CMOS图像传感器制造技术

一种CMOS图像传感器及应用其的摄像机和数码相机，该传感器包括：像素信号产生模块，用于基于时序控制信号产生不同模式的像素信号；像素信号采集模块，用于采集并流水线地存储不同模式的像素信号，并相关双采样不同模式的像素信号；像素信号处理模块，用于对相关双采样的像素信号进行多列共享处理，得到数字码。本发明专利技术由于像素信号产生模块能通过调节像素信号控制器的时序控制信号，得到不同模式的像素信号，因此本发明专利技术的CMOS图像传感器，分辨率及帧率可调。像素信号采样模块和像素信号处理模块可多列共享的处理像素信号，因此电路结构可紧凑高速的处理多列像素信号，减小芯片面积，有效降低模拟读出电路的面积，版图更容易实现。

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器
本专利技术属于集成电路
，更具体地涉及一种CMOS图像传感器。
技术介绍
CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的成像帧率与成像分辨率存在折中关系，通常CMOS图像传感器一旦生产，其成像最高帧率和最大分辨率就被确定，不可调节。此外，高速CMOS图像传感器多采用列并行读出结构，每列配备一条读出电路，因此读出电路面积较大，同时在狭长条空间内(通常为微米级)给列读出电路的版图实现带来困难。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的主要目的在于提出一种CMOS图像传感器，用于解决以上技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种CMOS图像传感器，包括：像素信号产生模块，用于基于时序控制信号产生至少两种不同模式的像素信号；像素信号采集模块，用于采集并流水线地存储不同模式的像素信号，并相关双采样不同模式的像素信号；像素信号处理模块，用于对相关双采样的像素信号进行多列共享处理，得到数字码。进一步地，上述像素信号产生模块包括：像素阵列；以及像素信号控制器，用于向像素阵列发送时序控制信号以产生不同模式的像素信号。进一步地，上述不同模式的像素信号包括高速模式下的像素信号、高分辨率模式下的像素信号和低功耗模式下的像素信号。进一步地，上述像素信号采集模块包括：采样电容网络，用于采样并流水线地存储不同模式的像素信号，并相关双采样不同模式的像素信号；多路选通器，用于采样保存相关双采样后的像素信号，并有序地选通采样电容网络中存储的信号，传输至像素信号处理模块；选通控制器，用于通过数字电路向采样电容网络和多路选通器提供控制信号以完成相应操作。进一步地，上述采样电容网络包括相同的第一组采样电容网络和第二组采样电容网络，用于分别采样并流水线地存储不同模式的像素信号。进一步地，上述像素信号处理模块包括：多列共享的增益放大器，用于放大相关双采样后的像素信号；多列共享的采样电路，用于采样并存储多列共享的增益放大器输出的信号；多列共享的模数转换器，用于量化多列共享的采样电路存储的信号，输出数字码；电路控制器，用于向多列共享的增益放大器、多列共享的采样电路及多列共享的模数转换器提供控制信号以完成相应操作。进一步地，上述多列共享的增益放大器，还用于完成单端转差分及电平位移。进一步地，上述多列共享的增益放大器为多列共享的可增益放大器，其放大倍数能够根据需要进行调整。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术还提出一种摄像机，该摄像机采用上述的CMOS图像传感器。为了实现上述目的，本专利技术还提出一种数码相机，该数码相机采用上述的CMOS图像传感器。为了实现上述目的，本专利技术还提出一种监控设备，该视频监控设备采用上述的CMOS图像传感器。为了实现上述目的，本专利技术还提出一种图像采集设备，该图像采集设备采用上述的CMOS图像传感器。本专利技术提出的CMOS图像传感器，具有以下有益效果：1、由于像素信号产生模块能用于产生不同模式的像素信号，且像素信号产生模块包含有像素信号控制器，通过调节像素信号控制器的时序控制信号，即可得到不同模式的像素信号，因此本专利技术的CMOS图像传感器，其分辨率及帧率可调，可实现高速成像，高分辨率成像，低功耗成像；2、由于像素信号采样模块和像素信号处理模块可多列共享的处理像素信号，通过多路选通器及选通控制器，可有序地选通采样电容网络中存储的信号，传输至所述像素信号处理模块，因此电路结构可以紧凑高速的处理多列像素信号，减小芯片面积；且可有效降低模拟读出电路的面积，版图更容易实现；3、由于采用像素信号采样电容网络，因此可以流水线地存储像素行间信号、相邻列像素信号、差值信号，从而提高读出速度。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的CMOS图像传感器的结构示意图；图2是图1所示CMOS图像传感器中像素阵列的结构示意图；图3是本专利技术一实施例中，CMOS图像传感器工作在高速模式时，像素信号控制器产生的控制时序图；图4是本专利技术一实施例中，CMOS图像传感器工作在高分辨率模式时，像素信号控制器产生的控制时序图；图5是本专利技术一实施例中，CMOS图像传感器工作在相邻像素差值读出时，像素信号控制器产生的控制时序图；图6是本专利技术一实施例中，像素信号采样模块的结构示意图；图7(a)是图6中所示像素信号采样及模拟信号选通控制器的详细电路图；图7(b)是图6中所示多路选通器的详细电路图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。