TWI559768B - 用於被動畫素之取樣控制電路與其方法 - Google Patents

Description

用於被動畫素之取樣控制電路與其方法

本發明是一種取樣控制技術，且特別是有關於一種用於被動畫素之取樣控制電路與其方法。

在被動畫素感測器(Passive Pixel Sensor,PPS)的光感測器陣列(photo sensor array)架構中，有時使用積分器(integrator)來累積畫素內部電荷以利將訊號轉換成電壓再向外傳輸。然而由於感測器陣列設計間的差異，積分累積的電荷不盡相同，充電所需時間也不相同。訊號的取樣透過外部電路的取樣訊號，一般而言取樣的時間點取決於薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)的電性特性與畫素內部充電狀況，但是外部電路無法得知畫素內實際狀況，取樣的確切時間點也只能依照過去經驗設定為固定值，導致額外的電荷累積在積分器內。

因此，如何依照每次充電時間不同而改變取樣時間點，以準確地取得畫素內部電荷資訊，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。

為了根據畫素實際充電狀況決定取樣訊號時間點，本揭示內容之一態樣是提供一種用於被動畫素(passive pixel)之取樣控制電路，其包括積分電路、相關式雙重取樣(correlated double sampling,CDS)電路、電流偵測電路與取樣仲裁器(sampling arbiter)，其中積分電路電性耦接至畫素開關，相關式雙重取樣電路電性耦接至該積分電路。積分電路包括積分電容。畫素開關用以根據充電控制訊號以電性連接或電性隔離積分電路與被動畫素。電流偵測電路用以量測反映積分電容之電容電流的相關資訊。取樣仲裁器用以在偵測到該相關式雙重取樣電路所接收之重置訊號同時，依據該充電控制訊號的位準，當判定該電容電流與電流門檻值的關係符合預定條件時，輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路，藉以啟動相關式雙重取樣電路去取樣積分電路之輸出電壓。

本揭示內容之又一態樣為一種用於被動畫素之取樣控制方法，包括：透過畫素開關根據充電控制訊號以電性連接或電性隔離積分電路與被動畫素，其中該積分電路包含積分電容；透過電流偵測電路量測反映積分電容之電容電流的相關資訊；透過取樣仲裁器在偵測到相關式雙重取樣電路所接收之重置訊號同時，依據充電控制訊號的位準，當判定電容電流與電流門檻值的關係符合預定條件時，輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路，藉以啟動相關式雙重取樣電路去取樣積分電路之輸出電壓。

綜上所述，本揭示內容係以偵測流經積分電路包含的積分電容的電流值以決定畫素充電完成的時間點，並且在此時間點取樣積分電路的輸出電壓。相較於先前技術設定固定的時間數值進行取樣的方式，本發明可根據積分電路耦接的畫素感測器，依據實際上畫素充電完成的時間點取樣輸出電壓，提高取樣控制電路的應用在不同畫素設計的範圍，並同時提升畫素充電電壓的取樣準確性。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本揭示內容之技術方案提供更進一步的解釋。

