CMOS图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件。其基 本工作原理是：对CMOS图像传感器中的光电二极管进行曝光，经过一定的 曝光时间，光电二极管上的电压随不同光线强度产生不同的线性压降，随后 的读出电路将此电压转换成数字信号输出。
下面以4管像素单元结构的CMOS图像传感器为例，对读出图像过程作 简单说明。
图1为一种4管像素单元的结构图。参照图1所示，所述4管像素单元 包括光敏二极管PD、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四 晶体管T4。光敏二极管PD正极接地、负极与第四晶体管T4的源极相连；第 一晶体管T1的源极与第四晶体管T4的漏极相连、第一晶体管T1的栅极接收 复位信号(RESET)、漏极与第二晶体管T2的漏极相连于电源电压VDD；第 二晶体管T2的栅极与第一晶体管T1的源极相连、源极与第三晶体管T3的漏 极相连；第三晶体管T3的栅极接收行选择信号(ROW_SEL)、源极与电压采 样电路10相连；第四晶体管T4的栅极接收电荷转移驱动信号(TX)。
其中，第一晶体管T1的作用是提供复位功能。第二晶体管T2的作用是 作为跟随器。第三晶体管T3的作用是接收行选择信号，以实现像素单元的信 号读出。第四晶体管T4的作用是作为传输管。第一晶体管T1和第四晶体管 T4导通时将电源电压VDD转移给光敏二极管PD，第三晶体管T3和第四晶 体管T4导通时将光敏二极管PD上的电荷读出至电压采样电路10的电容上。
其中，进行曝光和输出感光信号都会使用第四晶体管T4，所以需要这个 晶体管完全打开，保证电荷传输过程不受损失。这就需要使用高于电源电压 的稳定电压作为输入第四晶体管T4栅极的电荷转移驱动信号(TX)，这个电 压一般是由电荷泵产生。但是目前电荷泵输出电压的纹波会比较大，有时高 达200-300毫伏。较大的纹波会影响图像质量，例如使得图像上会出现水波纹。

本发明要解决的问题是，现有技术电荷泵产生的电压纹波较大的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种电荷泵，包括：
第一升压电路和第二升压电路，所述第一升压电路的泵浦电容大于第二 升压电路的泵浦电容；
输出电路，根据所述第一升压电路或第二升压电路的升压输出形成电荷 泵的输出电压；
第一比较电路，将电荷泵的输出电压与小于目标电压的第一参考电压比 较；
第二比较电路，将电荷泵的输出电压与目标电压比较；
控制电路，当电荷泵的输出电压小于第一参考电压时，仅开启所述第一 升压电路；当电荷泵的输出电压大于第一参考电压而小于目标电压时，关闭 所述第一升压电路而开启所述第二升压电路；当电荷泵的输出电压大于目标 电压时，关闭所述第一升压电路和所述第二升压电路。
与现有技术相比，上述方案具有以下优点：在电荷泵输出电压较低时， 使用具有较大电容的升压电路快速进行电源电压的升压，在电荷泵输出电压 接近目标电压时，使用具有较小电容的升压电路减慢对电源电压的升压，使 得电荷泵输出电压的纹波减小。
附图说明
图1是现有技术的一种4管像素单元的CMOS图像传感器结构图；
图2是本发明电荷泵的一种实施方式图；
图3是本发明电荷泵的一种实施例图；
图4是图3所示电荷泵的比较电路的电路图；
图5是图3所示电荷泵的第一升压电路、第二升压电路以及输出电路的 放大图。

通过对现有电荷泵的研究可以得到，现有电荷泵的工作过程中会不停地 在大电容之间进行切换，从而使得电荷泵输出电压的纹波会比较大。而若想 减小电荷泵输出电压的纹波，可以采用小电容，但若仅采用小电容实现电荷 泵的升压功能，又会降低电荷泵的效率。
基于此，本发明提供了一种电荷泵。参照图2所示，所述电荷泵的一种 实施方式包括：控制电路1、第一升压电路2、第二升压电路3、输出电路4、 第一比较电路5、第二比较电路6，其中，
