[实用新型]一种抑制列FPN的相关双采样电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种抑制图像传感器的列固定模式噪声的电路，此电路可以有效减少由于图像传感器本身的结构及制造工艺带来的列固定模式噪声，从而提高图像传感器的成像质量，属于研究高质量图像获取的技术领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展，安防越来越受到各方面的关注。图像传感器作为安防监控系统的关键设备，承担着获取高质量图像的重任。图像采样是图像成像的关键步骤，其过程为图像传感器将光学镜头采集到的光信号转换成电信号，然后经过模拟前端的相关数据双采样(CDS)，自动增益控制(AGC)和数模转换(ADC)三个模块将图像传感器输出的图像模拟信号处理成数字信号。这个过程中不可避免地引入各种噪声，导致图像质量下降。本专利所涉及的电路能抑制图像传感器本身的结果所引入的固定模式噪声(FPN），有效提高图像的成像质量。

发明内容

传统双采样技术通过列差分放大器和输出放大器的差分作用消除FPN，但在模拟域两路差分通过不同输出路径存在误差。且在像素间距的限制下，列差分放大器结构复杂、设计困难，会引入更多的随机噪声，达不到噪声最小化的目的。为了有效降低FPN，在研究FPN产生机理和FPN对图像传感器输出信号影响机理的基础上，设计了一种能有效抑制列FPN的单列放大器相关双采样电路。主要发明内容包括两个方面：

(1)设计了一种低功耗的相关双采样CDS电路

此电路改变了传统的CDS电路的读出结构，利用一个列放大器实现对APS的电压读出信号的先后采样，然后将采样到的光信号和复位信号取差值得到所需的有效光信号。此结构解决了将光信号和复位信号经过两个性能不完全一样的列放大器所带来的列FPN的问题。同时，简化了电路结构，降低了对制造工艺的要求，应用前景广阔。

(2)设计了一个与PGA的接口电路

所设计的相关双采样CDS电路中只有一个列放大器，不能同时输出光信号和复位信号，也就不能直接跟PGA相连，需要一个专用的接口电路。将相关双采样CDS电路从APS采样的光信号和复位信号作为接口电路的输入，接口电路采用对称运算跨导放大器OTA及时钟输出光信号和复位信号，并将两个信号取差值得到所需的有效光信号，最后将有效光信号作为可编程增益放大器(PGA)的输入。

附图说明

图1是对称运算跨导放大器图

图2是单列放大器相关双采样电路图

图3是相关双采样CDS电路与PGA的接口电路图

具体实施方式

先采用图1所示的对称运算跨导放大器作为列放大器，实现对图2中APS的光信号和复位信号两个电压读出信号的采样，然后将采样信号作为图3所示的相关双采样CDS电路与PGA的连接电路的输入，连接电路利用对称运算跨导放大器OTA及时钟输出光信号和复位信号，并将两个信号取差值得到有效光信号。

从APS读出信号的过程为：先利用K_s将光信号V_sig采样到电容C_s上，然后再利用K_r将复位信号V_rst采样到电容C_r上，最后将两者相减得到有效光信号V_o，此过程中两个CDS信号走同一个列放大器通路，因此列FPN会很低。

(1)采样光信号V_sig，此过程中，Col_S有效，利用公式V_S(n)=V_stg+Δ可以得到V_s节点的电压值；

(2)采样复位信号V_rst，此过程中，Col_R有效，利用公式V_r(n+1)=V_rst+Δ可以得到V_r节点得电压值；

(3)将节点V_s和V_r的电压信号送入图3的输入端，图3将采样所得的复位信号减去光信号即可得到有效光信号V_o，即K₁有效时，采样光信号并存在电容C₂上，接着K₁断开，K₂有效，采样复位信号，同时将两者做差即可得到有效光信号V_o：

V_o(n)=V_r(n+1)-V_S(n)=V_rst-V_stg