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

100、200、300、400‧‧‧用於被動畫素之取樣控制電路

110‧‧‧積分電路

120‧‧‧相關式雙重取樣電路

122‧‧‧次級電路

130‧‧‧電流偵測電路

140‧‧‧取樣仲裁器

150‧‧‧畫素開關

G[n]‧‧‧充電控制訊號

Cst‧‧‧畫素電容

Vdiode‧‧‧二極體電壓

Vbias‧‧‧偏壓

Vout‧‧‧輸出電壓

OE‧‧‧訊號

HS‧‧‧控制訊號

HR‧‧‧重置訊號

Vreset、Vsignal‧‧‧取樣電壓

Vdata‧‧‧資料電壓

I‧‧‧充電電流

Ic、Ic’‧‧‧電容電流

Mux_rst‧‧‧開關

Cfb‧‧‧積分電容

212‧‧‧運算放大器

232‧‧‧電流計

R‧‧‧電阻器

Vr‧‧‧電阻器兩端之電壓值

Vref‧‧‧參考電壓

432‧‧‧微分器

700、800‧‧‧用於被動畫素之取樣控制方法

S702~S716、S802~S816‧‧‧步驟

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖示之說明如下：第1圖係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素(passive pixel)之取樣控制電路示意圖；第2圖係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素之取樣控制電路示意圖；第3圖係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素之取樣控制電路示意圖；第4圖係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素之取樣控制電路示意圖；第5圖係說明本揭示內容一實施例之被動畫素透過電子累積式(electron accumulation)充電之訊號時序圖；第6圖係說明本揭示內容一實施例之被動畫素透過電洞累 積式(hole accumulation)充電之訊號時序圖；第7圖係說明本揭示內容另一實施例之用於被動畫素之取樣控制方法流程圖，其中被動畫素透過電子累積式充電；以及第8圖係說明本揭示內容另一實施例之用於電洞累積式被動畫素之取樣控制方法流程圖，其中被動畫素透過電洞累積式充電。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述之各種實施例。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍；步驟的描述亦非用以限制其執行之順序，任何由重新組合，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則「一」與「該」可泛指單一個或複數個。

另外，關於本文中所使用之「耦接」及「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體接觸或電性接觸，或是相互間接作實體接觸或電性接觸，而「耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。

如第1圖所繪示，其為本揭示內容一實施例之用於被動畫素(passive pixel)之取樣控制電路100示意圖。取樣控制電路100包括積分電路110、相關式雙重取樣 (correlated double sampling,CDS)電路120、電流偵測電路130與取樣仲裁器(sampling arbiter)140，其中積分電路110電性耦接至畫素開關150，相關式雙重取樣電路電性120耦接至積分電路110。畫素開關150用以根據充電控制訊號G[n]以電性連接或電性隔離積分電路110與被動畫素。於一實施例中，當充電控制訊號G[n]位於邏輯高位準時，電性連接積分電路110與被動畫素；而當充電控制訊號G[n]位於邏輯低位準時，電性隔離積分電路110與被動畫素。被動畫素以並聯電性連接的二極體與畫素電容Cst表示，被動畫素與畫素開關電性連接的一端點具有二極體電壓Vdiode，被動畫素的另一端點電性連接至偏壓Vbias。

取樣仲裁器140透過OE訊號致能(enable)以正常運作。於一實施例中，OE訊號與充電控制訊號G[n]相同。電流偵測電路130用以量測反映積分電容之電容電流的相關資訊，以進一步得知被動畫素的實際充電情形。取樣仲裁器140用以在偵測到相關式雙重取樣電路120所接收之重置訊號HR同時，依據充電控制訊號G[n]的位準，當判定電容電流與電流門檻值的關係符合預定條件時，輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120，藉以啟動相關式雙重取樣電路120去取樣積分電路110之輸出電壓Vout。於一實施例中，上述預定條件可為使用者定義之判斷被動畫素充電完成的條件。

於一實施例中，被動畫素透過電子累積式充電(electron accumulation)，重置訊號HR自外部直接給 予或者外部電路提供至相關式雙重取樣電路120與取樣仲裁器140，相關式雙重取樣電路120接收到重置訊號HR時，即取樣此時積分電路110的輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vreset儲存於電容器中。取樣仲裁器140在偵測到重置訊號HR同時，當判定充電控制訊號G[n]於邏輯高位準，表示此時畫素開關電性連接積分電路110與被動畫素，並且被動畫素已經開始以充電電流I進行充電。因此，預定條件為進而判斷電容電流Ic是否小於電流門檻值Ith。當電容電流Ic小於電流門檻值Ith時，表示此時被動畫素已接近充電完成，此時取樣仲裁器140輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120以取樣積分電路110之輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vsignal儲存於電容器中。上述之電流門檻值Ith可依實際狀況決定。於一實施例中，電流門檻值Ith的最小值I _{th_min} 由公式(1)決定。

其中t_{Gate_ON_Period}為被動畫素充電的時間，亦即畫素開關150電性連接積分電路110與被動畫素的時間，通常根據系統解析度與框率(frame rate)計算得知。另外，如果畫素開關開啟時間為t_{Gate_ON_Period}，則被動畫素的跨壓可以充電達到(Vref-Vbias)的99.75%。R_ON為薄膜電晶體開啟時的電阻(TFT on resistance)，Cst為被動畫素等效電容值，Vref為畫素開關與積分電路連接端的電 壓，Vbias為偏壓。於一實施例中，t_{Gate_ON_Period}為(6R_ONCst)，R_ON為1M歐姆(ohm)，Vref為1伏特(V)，Vbias為-6伏特(V)，則計算出的最小電流門檻值I _{th_min} 為1.75×10^-8安培(A)。於一實施例中，若定義被動畫素的跨壓充電達到(Vref-Vbias)的99%作為充電完成的標準，則電流門檻值Ith可根據公式(2)與(3)計算得知為7×10^-8安培(A)。如此一來，使用者也可自行根據實際需求決定被動畫素的跨壓充電達到(Vref-Vbias)的其他百分比作為充電完成的標準，並且依據公式(2)與(3)的方式計算出對應的電流門檻值Ith。