第一升压电路2的泵浦电容大于第二升压电路3的泵浦电容；
输出电路4，根据第一升压电路2或第二升压电路3的升压输出形成电荷 泵的输出电压；
第一比较电路5，将电荷泵的输出电压与小于目标电压的第一参考电压比 较；
第二比较电路6，将电荷泵的输出电压与目标电压比较；
控制电路1，当电荷泵的输出电压小于第一参考电压时，仅开启第一升压 电路2；当电荷泵的输出电压大于第一参考电压而小于目标电压时，关闭第一 升压电路2而开启第二升压电路3；当电荷泵的输出电压大于目标电压时，关 闭第一升压电路2和第二升压电路3。
上述实施方式中，所述目标电压为电荷泵对电源电压升压的目标值，而 所述第一参考电压通常取与目标电压较接近的电压值，以保持电荷泵的速度 和效率。
上述实施方式的电荷泵，其工作原理如下：
当所述电荷泵刚开启时，由于此时电荷泵的输出电压相比目标电压还较 小，因而第一比较电路5的第一比较结果将显示，所述电荷泵的输出电压小 于第一参考电压；也必然有第二比较电路6的第二比较结果显示，所述电荷 泵的输出电压小于目标电压。
因而，此时需要进行快速升压提高电荷泵的速度和效率，控制电路1根 据第一比较电路5和第二比较电路6的比较结果向第一升压电路2发送第一 开启信号，控制具有较大泵浦电容的第一升压电路2开启，对电源电压进行 升压，并输出第一升压。所述输出电路4根据第一升压形成电荷泵的输出电 压。
随着升压过程的进行，当电荷泵的输出电压升至超过第一参考电压但未 达到目标电压时，此时第一比较电路5的第一比较结果显示，所述电荷泵的 输出电压大于第一参考电压，而第二比较电路6的第二比较结果显示，所述 电荷泵的输出电压小于目标电压。
由于第一参考电压已接近目标电压，因而此时可以不必进行快速升压。 所述控制电路1根据第一比较电路5和第二比较电路6的比较结果向具有较 大泵浦电容的第一升压电路2发送第一关闭信号，使得第一升压电路2关闭， 而向具有较小泵浦电容的第二升压电路3发送第二开启信号，使得第二升压 电路3开启，继续对电源电压进行升压，并输出第二升压。所述输出电路4 根据第二升压形成电荷泵的输出电压。
由于此时采用了具有较小泵浦电容的第二升压电路3进行较慢的升压， 因而电荷泵输出电压的纹波可以减小。
随着电荷泵的输出电压升至超过目标电压时，此时第一比较电路5的第 一比较结果显示，所述电荷泵的输出电压大于第一参考电压，而第二比较电 路6的第二比较结果显示，所述电荷泵的输出电压大于目标电压。
因而，此时电荷泵的输出电压已经达到了目标电压，不需要再进行升压。 控制电路1根据第一比较电路5和第二比较电路6的比较结果向具有较小泵 浦电容的第二升压电路3发送第二关闭信号，使得第二升压电路3关闭。此 时，第一升压电路2和第二升压电路3均关闭，而电荷泵的输出电压将不再 升高，而可能随着例如驱动用电或各种漏电而下降。
而若电荷泵的输出电压下降至小于目标电压时，此时第一比较电路5的 第一比较结果将显示，所述电荷泵的输出电压大于第一参考电压，而第二比 较电路6的第二比较结果显示，所述电荷泵的输出电压小于目标电压。控制 电路1就会再次如上所说的向第二升压电路3发送第二开启信号，使得第二 升压电路3再次开启，重新对电源电压进行升压，并输出第二升压。所述输 出电路4根据第二升压形成电荷泵的输出电压。
而若电荷泵的输出电压急剧下降至小于第一参考电压时，此时第一比较 电路5的第一比较结果将显示，所述电荷泵的输出电压小于第一参考电压， 而第二比较电路6的第二比较结果显示，所述电荷泵的输出电压也小于目标 电压。控制电路1就会再次如上所说的向第一升压电路2发送第一开启信号， 使得第一升压电路2再次开启，重新对电源电压进行快速升压，并输出第一 升压。所述输出电路4根据第一升压形成电荷泵的输出电压。从而，电荷泵 的输出电压能够快速回复到目标电压附近。
