[发明专利]用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法及电路

说明书

技术领域

本发明属于半导体图像感测技术领域，涉及一种用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法及电路。

背景技术

通过相关多次采样的技术能降低传感器的噪音。一种典型的相关多次采样电路如图1a所示，包括积分器和读出控制开关S5，其中积分器由放大器AMP1、采样电容C1、反馈电容C2和五个开关S0、S1、S2、S3、S4构成；该电路首先通过闭合开关S0对C2和电路进行复位。然后断开开关S0，闭合开关S1和S3，如图1b所示；在C1上的信号稳定后，断开开关S1与S3，将像素信号采样到电容C1上。再然后闭合开关S2与S4，如图1c所示，将信号电荷转移到电容C2上。通过反复循环图1b与图1c描述的相位，就能将像素输出缓存器上的噪音进行积分，积分循环结束后闭合读出控制开关S5即可将积分结果读出。由于非相关噪音在积分后会被平均，于是Vpix(像素信号)上的等效输入噪音会被降低。其缺点是Vpix的有效摆幅随着积分次数的增加而减少，导致传感器总动态范围的降低。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法及电路，该方法能保持像素的输出不变，降低像素的等效输入噪音，从而能同时实现图像传感器低噪音和宽动态范围。

为了解决上述技术问题，本发明的用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一、根据像素输出缓存器输出的像素信号大小确定积分次数K，像素信号越小则积分次数K越大；

步骤二、控制积分器将像素输出缓存器输出的像素信号积分K次；

步骤三、对像素信号K次积分的结果进行模数转换得到量化结果数据；

步骤四、将量化结果数据除以积分次数K得到最后的采样结果数据。

一种实现上述用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法的电路，可以下述三种技术方案。

技术方案一

一种实现上述用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法的电路，包括像素输出缓存器，积分器，读出控制开关；其特征在于还包括第一模数转换单元，逻辑控制单元，第二模数转换单元，数据处理单元；所述像素输出缓存器将像素信号输出给积分器和第一模数转换单元；第一模数转换单元将像素信号转换为像素数字信号K₀，逻辑控制单元将设置的积分次数最大限值K_max与K₀相减得到像素信号积分次数K；然后逻辑控制单元将积分次数K传输给数据处理单元，同时输出控制信号使积分器对像素信号积分K次；积分结束后闭合读出控制开关，第二模数转换单元将像素信号K次积分结果转换为量化结果数据A后输出给数据处理单元；数据处理单元将量化结果数据A除以积分次数K得到采样结果数据Y。

技术方案二

一种实现上述用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法的电路，包括像素输出缓存器，积分器，读出控制开关；其特征在于还包括预比较器，逻辑控制单元，模数转换单元，数据处理单元；所述像素输出缓存器将像素信号输出给积分器和预比较器；预比较器将像素信号与设置的多个电压台阶进行比较后将比较结果数据传输给逻辑控制单元；逻辑控制单元根据比较结果数据控制积分器对像素信号积分K次，同时将积分次数K传输给模数转换单元；积分结束后闭合读出控制开关，模数转换单元将像素信号K次积分结果转换为量化结果数据A后输出给数据处理单元；数据处理单元将量化结果数据A除以积分次数K得到采样结果数据Y。

所述预比较器设置多个电压台阶V₁、V₂、……、V_n，预比较器将像素信号Vpix与电压台阶V₁、V₂、……、V_n进行比较后得到位宽N-bit的比较结果数据K，像素信号Vpix越小比较结果数据K越大；逻辑控制单元根据该比较结果数据K控制积分器对像素信号积分K次。