[发明专利]CMOS图像传感器内部实现TDI功能的模拟累加器

权利要求书

1.一种CMOS图像传感器内部实现TDI功能的模拟累加器，其特征是，包括：两个差分采样电容Cs+和Cs-、全差分运放、两条输入总线、两条输出总线、n+1组积分器，CMOS-TDI图像传感器采用过采样率为(n+1)/n的滚筒式曝光，采样电容Cs+和Cs-的左极板分别连接到像素阵列的列总线上和某个参考电压Vref上，采样电容Cs+和Cs-的右极板分别连接到全差分运放的正、负输入端，所述的两条输入总线分别连接到全差分运放的正、负输入端，所述的两条输出总线分别连接到全差分运放的正、负输出端，所述的n+1组积分器分别连接在输入总线与输出总线之间，全差分运放的负输出端与正输入端、正输出端与负输入端之间分别设置有时钟开关clk。

2.如权利要求1所述的模拟累加器，其特征是，组积分器的结构为：一个积分电容C_h1+一端通过并接的两个开关连接到与全差分运放的负输入端相连的输入总线，两个开关中一个为复位开关Resetn，另一个为In开关，该电容另一端通过一个开关连接到与全差分运放的正输出端相连的输出总线上；另一个积分电容C_h1-通过并接的另两个开关连接到与全差分运放的正输入端相连的输入总线，另两个开关中一个为复位开关Resetn，另一个为In开关，n为对应积分器的级数，另一个积分电容另一端通过一个开关连接到与全差分运放的负输出端相连的输出总线上，前述两个积分电容连接到输出总线的两个端点间设置有一个开关。

3.如权利要求2所述的模拟累加器，其特征是，累加器开始对像素阵列的像素1输出的信号进行累加，像素1对物体A曝光后输出一组信号，分别是像素复位信号V_rst1和像素曝光信号V_sig1，假设此时像素1与累加器中第1组积分器对应，像素列总线输出V_rst1信号时，采样电容Cs+的左极板电压首先变为V_rst1，此时时钟开关clk闭合，复位开关Reset1闭合，I1开关断开，第1组积分器中的积分电容和的左极板分别连接到运放的正负输入端，而右极板短接在一起，此时采样电容Cs+与积分电容C_h1+中存储的电荷总和为：

Q₊＝C_s+(V_rst1-V_{com_out})-C_h1+V_os                (1)

其中V_{com_out}为全差分运放输出共模电压，同时采样电容C_s-与积分电容C_h1-中存储的电荷总和为：

Q_-＝V_s-(V_ref-V_{com_out})                         (2)

当像素列总线输出的信号变为V_sig1后，采样电容Cs+的左极板电压变为V_sig1，而采样电容C_s-的左极板电压仍为V_ref不变，此时时钟开关clk断开，复位开关Reset1断开，I1开关闭合，此时采样电容Cs+与积分电容Ch1+中存储的电荷总和为：

Q₊＝C_s+(V_sig1-V_{com_in})+C_h1+(V_out--V_{com_in}-V_os) (3)

其中V_{com_in}为运放输入共模电压，V_out-为累加器负输出端，V_out+为累加器正输出端，同时采样电容C_s-与积分电容C_h1-中存储的电荷总和为：

Q_-＝C_s-(V_ref-V_{com_in})+C_h1-(V_out+-V_{com_in})      (4)

设采样电容Cs+和Cs-大小相同为Cs，积分电容C_h1+和C_h1-大小相同为C_h1，因此根据电荷守恒方程可以得出：

Vout--Vout+=CsCh1(Vrst1-Vsig1)---(5)]]>

当像素2完成对A物体曝光后，其输出的信号继续累加到第一组积分器，此时模拟累加器的输出变为：

Vout--Vout+=CsCh1[(Vrst1-Vsig1)+(Vrst2-Vsig2)]---(6)]]>

其中V_rst2和V_sig2是像素2对A物体曝光后输出的一组信号，n个像素逐次对A物体曝光后都将输出的信号累加到第一组积分器中，最后模拟累加器完成n次累加后的输出为：

Vout--Vout+=CsCh1[(Vrst1-Vsig1)+(Vrst2-Vsig2)+......+(Vrstn-Vsign)]---(7)]]>

最后通过Read开关将n次累加后的信号读出到后级ADC电路中完成信号量化。