或者，於一實施例中，被動畫素透過電子累積式充電，重置訊號HR自外部直接給予或者外部電路提供至相關式雙重取樣電路120與取樣仲裁器140，相關式雙重取樣電路120接收到重置訊號HR時，即取樣此時積分電路110的輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vreset儲存於電容器中。取樣仲裁器140在偵測到重置訊號HR同時，當判定充電控制訊號G[n]於邏輯低位準，表示此時畫素開關電性隔離積分電路110與被動畫素，被動畫素尚未開始充電。因此，預定條件為先判斷電容電流Ic是否大於電流門檻值Ith，亦即 先判斷被動畫素開始充電。當電容電流Ic大於電流門檻值Ith時，表示此時被動畫素正在以充電電流I進行充電當中，接著再判斷電容電流Ic是否小於電流門檻值Ith。當電容電流Ic小於電流門檻值Ith時，表示此時被動畫素已接近充電完成，此時取樣仲裁器140輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120以取樣積分電路110之輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vsignal儲存於電容器中。電流門檻值Ith可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

於另一實施例中，被動畫素透過電洞累積式充電(hole accumulation)，重置訊號HR自外部直接給予或者外部電路提供至相關式雙重取樣電路120與取樣仲裁器140，相關式雙重取樣電路120接收到重置訊號HR時，即取樣此時積分電路110的輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vreset儲存於電容器中。取樣仲裁器140在偵測到重置訊號HR同時，當判定充電控制訊號G[n]於邏輯高位準，表示此時畫素開關電性連接積分電路110與被動畫素，並且被動畫素已經開始以充電電流I進行充電，電流方向與電子累積式充電時的電流方向相反，亦即電洞累積式充電的電容電流Ic’與電子累積式充電的電容電流Ic正負號相反(定義第2圖~第4圖中電容電流方向往右為正)。因此，預定條件為進而判斷電容電流Ic’是否大於電流門檻值Ith’。當電容電流Ic’大於電流門檻值Ith’時，表示此時被動畫素已接近充電完成，此時取樣仲裁器140輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120以取樣積分電路110之輸出電壓Vout，作為 取樣電壓Vsignal儲存於電容器中。電流門檻值Ith’可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

或者，於一實施例中，被動畫素透過電洞累積式充電，重置訊號HR自外部直接給予或者外部電路提供至相關式雙重取樣電路120與取樣仲裁器140，相關式雙重取樣電路120接收到重置訊號HR時，即取樣此時積分電路110的輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vreset儲存於電容器中。 取樣仲裁器140在偵測到重置訊號HR同時，當判定充電控制訊號G[n]於邏輯低位準，表示此時畫素開關電性隔離積分電路110與被動畫素，被動畫素尚未開始充電。因此，預定條件為先判斷電容電流Ic’是否小於電流門檻值Ith’，亦即先判斷被動畫素開始充電。當電容電流Ic’小於電流門檻值Ith’時，表示此時被動畫素正在以充電電流I進行充電當中，接著再判斷電容電流Ic’是否大於電流門檻值Ith’。當電容電流Ic’大於電流門檻值Ith’時，表示此時被動畫素已接近充電完成，此時取樣仲裁器140輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120以取樣積分電路110之輸出電壓Vout，作為取樣電壓Vsignal儲存於電容器中。電流門檻值Ith’可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

本揭示內容以下針對電流偵測電路130舉例說明不同的實作方式。請參考第2圖，其係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素之取樣控制電路200示意圖。取樣控 制電路200硬體架構與取樣控制電路100大致上相同，除了積分電路110更包括運算放大器212，其具有反相輸入端、正相輸入端以及輸出端，反相輸入端電性耦接至積分電容Cfb之第一端，正相輸入端電性耦接至參考電壓Vref。電流偵測電路130可實作為電流計232，電流計232之第一端電性耦接至積分電容Cfb之第二端，電流計232之第二端電性耦接至輸出端，電流計232用以偵測電容電流Ic或Ic’，並且輸出電容電流Ic或Ic’至取樣仲裁器140。