接下来，再如上述说明的，控制电路1在电荷泵输出电压超过第一参考 电压而未达到目标电压时，关闭第一升压电路2，开启第二升压电路3进行较 慢的升压，使得电荷泵输出电压的纹波减小。
上述过程周而复始，从而使得电荷泵的输出电压能够保持在目标电压， 或近似等于目标电压的电压水准上。
图3所示为本发明电荷泵的一种实施例图。参照图3所示，所述电荷泵 可以包括：
经电阻R1、R2构成的分压器，与所述电荷泵输出相连的第一比较电路5 和第二比较电路6；
与第一比较电路5和第二比较电路6的输出相连的逻辑电路8；
与逻辑电路8相连的时钟控制电路7；
与时钟控制电路7相连的第一升压电路2和第二升压电路3，所述第一升 压电路2的泵浦电容大于第二升压电路3的泵浦电容；
与第一升压电路2和第二升压电路3相连，用于形成电荷泵输出电压的 输出电路4；
以及与电荷泵输出端相连的外接电容CL。
其中，由于供应电荷泵工作的电源电压一般都较低，因而若要提供第一 比较电路5所需的接近目标电压的第一参考电压，以及第二比较电路6所需 的目标电压，会比较困难。因此，可以将电荷泵输出电压与目标电压的比较， 以及电荷泵输出电压与第一参考电压的比较，进行等比例缩小。即，将电荷 泵输出电压进行一定比例的分压，将分压后的电荷泵输出电压与相应较小的 参考电压进行比较。
例如，假设目标电压为3.9V，第一参考电压为3.6V，由于该两个电压都 高于电源电压，因而可以通过将目标电压和第一参考电压进行等比例缩小处 理，例如取各自的1/3，使得第一参考电压对应的第二参考电压为1.2V；目标 电压对应的第三参考电压为1.3V。相应地，与第二参考电压和第三参考电压 进行比较的电荷泵输出电压也需要经过分压。此处，电荷泵输出电压Vout通 过图3中由电阻R1、R2组成的分压器经过2比1的电阻分压后，得到电荷泵 输出电压值的1/3。再通过第一比较电路5将分压后的电荷泵输出电压与第二 参考电压进行比较，获得与电荷泵输出电压和第一参考电压比较结果等同的 比较结果；通过第二比较电路6将分压后的电荷泵输出电压与第三参考电压 进行比较，获得与电荷泵输出电压和目标电压比较结果等同的比较结果。
所述逻辑电路8根据第一比较电路5比较结果以及第二比较电路6的比 较结果，形成时钟控制信号enck0、enck1。
而所述时钟控制电路7当逻辑电路8形成的时钟控制信号enck0为“1” 时，向第一升压电路2提供一对相位相反的非重叠时钟；当时钟控制信号enck1 为“1”时，向第二升压电路3提供一对相位相反的非重叠时钟。
所述第一升压电路2和第二升压电路3根据所述时钟控制电路7提供的 相应时钟而开启或关闭。
而所述输出电路4根据第一升压电路2或第二升压电路3的升压输出形 成电荷泵的输出电压。
其中，所述第一比较电路5和第二比较电路6可以具有相同的结构。例 如，以所述第一比较电路5为例，参照图4所示，所述第一比较电路5可以 包括：
源极和衬底共同相连于VDDA的PMOS管M9和M10，所述PMOS管 M9的栅极与漏极相连，所述PMOS管M9的漏极与NMOS管M11的漏极相 连，所述PMOS管M10的栅极与PMOS管M9的栅极相连，漏极与所述第一 比较电路5的输出相连，
所述NMOS管M11的栅极与所述第一比较电路5的第二参考电压的输入 相连，NMOS管M12的漏极与所述第一比较电路的输出相连，栅极与所述第 一比较电路5的电荷泵输出电压的分压输入相连，所述NMOS管M11和M12 的衬底共同相连于VSSA，所述NMOS管M11和M12的源极共同相连于 NMOS管M13的漏极，所述NMOS管M13的栅极与偏置电压vbias相连， 源极和衬底与VSSA相连。
其中，所述第一升压电路2和第二升压电路3可以具有相同的结构，仅 是其各自的泵浦电容大小有所不同，所述第一升压电路2的泵浦电容大于第 二升压电路3的泵浦电容。
参照图5所示，所述第一升压电路2和第二升压电路3均具有对称推挽 结构，所述第一升压电路2包括：
