[发明专利]一种具有任意开窗功能的读出电路

说明书

本发明涉及一种具有任意开窗功能的读出电路，属于光电子技术和微电子技术领域。该读出电路包括信号预处理电路、列控制电路、列选通电路、行控制电路和行选通电路；列控制电路、行控制电路分别与信号预处理电路相连；列选通电路与列控制电路相连；行选通电路与行控制电路相连；本发明没有采用组合逻辑电路，避免了竞争冒险问题；采用可重复使用的电路，具有良好的可扩展性，在面阵出现变化时，电路不需要重新定制化设计，可应用于不同面阵的读出电路；本发明在不占用像元面积的情况下，通过所述控制字控制窗口位置，实现了在读出电路中任意位置、最小窗口尺寸1×1的开窗，易于推广应用。

技术领域

本发明属于光电子技术和微电子技术领域，涉及成像系统中的焦平面读出电路，具体涉及一种COMS图像传感器的具有任意开窗功能的读出电路。

背景技术

读出电路(ROIC)的主要功能是对探测器感应的微弱电信号进行前置处理(如积分、放大、滤波和采样/保持等)及信号的并/串行转换。作为COMS图像传感器主要部件之一的读出电路，在整个系统中是十分重要的一个环节，其性能优劣直接影响到成像质量。随着红外探测器技术的不断发展，对读出电路的要求也越来越高。图像传感器面阵的不断扩大，对数据的传输、功耗以及版图的设计和布线都提出了更高的要求。目前研制的COMS图像传感器中，其中一个重要功能就是随机开窗口功能。随机开窗口读出又称多窗口开启功能，或感兴趣区域读出(Region of Interest Readout)功能，是提高探测器读出帧频的有效途径。随着COMS图像传感器技术的不断发展，探测器分辨率也随之提高，在高分辨率的情况下，为了降低带宽和功耗，其中一种方法是只读出窗口区域，也就是随机开窗口功能。除此之外随机开窗口还可用于不同的应用，如目标跟踪或模式识别，通过改变图像大小来提高处理速度和效率。尤其是在大面阵COMS图像传感器上，用户可重构图像大小有助于观察感兴趣的区域，快速导出指定区域的信号。

论文《640×512-25um多功能红外读出电路设计》公示了一种读出电路的开窗方案1，通过格雷码计数器及译码器逐行选通电路，但是该电路仍存在具体以下问题需要改进：

1、在面阵较大时，由于译码器产生较为严重的竞争冒险问题，导致输出出现错误。

2、在面阵出现变化时，译码器电路不同，导致电路需要重新定制化设计。

美国专利US009894294B2公示了一种读出电路的开窗方案2，在每个像元内部设计了独立的逻辑电路及存储电路，采用独立的控制信号总线进行控制字写入，但是该电路仍存在具体以下问题需要改进：

1、控制电路占用像元内空间，导致像元面积缩小困难；

2、控制字数量多，每次窗口位置的改变，都需重新写入控制字，导致窗口变更速度慢。

论文《A 1 K×1 K high dynamic range CMOS image sensor with on-chipprogrammable region-of-interest readout》公示了一种读出电路的开窗方案3，将一组像元集合视为子阵列，同时对其进行标记。此方案在每一组子阵列中放置寄存器和逻辑电路，当电路读出时，对每组像元集合中寄存器中的值进行扫描，标记有效的读出，无效的则跳过，但是该电路仍存在具体以下问题需要改进：

1、最小开窗尺寸受到子阵列大小限制，最小尺寸为32×32；

2、控制电路占用像元内空间，导致像元面积缩小困难；

因此如何克服现有技术的不足是目前光电子技术和微电子技术技术领域领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种具有任意开窗功能的读出电路，应用于CMOS图像传感器读出电路中，该电路产生的行选、列选信号，支持图像传感器的任意位置任意大小开窗，具有最小1×1开窗、不占用像元面积、可扩展性好等特点，易于推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：