於一實施例中，電流計232偵測流經積分電容Cfb的電容電流Ic或Ic’，並且輸出電容電流Ic或Ic’至取樣仲裁器140，以利取樣仲裁器140進行上述判斷電容電流Ic(或Ic’)與電流門檻值Ith(或Ith’)的關係，亦即判斷被動畫素是否充電完成的流程。

或者，請參考第3圖，其係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素之取樣控制電路300示意圖。取樣控制電路300硬體架構與取樣控制電路100大致上相同，除了積分電路更包括運算放大器212，其具有反相輸入端、正相輸入端以及輸出端，正相輸入端電性耦接至參考電壓Vref。 電流偵測電路130可實作為電阻器R，電阻器R之第一端電性耦接至反相輸入端，電阻器R之第二端電性耦接至積分電容Cfb之第一端，積分電容Cfb之第二端電性耦接至輸出端。

於一實施例中，電容電流Ic或Ic’流經電阻器R，電阻器R的兩端即形成跨壓，取樣仲裁器140用以接收電阻器R兩端之電壓值Vr，利用電壓值Vr與關係式Vr=R× Ic(或者Vr=R×Ic’)，來計算出電容電流Ic或Ic’，以利取樣仲裁器140進行上述判斷電容電流Ic(或Ic’)與電流門檻值Ith(或Ith’)的關係，亦即判斷被動畫素是否充電完成的流程。

或者，請參考第4圖，其係說明本揭示內容一實施例之用於被動畫素之取樣控制電路400示意圖。取樣控制電路400硬體架構與取樣控制電路100大致上相同，除了積分電路110更包括運算放大器212，其具有反相輸入端、正相輸入端以及輸出端，反相輸入端電性耦接至積分電容Cfb之第一端，正相輸入端電性耦接至參考電壓Vref。電流偵測電路實作為微分器(differentiator)432，微分器432之輸入端電性耦接至積分電容Cfb之第二端與積分電路110之輸出端，微分器432之輸出端電性耦接至取樣仲裁器140。

於一實施例中，微分器432接收積分電路110的輸出電壓Vout，並輸出其變化率至取樣仲裁器140，亦即輸出電壓變化率(dVout/dt)至取樣仲裁器140。取樣仲裁器140用以接收微分器432輸出之積分電容Cfb之電壓變化率(dVout/dt)，利用電壓變化率(dVout/dt)與關係式Ic=Cfb×(dVout/dt)(或者Ic’=Cfb×(dVout/dt))來計算出電容電流Ic或Ic’，以利取樣仲裁器140進行上述判斷電容電流Ic(或Ic’)與電流門檻值Ith(或Ith’)的關係，亦即判斷被動畫素是否充電完成的流程。

為了進一步說明電子累積式充電的被動畫素於充電過程中，取樣控制電路內部各訊號的變化情形，請參考 第2圖至第5圖，第5圖係說明本揭示內容一實施例之被動畫素透過電子累積式充電之訊號時序圖。於一實施例中，當相關式雙重取樣電路120接收到重置訊號HR時，即取樣此時積分電路110的輸出電壓Vout；此時開關Mux_rst導通，輸出電壓Vout為Vref，因此Vref作為取樣電壓Vreset儲存於電容器中。取樣仲裁器140在偵測到重置訊號HR的同時，判定充電控制訊號G[n]位於邏輯低位準，表示此時畫素開關電性隔離積分電路110與被動畫素，被動畫素尚未開始充電。因此，預定條件為先判斷電容電流Ic是否大於電流門檻值Ith，亦即先判斷被動畫素開始充電。當電容電流Ic大於電流門檻值Ith時，表示此時被動畫素正在進行充電當中，Vout大於Vref，接著再判斷電容電流Ic是否小於電流門檻值Ith。當電容電流Ic小於電流門檻值Ith時(如第5圖箭頭所示Ic曲線與Ith虛線交點)，表示此時被動畫素已到達上述使用者定義的充電完成條件，取樣仲裁器140輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120以取樣積分電路110之輸出電壓Vout；此時輸出電壓Vout為(△V×Cst/Cfb+Vref)，因此(△V×Cst/Cfb+Vref)作為取樣電壓Vsignal儲存於電容器中，其中Vout由下列公式(4)至(6)推導得知。

