和所述第十一晶体管的第一端分别与所述第八晶体管的第二端和所述第九晶体管的第二端连接，所述第十晶体管的第二端通过电压源与所述电阻串的第一端连接，所述第十一晶体管的第二端与所述电阻串的第二端连接，所述第十一晶体管的第一端与所述第十一晶体管的控制端短接；
25.所述第八晶体管的第二端和所述第十晶体管的第一端共同连接所述第七晶体管的控制端。
26.在一实施例中，所述第八晶体管的沟道宽长比和第九晶体管的沟道宽长比相同，所述第十晶体管的沟道宽长比大于所述第十一晶体管的沟道宽长比。
27.在一实施例中，所述第八晶体管和所述第九晶体管均为p型晶体管，所述第十晶体管和所述第十一晶体管均为n型晶体管。
28.在一实施例中，所述第二缓冲模块根据所述第一缓冲模块输出的所述第一电压信号输出第二电压信号。
29.在一实施例中，所述第二缓冲模块包括串行连接的第十二晶体管、第十三晶体管和第十四晶体管；
30.所述第十二晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第十二晶体管的控制端连接所述第一偏置电压信号，所述第十二晶体管的第二端连接第二缓冲输出端；
31.所述第十三晶体管的第二端连接所述第二缓冲输出端，所述第十三晶体管的控制
端连接所述第二偏置电压信号；
32.所述第十四晶体管的第一端与接地信号连接，所述第十四晶体管的控制端与所述第一电压信号连接，所述第十四晶体管的第二端连接所述第十三晶体管的第一端，所述第十三晶体管与第十四晶体管共同构成电流镜。
33.在一实施例中，所述第十二晶体管为源级跟随晶体管。
34.在一实施例中，所述第十二晶体管、所述第十三晶体管、所述第十四晶体管均为n型晶体管。
35.第二方面，本实用新型提供了一种模数转换电路，包括如上述的斜坡电压缓冲电路，所述模数转换电路还包括：
36.若干第二比较单元，任一所述第二比较单元对应连接一个所述第二缓冲模块，所述第二比较单元的第一输入端接入第二电压信号，所述第二比较单元的第二输入端接入像素电路传输的图像信号，所述第二比较单元对所述第二电压信号和所述图像信号进行比较产生比较信号；
37.计数器，所述计数器与所述第二比较单元的输出端连接，所述计数器被配置为根据所述比较信号生成关于时间的计数值；
38.存储器，所述存储器与所述计数器连接，所述存储器被配置为基于所述比较信号存储所述计数器中的计数值。
39.第三方面，本实用新型提供了一种图像传感器，包括像素电路以及上述的模数转换电路。
40.根据本实用新型提供了一种斜坡电压缓冲电路，包括斜坡电压输出模块和缓冲模块。缓冲模块包括依次连接的第一缓冲模块和第二缓冲模块。斜坡电压输出模块接收第一高电平电压信号，并根据第一高电平电压信号输出斜坡电压信号。第一缓冲模块连接斜坡电压输出模块，第一缓冲模块根据斜坡电压输出模块输出的斜坡电压信号输出第一电压信号，第二缓冲模块接收第一电压信号，第一电压信号的阻抗小于斜坡电压信号的阻抗。本实用新型提供的斜坡电压缓冲电路，具有斜坡电压快速复位的功能及解决寄生电容大的问题，并可应用于数模转换电路和图像传感器，产品通用性以及应用性良好。
41.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
42.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对本实用新型范围的限定。
43.图1是本实用新型提供的斜坡电压缓冲电路的示意性电路图。
44.图2是本实用新型提供的第一缓冲模块的示意性电路图。
45.图3是先前技术提供的改进前第一缓冲模块的输入输出波形图。
46.图4是本实用新型提供的检测控制结构的示意性电路图。
47.图5是本实用新型提供的改进后第一缓冲模块的输入输出波形图。
48.图6是本实用新型提供的第一比较单元的示意性电路图。
follower)。其中，第一晶体管p1和第二晶体管p2主要的作用是给第三晶体管p3提供输入电流。
57.在一实施例中，第一缓冲模块global buffer还包括检测控制结构400，检测控制结构400包括第四晶体管p4、第五晶体管p5、第六晶体管p6、第一比较单元cmp和第七晶体管p7。第四晶体管p4的第一端连接第一高电平电压信号vdd。第四晶体管p4的控制端通过第一晶体管p1的控制端连接至第一偏置电压信号ramp_buf_bias。第五晶体管p5的第一端与第四晶体管p4的第二端连接。第五晶体管p5的控制端通过第二晶体管p2的控制端连接至第二偏置电压信号amp_buf_pcasc。第五晶体管p5的第二端连接第一缓冲输出端gbo。其中，第四晶体管p4与第五晶体管p5共同构成电流镜。第六晶体管p6的第一端通过电阻串r连接至接地信号gnd。第六晶体管p6的控制端通过第三晶体管p3的控制端与斜坡电压信号ramp_dac_out连接。第六晶体管p6的第二端连接第一缓冲输出端gbo。