漏极共同相连于电源电压VDD的NMOS管M1和M2。所述NMOS管 M1和M2在源极交叉耦合，即NMOS管M1的栅极与NMOS管M2的源极 相连，NMOS管M2的栅极与NMOS管M1的源极相连。所述NMOS管M1 和M2的衬底均接于vssd。电容C1和C2的一端分别相连于NMOS管M1和 M2的源极，另一端分别相连于一对相位相反的非重叠时钟上。
所述第二升压电路3包括：
漏极共同相连于电源电压VDD的NMOS管M3和M4。所述NMOS管 M3和M4在源极交叉耦合，即NMOS管M3的栅极与NMOS管M4的源极 相连；NMOS管M4的栅极与NMOS管M3的源极相连。所述NMOS管M3 和M4的衬底均接于vssd。电容C3和C4的一端分别相连于NMOS管M1和 M2的源极，另一端分别相连于一对相位相反的非重叠时钟上。
其中，所述输出电路4的结构，继续参照图5所示，可以包括：
源极交叉耦合的PMOS管M5和M6，即PMOS管M5的栅极与PMOS 管M6的源极相连，PMOS管M6的栅极与PMOS管M5的源极相连，PMOS 管M5的源极与NMOS管M1、M3的源极相连，PMOS管M6的源极与NMOS 管M2、M4的源极相连，PMOS管M5和M6的漏极、PMOS管M5和M6 的衬底相连在一起，并与PMOS管M7和M8的衬底相连，
PMOS管M7和M8在源极交叉耦合，即PMOS管M7的栅极与PMOS 管M8的源极相连，PMOS管M8的栅极与PMOS管M7的源极相连，PMOS 管M7的源极与NMOS管M1、M3的源极相连，PMOS管M8的源极与NMOS 管M2、M4的源极相连，PMOS管M7和M8的漏极相连作为电荷泵的输出。
其中，PMOS管M5和M6的漏极、PMOS管M5和M6的衬底相连在一 起，并与PMOS管M7和M8的衬底相连，是为了使得PMOS管M7和M8 的衬底由于第一升压电路2的升压而处于较高的电压下，避免PMOS管M7 和M8产生漏电。
其中，所述时钟控制电路7，继续参照图3所示，可以包括两个分支电路， 各分支电路分别提供第一升压电路2和第二升压电路3所需的时钟。以提供 第一升压电路2的分支电路为例，其可以包括：分别接收clkin和enck0信号 的二输入与非门，以及两个和与非门输出相连的反相器分支，所述反相器分 支由若干反相器构成，且两个反相器分支的反相器个数相差一个，用以形成 一对相位相反的非重叠时钟，并分别提供给电容C1和C2。
提供第二升压电路3的分支电路也结构类似，其区别仅在于所述二输入 与非门的其中一端信号由enck0变为enck1，其产生的一对相位相反的非重叠 时钟分别提供给电容C3和C4。
下面结合上述举例说明的电荷泵结构对其工作过程进行详细说明：
仍沿用上述对目标电压和第一参考电压的设定举例，即假设目标电压为 3.9V，第一参考电压为3.6V。而第一参考电压对应的第二参考电压为1.2V， 目标电压对应的第三参考电压为1.3V。
定义第一比较电路5在电荷泵输出电压经由电阻R1、R2构成的分压器后 的分压小于第二参考电压时，输出“0”；大于第二参考电压时，输出“1”。 相应地，第二比较电路6在电荷泵输出电压经由电阻R1、R2构成的分压器后 的分压小于第三参考电压时，输出“0”；大于第三参考电压时，输出“1”。
假设开始的时候，电荷泵的输出电压很低，例如小于3.6V。则所述电荷 泵的输出电压经由电阻R1、R2构成的分压器后的分压小于1.2V，当然也小 于1.3V。则第一比较电路5向逻辑电路8输出“0”，第二比较电路6向逻辑 电路8输出“0”。
所述逻辑电路8在获得第一比较电路5输出的“0”，以及第二比较电路6 输出的“0”之后，获知电荷泵的输出电压此时小于3.6V，需要进行快速升压。 因此，所述逻辑电路8形成的时钟控制信号enck0为“1”，enck1为“0”，表 示需要开启具有较大泵浦电容的第一升压电路2以进行快速升压，而具有较 小泵浦电容的第二升压电路3则不需要开启。