其中△t為充電控制訊號G[n]位於邏輯高準位的時間，亦即上述畫素開關開啟時間t_{Gate_ON_Period}，Cst為被動畫素等效電容值，Vref為參考電壓，二極體電壓Vdiode為畫素開關與被動畫素連接端的電壓，Vbias為偏壓。相關式雙重取樣電路120完成取樣被動畫素充電前的取樣電壓Vreset以及被動畫素充電後的取樣電壓Vsignal，可透過次級電路122的運算，以輸出資料電壓Vdata。於本實施例中，運算得到的Vdata數值為(△V×Cst/Cfb)。

另一方面，為了進一步說明電洞累積式充電的被動畫素於充電過程中，取樣控制電路內部各訊號的變化情形，請參考第2圖至第4圖、第6圖，第6圖係說明本揭示內容一實施例之被動畫素透過電洞累積式充電之訊號時序圖。於一實施例中，當相關式雙重取樣電路120接收到重置訊號HR時，即取樣此時積分電路110的輸出電壓Vout；此時開關Mux_rst導通，輸出電壓Vout為Vref，因此Vref作為取樣電壓Vreset儲存於電容器中。取樣仲裁器140在偵測到重置訊號HR的同時，判定充電控制訊號G[n]位於邏輯低位準，表示此時畫素開關電性隔離積分電路110與被動畫素，被動畫素尚未開始充電。因此，預定條件為先判斷電容電流Ic’是否小於電流門檻值Ith’，亦即先判斷被動畫素開始充電。當電容電流Ic’小於電流門檻值Ith’時，表示此時 被動畫素正在進行充電當中，Vout大於Vref，接著再判斷電容電流Ic是否小於電流門檻值Ith。當電容電流Ic’大於電流門檻值Ith’時(如第6圖箭頭所示Ic’曲線與Ith’虛線交點)，表示此時被動畫素已到達上述使用者定義的充電完成條件，此時取樣仲裁器140輸出控制訊號HS至相關式雙重取樣電路120以取樣積分電路110之輸出電壓Vout；此時輸出電壓Vout為(△V×Cst/Cfb+Vref)，因此(△V×Cst/Cfb+Vref)作為取樣電壓Vsignal儲存於電容器中，其中Vout由上述公式(4)至(6)推導得知。相關式雙重取樣電路120完成取樣被動畫素充電前的取樣電壓Vreset以及被動畫素充電後的取樣電壓Vsignal之後，可透過次級電路122的運算，以輸出資料電壓Vdata。於本實施例中，運算得到的Vdata數值為(△V×Cst/Cfb)。

第7圖係說明本揭示內容另一實施例之用於被動畫素之取樣控制方法700流程圖，其中被動畫素透過電子累積式充電。用於被動畫素之取樣控制方法700包括多個步驟S702~S716，可應用於如第1圖~第4圖所示的用於被動畫素之取樣控制電路100~400中，然熟習本案之技藝者應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。

首先，於步驟S702，透過畫素開關根據充電控制訊號以電性連接或電性隔離積分電路與被動畫素，其中積分電路包含積分電容。於一實施例中，當充電控制訊號位於 邏輯高位準時，電性連接積分電路與被動畫素；而當充電控制訊號位於邏輯低位準時，電性隔離積分電路與被動畫素。於步驟S704，透過電流偵測電路量測反映積分電容之電容電流的相關資訊，以進一步得知被動畫素的實際充電情形。於步驟S706中，透過取樣仲裁器判斷是否偵測到重置訊號，若未偵測到重置訊號，則執行步驟S706直到接收到重置訊號。若接收到重置訊號則執行步驟S708，判斷此時充電控制訊號是否為邏輯高位準，進而設定不同的關於電容電流與電流門檻值關係的預定條件，當滿足預定條件則輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路。若判斷充電控制訊號為邏輯高位準，表示此時畫素開關電性連接積分電路與被動畫素，並且被動畫素已經開始以充電電流進行充電。因此，於步驟S710中，預定條件為進而判斷電容電流是否小於電流門檻值。若電容電流仍然大於電流門檻值，表示被動畫素尚未充電完成，執行步驟S710直到判斷電容電流小於電流門檻值。當電容電流小於電流門檻值時，表示此時被動畫素已接近充電完成，則執行步驟S716，透過取樣仲裁器輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路，以取樣積分電路之輸出電壓，並儲存於電容器中。電流門檻值可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