58.在一实施例中，第一比较单元cmp的第一输入端连接至电阻串r的第一端。第一比较单元cmp的第二输入端连接至电阻串r的第二端。第一比较单元cmp的输出端连接至第七晶体管p7的控制端。第七晶体管p7的第一端连接第一高电平电压信号vdd。第七晶体管p7的第二端通过第五晶体管p5的第二端连接至第一缓冲输出端gbo。第三晶体管p3与第六晶体管p6的阻抗均为1/gm。换言之，gm为第三晶体管p3或第六晶体管p6的跨导。第三晶体管p3与第六晶体管p6皆为源级跟随晶体管，因此跨导高，相应的阻抗降低。第一晶体管p1、第二晶体管p2、第三晶体管p3、第四晶体管p4、第五晶体管p5、第六晶体管p6、第七晶体管p7均为p型晶体管。
59.请同时参阅图4和图6，图6是本实用新型提供的第一比较单元的示意性电路图。第一比较单元cmp包括第八晶体管p8、第九晶体管p9、第十晶体管p10和第十一晶体管p11。第八晶体管p8和第九晶体管p9构成电流镜。第八晶体管p8的第一端和第九晶体管p9的第一端共同连接第一高电平电压信号vdd。第八晶体管p8的控制端和第九晶体管p9的控制端共同连接至负载偏置点pbias，作为共栅电流镜。第十晶体管p10的第一端和第十一晶体管p11的第一端分别与第八晶体管p8的第二端和第九晶体管p9的第二端连接。第十晶体管p10的第二端通过电压源v与电阻串r的第一端连接。第十一晶体管p11的第二端与电阻串r的第二端连接。第十一晶体管p11的第一端与第十一晶体管p11的控制端短接。第八晶体管p8的第二端和第十晶体管p10的第一端共同连接第七晶体管p7的控制端。例如，电压源v的预设电压值为50mv，当第十晶体管p10的第二端电压值大于50mv时，第一比较单元cmp输出高电平，第七晶体管p7关闭，完成电压复位；当第十晶体管p10的第二端电压值小于50mv时，第一比较单元cmp输出低电平，第七晶体管p7开启并接收第一高电平电压信号vdd，为第一缓冲输出端gbo进行充电以达到快速电压复位，并重复上述操作。
60.在一实施例中，第八晶体管p8的沟道宽长比(w/l)和第九晶体管p9的沟道宽长比相同。第十晶体管p10的沟道宽长比大于第十一晶体管p11的沟道宽长比，以令第十晶体管p10的阈值电压大于第十一晶体管p11的阈值电压。其中，第八晶体管p8和第九晶体管p9均为p型晶体管。第十晶体管p10和第十一晶体管p11均为n型晶体管。
61.请同时参阅图4和图7，图7是本实用新型提供的第二缓冲模块的示意性电路图。第二缓冲模块local buffer根据第一缓冲模块global buffer输出的第一电压信号global_buf_out输出第二电压信号local_buf_out。其中，第一电压信号global_buf_out的阻抗和
第二电压信号local_buf_out的阻抗都小于斜坡电压信号ramp_dac_out的阻抗，且第二电压信号的阻抗不小于第一电压信号的阻抗，以在斜坡电压信号ramp_dac_out后调整为大阵列比较器提供阻抗更小的电压信号，解决寄生电容大的问题。
62.在一实施例中，第二缓冲模块local buffer包括串行连接的第十二晶体管p12、第十三晶体管p13和第十四晶体管p14。第十二晶体管p12的第一端连接第一高电平电压信号vdd。第十二晶体管p12的控制端连接第一偏置电压信号ramp_buf_bias。第十二晶体管p12的第二端连接第二缓冲输出端lbo(local_buf_out)。第十三晶体管p13的第二端连接第二缓冲输出端lbo。第十三晶体管p13的控制端连接第二偏置电压信号ramp_buf_pcasc。第十四晶体管p14的第一端与接地信号gnd连接。第十四晶体管p14的控制端与第一电压信号global_buf_out连接。第十四晶体管p14的第二端连接第十三晶体管p13的第一端。第十三晶体管p13与第十四晶体管p14共同构成电流镜。第十二晶体管p12为源级跟随晶体管。第十二晶体管p12、第十三晶体管p13、第十四晶体管p14均为n型晶体管，用于降低第二缓冲模块local buffer的导通压降。