所述时钟控制电路7在获得逻辑电路8输出的时钟控制信号enck0、enck1 之后，根据enck0为“1”，向第一升压电路2提供一对相位相反的非重叠时钟， 而根据enck1为“0”，则不向第二升压电路3提供时钟。
所述第一升压电路2在获得所述时钟控制电路7提供的一对相位相反的 非重叠时钟后，就开始对电源电压升压。继续参照图5所示，所述第一升压 电路2中由NMOS管M1、电容C1组成的第一升压分支电路和NMOS管M2、 电容C2组成的第二升压分支电路根据接于电容C1上的时钟和接于电容C2 上的时钟，而轮流升高电源电压VDD。
而所述输出电路4中，PMOS管M7和M8根据NMOS管M1源极(a0) 以及NMOS管M2源极(b0)处的瞬态电压值，而相应开启，根据a0或b0 处的电压，电容C1和外接电容CL的相对大小或电容C2和外接电容CL的相 对大小，而形成电荷泵的输出电压。
当随着电荷泵的输出电压的升高，达至超过3.6V时而未至3.9V时，则 所述电荷泵的输出电压经由电阻R1、R2构成的分压器后的分压大于1.2V， 而小于1.3V。则第一比较电路5向逻辑电路8输出“1”，第二比较电路6向 逻辑电路8输出“0”。
所述逻辑电路8在获得第一比较电路5输出的“1”，以及第二比较电路6 输出的“0”之后，获知电荷泵的输出电压此时大于3.6V而小于3.9V，可以 不需要快速升压，而可以减慢升压速度。因此，所述逻辑电路8形成的时钟 控制信号enck0为“0”，enck1为“1”，表示需要关闭具有较大泵浦电容的第 一升压电路2停止进行快速升压，而开启具有较小泵浦电容的第二升压电路3 进行较慢的升压，使得电荷泵输出电压的纹波减小。
接下来，所述时钟控制电路7在获得时钟控制信号enck0和enck1之后， 就向第二升压电路3提供一对相位相反的非重叠时钟，而停止向第一升压电 路2提供时钟。
相应地，第二升压电路3开始进行电源电压的升压，并由输出电路4根 据其升压输出形成电荷泵的输出电压。
当随着电荷泵的输出电压进一步升高，达至超过3.9V时，则所述电荷泵 的输出电压经由电阻R1、R2构成的分压器后的分压大于1.3V，显然也大于 1.2V。则第一比较电路5向逻辑电路8输出“1”，第二比较电路6向逻辑电 路8输出“1”。
所述逻辑电路8在获得第一比较电路5输出的“1”，以及第二比较电路6 输出的“1”之后，获知电荷泵的输出电压此时大于3.9V，不再需要电荷泵升 压。因此，所述逻辑电路8形成的时钟控制信号enck0为“0”，enck1为“0”， 表示将具有较大泵浦电容的第一升压电路2和具有较小泵浦电容的第二升压 电路3均关闭。
在第一升压电路2和第二升压电路3关闭后，电荷泵的输出电压会下降， 当电荷泵的输出电压下降至小于目标电压时，此时第一比较电路5向逻辑电 路8输出“1”，而第二比较电路6向逻辑电路8输出“0”。
所述逻辑电路8就会再次如上所述的形成时钟控制信号enck0为“0”， enck1为“1”，表示需要开启具有较小泵浦电容的第二升压电路3进行较慢的 升压，使得电荷泵输出电压的纹波减小。
而若在第一升压电路2和第二升压电路3关闭后，电荷泵的输出电压急 剧下降至小于第一参考电压时，此时第一比较电路5向逻辑电路8输出“0”， 而第二比较电路6向逻辑电路8输出“0”。
所述逻辑电路8就会再次如上所述的形成时钟控制信号enck0为“1”， enck1为“0”，表示需要开启具有较大泵浦电容的第一升压电路2进行快速的 升压。从而，电荷泵的输出电压能够快速回复到目标电压附近。
接下来，再如上述说明的，逻辑电路8在电荷泵输出电压超过第一参考 电压而未达到目标电压时，关闭第一升压电路2，开启第二升压电路3进行较 慢的升压，使得电荷泵输出电压的纹波减小。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。