另一方面，若在步驟S708中判斷充電控制訊號為邏輯低位準，表示此時畫素開關電性隔離積分電路與被動畫素，被動畫素尚未開始充電。因此，預定條件為於步驟S712先判斷電容電流是否大於電流門檻值，亦即先判斷被 動畫素開始充電。若電容電流小於電流門檻值，表示被動畫素仍然尚未開始充電，執行步驟S712直到電容電流大於電流門檻值。當電容電流大於電流門檻值時，表示此時被動畫素正在以充電電流進行充電當中，接著於步驟S714再行判斷電容電流是否小於電流門檻值。若電容電流仍然大於電流門檻值，表示被動畫素尚未充電完成，執行步驟S714直到判斷電容電流小於電流門檻值。當電容電流小於電流門檻值時，表示此時被動畫素已接近充電完成，則執行步驟S716，透過取樣仲裁器輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路以取樣積分電路之輸出電壓，並儲存於電容器中。電流門檻值可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

第8圖係說明本揭示內容另一實施例之用於電洞累積式被動畫素之取樣控制方法800流程圖，其中被動畫素透過電洞累積式充電。用於被動畫素之取樣控制方法800包括多個步驟S802~S816，可應用於如第1圖~第4圖所示的用於被動畫素之取樣控制電路100~400中，然熟習本案之技藝者應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。

首先，於步驟S802，透過畫素開關根據充電控制訊號以電性連接或電性隔離積分電路與被動畫素，其中積分電路包含積分電容。於一實施例中，當充電控制訊號位於邏輯高位準時，電性連接積分電路與被動畫素；而當充電控 制訊號位於邏輯低位準時，電性隔離積分電路與被動畫素。 於步驟S804，透過電流偵測電路量測反映積分電容之電容電流的相關資訊，以進一步得知被動畫素的實際充電情形。 於步驟S806中，透過取樣仲裁器判斷是否偵測到重置訊號，若未偵測到重置訊號，則執行步驟S806直到接收到重置訊號。若接收到重置訊號則執行步驟S808，判斷此時充電控制訊號是否為邏輯高位準，進而設定不同的關於電容電流與電流門檻值關係的預定條件，當滿足預定條件則輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路。若判斷充電控制訊號為邏輯高位準，表示此時畫素開關電性連接積分電路與被動畫素，並且被動畫素已經開始以充電電流進行充電。因此，於步驟S810中，預定條件為進而判斷電容電流是否小於電流門檻值。若電容電流仍然大於電流門檻值，表示被動畫素尚未充電完成，執行步驟S810直到判斷電容電流小於電流門檻值。當電容電流小於電流門檻值時，表示此時被動畫素已接近充電完成，則執行步驟S816，透過取樣仲裁器輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路，以取樣積分電路之輸出電壓，並儲存於電容器中。電流門檻值可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

另一方面，若在步驟S808中判斷充電控制訊號為邏輯低位準，表示此時畫素開關電性隔離積分電路與被動畫素，被動畫素尚未開始充電。因此，預定條件為於步驟S812先判斷電容電流是否大於電流門檻值，亦即先判斷被動畫素開始充電。若電容電流小於電流門檻值，表示被動畫 素仍然尚未開始充電，執行步驟S812直到電容電流大於電流門檻值。當電容電流大於電流門檻值時，表示此時被動畫素正在以充電電流進行充電當中，接著於步驟S814再行判斷電容電流是否小於電流門檻值。若電容電流仍然大於電流門檻值，表示被動畫素尚未充電完成，執行步驟S814直到判斷電容電流小於電流門檻值。當電容電流小於電流門檻值時，表示此時被動畫素已接近充電完成，則執行步驟S816，透過取樣仲裁器輸出控制訊號至相關式雙重取樣電路以取樣積分電路之輸出電壓，並儲存於電容器中。電流門檻值可透過上述公式(1)~(3)依實際需求彈性決定，此處不再贅述。

