[发明专利]CMOS图像传感器像素读出加速电路

说明书

本发明公开了一种CMOS图像传感器像素读出加速电路，包括寄存器DFF1，寄存器DFF1的CLK端与寄存器DFF2的CLK端连接后同时还与比较器A连接，寄存器DFF1的Q端与MOS管M1的栅极连接，寄存器DFF1的D端与MOS管M1的发射极连接，MOS管M1的集电极又与MOS管M4的集电极连接，MOS管M4栅极与寄存器DFF2的Q端连接，寄存器DFF1的D端与MOS管M1的发射极均与电源VCC连接，且同时与待加速的CMOS图像传感器内部连接。本发明解决了现有技术中存在的CMOS图像传感器中面对较大寄生电容时无法实现快速建立时间的问题。

技术领域

本发明属于读出电路技术领域，具体涉及一种CMOS图像传感器像素读出加速电路。

背景技术

随着CMOS工艺的发展，CMOS图像传感器低成本、高集成度、工艺兼容、低功耗、高速度、图像信息随机读取、体积小等一系列优势也逐渐显现出来，使其在安防监控、数码相机、扫描仪、手机、电脑摄像头、汽车、医疗图像、航空航天等领域有着广泛的应用，具有非常庞大的消费群体，市场前景一片光明。

然而，在一些对分辨率有极高要求的情况下，在提高像素单元数量的同时会造成整个芯片面积的增加，从而增加了单个像素单元输出节点的寄生电容。这对于信号的读出是尤为不利的，其中的一个主要原因在于，像素单元输出节点的寄生电容值较大时，会显著影响输出信号的建立过程。下面将着重分析寄生电容对输出信号建立过程的影响。

目前主流的CMOS图像传感器均使用源极跟随器作为缓冲器Buffer，如图1给出一种考虑寄生电容和寄生电阻的传感器结构示意图，其基本原理是当复位信号RESET为高电平时，每个像素单元里光电二极管(Photo-Diode，PD)输出端电压VIN均复位到高电平，当复位信号RESET为低电平时，像素单元内电路便进入积分阶段，其具体过程是根据照射到光电二极管PD上光强的大小，光电二极管PD中会形成与之对应的光电流，不断抽取光电二极管PD输出端寄生电容上的电荷，光电二极管PD输出端电压VPD逐渐下降，当积分阶段完成后，光电二极管PD中不再产生光电流，光电二极管PD输出端电压V_IN保持不变，然后每个像素单元里行选信号SEL依次打开，便可以把每个像素单元里V_IN的大小通过V_OUT读出来，但是由于输出节点存在寄生电容，V_OUT并不会快速的上升至源极跟随器的输出，而存在一个对寄生电容的充电过程，在这一过程的充电电流仅为源极跟随器漏电流I1与尾电流偏置I2之差，因此寄生电容会显著降低V_OUT的建立时间。图2给出了这种现象的示意图。

因此，如何压缩像素单元输出信号的建立时间，成为了CMOS图像传感器技术的一个无法避免的难题，如果实现不了在面对较大寄生电容时具有较快的建立时间，那么超大阵列的CMOS图像传感器将永远无法实现高帧率。CMOS图像传感器必将在阵列规模和高帧率之间存在一定程度的折衷，CMOS图像传感器的应用也大大受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种CMOS图像传感器像素读出加速电路，解决了现有技术中存在的CMOS图像传感器中面对较大寄生电容时无法实现快速建立时间的问题。

本发明所采用的技术方案是，CMOS图像传感器像素读出加速电路，包括寄存器DFF1，寄存器DFF1的CLK端与寄存器DFF2的CLK端连接后同时还与比较器A连接，寄存器DFF1的Q端与MOS管M1的栅极连接，寄存器DFF1的D端与MOS管M1的发射极连接，MOS管M1的集电极又与MOS管M4的集电极连接，MOS管M4栅极与所述寄存器DFF2的Q端连接，MOS管M4的发射极接地，寄存器DFF2的D端接地，所述MOS管M1为P型MOS管，MOS管M4为N型MOS管；

寄存器DFF1的D端与MOS管M1的发射极均与电源VCC连接，且同时与待加速的CMOS图像传感器内部连接，所述比较器A连接在CMOS图像传感器的电源VCC或地与输出节点间，实现对输出节点寄生电容快速置位的作用，电容置位值由比较器预置电压值决定。