CMOS图像传感器主要包括像素阵列、模拟读出电路和数字控制器等模块。像素阵列将光信号转换为电信号，此光生电信号按照一定读出方式读出。目前被广泛应用的读出方式为滚筒式曝光逐行读出和全局曝光逐行读出方式。模拟读出电路主要包括预处理电路和模数转换电路。预处理电路对像素信号进行相关双采样去噪，可编程增益放大以及单端转差分的处理。模数转换器对预处理后的像素信号进行比较量化，产生相应的数字码，即为对应像素点的灰度值。本专利技术公开了一种CMOS图像传感器，包括：像素信号产生模块，用于基于时序控制信号产生至少两种不同模式的像素信号；像素信号采集模块，用于采集并流水线地存储不同模式的像素信号，还用于相关双采样不同模式的像素信号；像素信号处理模块，用于对相关双采样的像素信号进行多列共享处理，得到数字码。上述的像素信号产生模块包括：像素阵列；以及像素信号控制器，用于向像素阵列发送时序控制信号以产生不同模式的像素信号。在本专利技术的一些实施例中，提供的用于CMOS图像传感器的像素信号控制器，可分别工作在不同的控制时序下实现高速成像、高分辨率成像、相邻像素差值低功耗读出成像，此外本专利技术中像素还可用于其它的读出方式。本专利技术是通过调节像素信号控制器的时序控制信号，即可得到不同模式的像素信号，因此本专利技术的CMOS图像传感器，其分辨率及帧率可调，可实现高速成像、高分辨率成像、低功耗成像。其中高速成像是指成像侧重于帧率而不是分辨率和功耗的模式，采用当前CMOS图像传感器能够达到的较高速率而相应降低了分辨率；高分辨率成像则是指成像侧重于分辨率而不是速率和功耗的模式，采用当前能够达到的较高分辨率而相应处理时间也延长；相邻像素差值低功耗读出成像则是指成像侧重于功耗的降低而不关注速率和分辨率的模式，其是最省电的，相应拍摄的时间和张数也得到延长。上述的像素信号采集模块包括：采样电容网络，用于采样并流水线地存储不同模式的像素信号，还用于相关双采样不同模式的像素信号；多路选通器，用于采样保存相关双采样后的像素信号，并有序地选通采样电容网络中存储的信号，传输至像素信号处理模块；选通控制器，用于通过数字电路向采样电容网络和多路选通器提供控制信号以完成相应操作。在本专利技术的一些实施例中，采样电容网络和选通控制器为一个数字控制模块，由数字门电路构成，选通控制器产生不同的控制时序控制采样电容网络，依次将不同行的像素信号采集到采样电容网络；随后选通控制器控制多路选通器依次选通采集到的不同列的像素信号进行后续处理。在本专利技术的一些实施例中，采样电容网络包括相同的第一组采样电容网络和第二组采样电容网络，用于分别采样并流水线地存储不同模式下不同行的像素信号。上述像素信号处理模块包括：多列共享的增益放大器，用于放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS图像传感器，包括：像素信号产生模块，用于基于时序控制信号产生至少两种不同模式的像素信号；像素信号采集模块，用于采集并流水线地存储所述不同模式的像素信号，并相关双采样所述不同模式的像素信号；像素信号处理模块，用于对所述相关双采样的像素信号进行多列共享处理，得到数字码。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器，包括：像素信号产生模块，用于基于时序控制信号产生至少两种不同模式的像素信号；像素信号采集模块，用于采集并流水线地存储所述不同模式的像素信号，并相关双采样所述不同模式的像素信号；像素信号处理模块，用于对所述相关双采样的像素信号进行多列共享处理，得到数字码。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述像素信号产生模块包括：像素阵列；以及像素信号控制器，用于向所述像素阵列发送时序控制信号以产生至少两种不同模式的像素信号。3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述不同模式的像素信号包括高速模式下的像素信号、高分辨率模式下的像素信号和低功耗模式下的像素信号。4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其中，所述像素信号采集模块包括：采样电容网络，用于采样并流水线地存储所述不同模式的像素信号，并相关双采样所述不同模式的像素信号；多路选通器，用于采样保存所述相关双采样后的像素信号，并有序地选通所述采样电容网络中存储的信号，传输至所述像素信号处理模块；选通控制器，用于通过数字电路向所述采样电容网络和多路选通器提供控制信号以完...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志强，刘力源，吴南健，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11