以下針對上述用於電洞累積式被動畫素之取樣控制方法700或800中的電流偵測電路舉例說明不同的實作方式。於一實施例中，電流偵測電路為電流計，透過電流計偵測電容電流，輸出電容電流至取樣仲裁器。以利透過取樣仲裁器進行上述判斷電容電流Ic(或Ic’)與電流門檻值Ith(或Ith’)的關係，亦即判斷被動畫素是否充電完成的流程。

於另一實施例中，電流偵測電路為電阻器；透過取樣仲裁器接收電阻器兩端之電壓值，利用電壓值以計算出電容電流。透過取樣仲裁器利用電壓值與關係式Vr=R×Ic(或者Vr=R×Ic’)，來計算出電容電流Ic(或Ic’)，以利透過取樣仲裁器進行上述判斷電容電流Ic(或Ic’)與電流門檻值Ith(或Ith’)的關係，亦即判斷被動畫素是否充電完成的流程。

於另一實施例中，電流偵測電路為微分器，微分器電性耦接於積分電路與取樣仲裁器之間；透過取樣仲裁器接收微分器輸出之積分電容之電壓變化率，利用電壓變化率以計算出電容電流。透過取樣仲裁器接收微分器輸出之積分電容之電壓變化率(dVout/dt)，利用電壓變化率(dVout/dt)與關係式Ic=Cfb×(dVout/dt)(或者Ic’=Cfb×(dVout/dt))來計算出電容電流Ic(或Ic’)，以利透過取樣仲裁器進行上述判斷電容電流Ic(或Ic’)與電流門檻值Ith(或Ith’)的關係，亦即判斷被動畫素是否充電完成的流程。

綜上所述，本揭示內容得以經由上述實施例，偵測流經積分電路包含的積分電容的電流值以決定畫素充電完成的時間點，並且在此時間點取樣積分電路的輸出電壓。相較於先前技術設定固定的時間數值進行取樣的方式，本發明可根據積分電路耦接的畫素感測器，依據實際上畫素充電完成的時間點取樣輸出電壓，提高取樣控制電路的應用範圍，並同時提升畫素充電電壓的取樣準確性。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧用於被動畫素之取樣控制電路

110‧‧‧積分電路

120‧‧‧相關式雙重取樣電路

122‧‧‧次級電路

130‧‧‧電流偵測電路

140‧‧‧取樣仲裁器

150‧‧‧畫素開關

G[n]‧‧‧充電控制訊號

Cst‧‧‧畫素電容

Vdiode‧‧‧二極體電壓

Vbias‧‧‧偏壓

Vout‧‧‧輸出電壓

OE‧‧‧訊號

HS‧‧‧控制訊號

HR‧‧‧重置訊號

Vdata‧‧‧資料電壓

I‧‧‧充電電流

Vreset、Vsignal‧‧‧取樣電壓

Claims (16)