63.请同时参阅图1、图7和图8，图8是本实用新型提供的模数转换电路的示意性电路图。模数转换电路900包括斜坡电压缓冲电路100，模数转换电路900还包括若干第二比较单元cmp2、像素电路910、计数器920和存储器930。任一第二比较单元cmp2对应连接一个第二缓冲模块local buffer。第二比较单元cmp2的第一输入端接入第二电压信号local_buf_out。第二比较单元cmp2的第二输入端接入像素电路910传输的图像信号，应用于cis(contact image sensor)的图像信号包括复位信号和量化信号，接触式图像传感器是由一排与扫描原稿宽度相同的光电传感阵列、led光源阵列和柱状透镜阵列等部件所组成。第二比较单元cmp2对第二电压信号local_buf_out和图像信号进行比较产生比较信号。计数器920与第二比较单元cmp2的输出端连接，计数器920被配置为根据比较信号生成关于时间的计数值。存储器930与计数器920连接，存储器930被配置为基于比较信号存储计数器920中的计数值。
64.在一实施例中，本实用新型提供一种图像传感器，包括像素电路910以及模数转换电路900。
65.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
66.因此，以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

技术特征：

1.一种斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述斜坡电压缓冲电路包括：斜坡电压输出模块，所述斜坡电压输出模块接收第一高电平电压信号，并根据所述第一高电平电压信号输出斜坡电压信号；缓冲模块，所述缓冲模块包括依次连接的第一缓冲模块和第二缓冲模块，所述第一缓冲模块连接所述斜坡电压输出模块，所述第一缓冲模块根据所述斜坡电压输出模块输出的所述斜坡电压信号输出第一电压信号，所述第二缓冲模块接收所述第一电压信号，所述第一电压信号的阻抗小于所述斜坡电压信号的阻抗。2.根据权利要求1所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第一缓冲模块包括串行连接的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；所述第一晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第一晶体管的控制端连接第一偏置电压信号；所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端连接，所述第二晶体管的控制端连接第二偏置电压信号，所述第二晶体管的第二端连接第一缓冲输出端，所述第二晶体管与所述第一晶体管共同构成电流镜；所述第三晶体管的第一端与接地信号连接，所述第三晶体管的控制端与所述斜坡电压信号连接，所述第三晶体管的第二端连接所述第一缓冲输出端。3.根据权利要求2所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第三晶体管为源级跟随晶体管。4.如权利要求2所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第一缓冲模块还包括检测控制结构，所述检测控制结构包括：第四晶体管，所述第四晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第四晶体管的控制端通过所述第一晶体管的控制端连接至所述第一偏置电压信号；第五晶体管，所述第五晶体管的第一端与所述第四晶体管的第二端连接，所述第五晶体管的控制端通过所述第二晶体管的控制端连接至所述第二偏置电压信号，所述第五晶体管的第二端连接所述第一缓冲输出端，所述第四晶体管与所述第五晶体管共同构成电流镜；第六晶体管，所述第六晶体管的第一端通过电阻串连接至所述接地信号，所述第六晶体管的控制端通过所述第三晶体管与所述斜坡电压信号连接，所述第六晶体管的第二端连接所述第一缓冲输出端；第一比较单元，所述第一比较单元的第一输入端连接至所述电阻串的第一端，所述第一比较单元的第二输入端连接至所述电阻串的第二端，所述第一比较单元的输出端连接至第七晶体管的控制端；所述第七晶体管，所述第七晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第七晶体管的第二端通过所述第五晶体管的第二端连接至所述第一缓冲输出端。5.如权利要求4所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第六晶体管为源级跟随晶体管。6.如权利要求5所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第三晶体管与所述第六晶体管的阻抗均为1/gm，其中，所述gm为所述第三晶体管或所述第六晶体管的跨导。7.如权利要求4所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶
体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第六晶体管、所述第七晶体管均为p型晶体管。8.如权利要求4所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第一比较单元包括第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管，其中：所述第八晶体管和所述第九晶体管，所述第八晶体管和所述第九晶体管构成电流镜，且所述第八晶体管的第一端和所述第九晶体管的第一端共同连接所述第一高电平电压信号，所述第八晶体管的控制端和所述第九晶体管的控制端共同连接至负载偏置点；所述第十晶体管和所述第十一晶体管，所述第十晶体管的第一端和所述第十一晶体管的第一端分别与所述第八晶体管的第二端和所述第九晶体管的第二端连接，所述第十晶体管的第二端通过电压源与所述电阻串的第一端连接，所述第十一晶体管的第二端与所述电阻串的第二端连接，所述第十一晶体管的第一端与所述第十一晶体管的控制端短接；所述第八晶体管的第二端和所述第十晶体管的第一端共同连接所述第七晶体管的控制端。9.如权利要求8所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第八晶体管的沟道宽长比和第九晶体管的沟道宽长比相同，所述第十晶体管的沟道宽长比大于所述第十一晶体管的沟道宽长比。10.如权利要求8所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第八晶体管和所述第九晶体管均为p型晶体管，所述第十晶体管和所述第十一晶体管均为n型晶体管。11.如权利要求2所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第二缓冲模块根据所述第一缓冲模块输出的所述第一电压信号输出第二电压信号。12.如权利要求11所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第二缓冲模块包括串行连接的第十二晶体管、第十三晶体管和第十四晶体管；所述第十二晶体管的第一端连接所述第一高电平电压信号，所述第十二晶体管的控制端连接所述第一偏置电压信号，所述第十二晶体管的第二端连接第二缓冲输出端；所述第十三晶体管的第二端连接所述第二缓冲输出端，所述第十三晶体管的控制端连接所述第二偏置电压信号；所述第十四晶体管的第一端与接地信号连接，所述第十四晶体管的控制端与所述第一电压信号连接，所述第十四晶体管的第二端连接所述第十三晶体管的第一端，所述第十三晶体管与第十四晶体管共同构成电流镜。13.如权利要求12所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第十二晶体管为源级跟随晶体管。14.如权利要求12所述的斜坡电压缓冲电路，其特征在于，所述第十二晶体管、所述第十三晶体管、所述第十四晶体管均为n型晶体管。15.一种模数转换电路，其特征在于，包括如权利要求1-14任一项所述的斜坡电压缓冲电路，所述模数转换电路还包括：若干第二比较单元，任一所述第二比较单元对应连接一个所述第二缓冲模块，所述第二比较单元的第一输入端接入第二电压信号，所述第二比较单元的第二输入端接入像素电路传输的图像信号，所述第二比较单元对所述第二电压信号和所述图像信号进行比较产生比较信号；
计数器，所述计数器与所述第二比较单元的输出端连接，所述计数器被配置为根据所述比较信号生成关于时间的计数值；存储器，所述存储器与所述计数器连接，所述存储器被配置为基于所述比较信号存储所述计数器中的计数值。16.一种图像传感器，其特征在于，包括像素电路以及如权利要求15所述的模数转换电路。

技术总结

本实用新型提供一种斜坡电压缓冲电路，包括斜坡电压输出模块和缓冲模块。缓冲模块包括依次连接的第一缓冲模块和第二缓冲模块。斜坡电压输出模块接收第一高电平电压信号，并根据第一高电平电压信号输出斜坡电压信号。第一缓冲模块连接斜坡电压输出模块，第一缓冲模块根据斜坡电压输出模块输出的斜坡电压信号输出第一电压信号，第二缓冲模块接收第一电压信号，第一电压信号的阻抗小于斜坡电压信号的阻抗。本实用新型提供的斜坡电压缓冲电路，具有斜坡电压快速复位的功能。斜坡电压快速复位的功能。斜坡电压快速复位的功能。