1. 一種用於被動畫素(passive pixel)之取樣控制電路，包括：一積分電路，包括一積分電容，該積分電路電性耦接至一畫素開關，該畫素開關用以根據一充電控制訊號以電性連接或電性隔離該積分電路與該被動畫素；一相關式雙重取樣(correlated double sampling)電路，電性耦接至該積分電路；一電流偵測電路，用以量測反映該積分電容之一電容電流的相關資訊；以及一取樣仲裁器(sampling arbiter)，用以在偵測到該相關式雙重取樣電路所接收之一重置訊號同時，依據該充電控制訊號的位準，當判定該電容電流與一電流門檻值的關係符合一預定條件時，輸出一控制訊號至該相關式雙重取樣電路，藉以啟動該相關式雙重取樣電路去取樣該積分電路之一輸出電壓。
2. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該被動畫素透過電子累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯高位準時，該預定條件為進而判斷該電容電流是否小於該電流門檻值；當該電容電流小於該電流門檻值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
3. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該被動畫素透過電子累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯低位準時，該預定條件為先判斷該電容電流是否大於該電流門檻值，當該電容電流大於該電流門檻值時，再判斷該電容電流是否小於該電流門檻值，當該電容電流變為小於該電流門檻值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
4. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該被動畫素透過電洞累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯高位準時，該預定條件為進而判斷該電容電流是否大於該電流門檻值；當該電容電流大於該電流門檻值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
5. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該被動畫素透過電洞累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯低位準時，該預定條件為先判斷該電容電流是否小於該電流門檻值，當該電容電流小於該電流門檻值時，再判斷該電容電流是否大於該電流門檻值，當該電容電流變為大於該電流門檻 值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
6. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該積分電路更包括一運算放大器，其具有一反相輸入端、一正相輸入端以及一輸出端，該反相輸入端電性耦接至該積分電容之一第一端，該正相輸入端電性耦接至一參考電壓；該電流偵測電路為一電流計，該電流計之一第一端電性耦接至該積分電容之一第二端，該電流計之一第二端電性耦接至該輸出端，該電流計用以偵測該電容電流，輸出該電容電流至該取樣仲裁器。
7. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該積分電路更包括一運算放大器，其具有一反相輸入端、一正相輸入端以及一輸出端，該正相輸入端電性耦接至一參考電壓；該電流偵測電路為一電阻器，該電阻器之一第一端電性耦接至該反相輸入端，該電阻器之一第二端電性耦接至該積分電容之一第一端，該積分電容之一第二端電性耦接至該輸出端；該取樣仲裁器用以接收該電阻器兩端之一電壓值，利用該電壓值以計算出該電容電流。
8. 如請求項1所述之取樣控制電路，其中該 積分電路更包括一運算放大器，其具有一反相輸入端、一正相輸入端以及一輸出端，該反相輸入端電性耦接至該積分電容之一第一端，該正相輸入端電性耦接至一參考電壓；該電流偵測電路為一微分器，該微分器之一輸入端電性耦接至該積分電容之一第二端與該積分電路之該輸出端，該微分器之一輸出端電性耦接至該取樣仲裁器；該取樣仲裁器用以接收該微分器輸出之該積分電容之一電壓變化率，利用該電壓變化率以計算出該電容電流。
9. 一種用於被動畫素(passive pixel)之取樣控制方法，包括：透過一畫素開關根據一充電控制訊號以電性連接或電性隔離一積分電路與該被動畫素，其中該積分電路包含一積分電容；透過一電流偵測電路量測反映該積分電容之一電容電流的相關資訊；透過一取樣仲裁器(sampling arbiter)在偵測到一相關式雙重取樣(correlated double sampling)電路所接收之一重置訊號同時，依據該充電控制訊號的位準，當判定該電容電流與一電流門檻值的關係符合一預定條件時，輸出一控制訊號至該相關式雙重取樣電路，藉以啟動該相關式雙重取樣電路去取樣該積分電路之一輸出電壓。
10. 如請求項9所述之取樣控制方法，更包 括：該被動畫素透過電子累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯高位準時，該預定條件為進而判斷該電容電流是否小於該電流門檻值；當該電容電流小於該電流門檻值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
11. 如請求項9所述之取樣控制方法，更包括：該被動畫素透過電子累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯低位準時，該預定條件為先判斷該電容電流是否大於該電流門檻值，當該電容電流大於該電流門檻值時，再判斷該電容電流是否小於該電流門檻值，當該電容電流變為小於該電流門檻值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
12. 如請求項9所述之取樣控制方法，更包括：該被動畫素透過電洞累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯高位準時，該預定條件為進而判斷該電容電流是否大於該電流門檻值；當該電容電流大於該電流門檻值時，該取樣仲裁 器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
13. 如請求項9所述之取樣控制方法，更包括：該被動畫素透過電洞累積式充電，該取樣仲裁器在偵測到該重置訊號同時，當判定該充電控制訊號於邏輯低位準時，該預定條件為先判斷該電容電流是否小於該電流門檻值，當該電容電流小於該電流門檻值時，再判斷該電容電流是否大於該電流門檻值，當該電容電流變為大於該電流門檻值時，該取樣仲裁器輸出該控制訊號至該相關式雙重取樣電路以取樣該積分電路之該輸出電壓。
14. 如請求項9所述之取樣控制方法，其中該電流偵測電路為一電流計，透過該電流計偵測該電容電流，輸出該電容電流至該取樣仲裁器。
15. 如請求項9所述之取樣控制方法，其中該電流偵測電路為一電阻器；透過該取樣仲裁器接收該電阻器兩端之一電壓值，利用該電壓值以計算出該電容電流。
16. 如請求項9所述之取樣控制方法，其中該電流偵測電路為一微分器，該微分器電性耦接於該積分電路與該取樣仲裁器之間；透過該取樣仲裁器接收該微分 器輸出之該積分電容之一電壓變化率，利用該電壓變化率以計算出該電容電流。