一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法技术

本发明专利技术公开了一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，属于仿真分析领域。一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，包括以下步骤：1)对ADC比较器的翻转进行仿真分析，得出翻转区间偏移；2)计算所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内的概率和跨越多个时钟周期的概率，并计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压；3)将所述CMOS图像传感器噪声电压和对应的概率相乘，得到由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器噪声的计算值。本发明专利技术的分析方法，确定了由ADC固有噪声而引起CMOS图像传感器的整体噪声，在设计阶段有利于明确设计值是否满足设计要求，为噪声设计改进提供依据。进提供依据。进提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法


[0001]本专利技术属于仿真分析领域，尤其是一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法。

技术介绍

[0002]在低亮度场景或视频应用场合，噪声严重影响所拍摄图像或视频的质量。噪声广义上指的是除了信号以外其它形式的扰动。CMOS传感器电路里噪声有许多类型，大体上可以根据其产生的原因分为器件电子噪声和“环境”噪声。器件的电子噪声是由于器件本身的物理性质造成的，在CMOS可见光图像传感器中一般包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、暗电流；“环境”噪声则是指电路受到电源、地线、衬底等的随机干扰，或者环境温度变化、时钟抖动、电磁干扰等。各种噪声通过外围电路耦合到传感器阵列而损坏图像传感器性能。其中“环境”噪声可以通过电路设计而被很好地抑制，不会对传感器的性能产生重要的影响。如在图像传感器的版图设计过程中，添加保护环来增加芯片对电源波动的抗干扰能力；设计者也可以使用低相位噪声的时钟来减少时钟抖动对图像传感器性能的影响。与此同时，器件所固有的噪声却很难被抑制，从而成为了CMOS可见光图像传感器性能的最基本的限制因素。
[0003]CMOS图像传感器中集成的ADC用于实现光电信号到数字信号的转换，ADC的器件固有噪声严重制约着整体CMOS图像传感器的噪声性能，因此分析ADC的器件固有噪声对整体图像传感器的噪声影响，具有至关重要的作用。图1所示为ADC的结构框图和转换过程，ADC包括ADC比较器10和ADC计数器11，ADC比较器10的输入为模拟待转换信号Vin和斜坡参考Ramp，第一次比较翻转信号出现，则计数器起始计数，第二次比较器翻转信号出现，则计数器结束计数。由于ADC比较器噪声，同样条件下，翻转沿并不处于同一位置，由此引起CMOS图像传感器噪声。传统的ADC的噪声分析方法流程图如图2所示，ADC采样正弦输入信号，利用快速傅里叶变换，计算噪声基底。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服用于CMOS图像传感器的ADC的固有噪声无法得出的缺点，提供一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，包括以下步骤：
[0007]1)对ADC比较器的翻转进行仿真分析，得出翻转区间偏移；
[0008]2)计算所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内的概率和跨越多个时钟周期的概率，并计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压；
[0009]3)将所述CMOS图像传感器噪声电压和对应的概率加权平均，得到由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器噪声的计算值。
[0010]进一步的，步骤1)中根据CMOS图像传感器噪声定义，采用CMOS图像传感器噪声统
计方法对ADC比较器的翻转进行仿真分析。
[0011]进一步的，在步骤2)中，若所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内，则不引起噪声。
[0012]进一步的，步骤2)中计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压，具体为：
[0013][0014]式中：F为第F帧图像；Voi为像元的第i次输出；Vo为像元的F次输出的平均值。
[0015]一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，包括以下步骤：
[0016]1)确定ADC量化的1LSB对应的模拟电压值和1LSB所对应的时间跨度；
[0017]2)加入器件噪声模型，对ADC的翻转进行仿真，得到ADC翻转区间偏移；
[0018]3)确定无噪声的概率；
[0019]确定产生噪声的概率，计算产生所述噪声对应的噪声电压；
[0020]4)将噪声概率和噪声电压值相乘，得到单点噪声；
[0021]将所有单点噪声相加，得到由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器噪声的计算值。
[0022]进一步的，步骤1)中根据ADC转换的模拟信号，确定ADC量化的1LSB对应的模拟电压值。
[0023]进一步的，步骤1)中根据ADC计数器工作的频率，确定1LSB所对应的时间跨度。
[0024]进一步的，步骤2)中计算ADC翻转区间偏移在1LSB时间时钟周期内的概率，确定无噪声的概率。
[0025]进一步的，步骤2)中计算ADC翻转区间偏移跨越多个LSB的概率，确定产生噪声的概率。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术的用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，采用CMOS图像传感器噪声统计方法，分析CMOS图像传感器中由噪声而引起的ADC比较器翻转偏差范围，最终引起输出码值差异概率，确定由ADC的非理想特性；本专利技术的用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，确定了由ADC固有噪声而引起CMOS图像传感器的整体噪声，在设计阶段有利于明确设计值是否满足设计要求，为噪声设计改进提供依据。本专利技术的分析方法，不仅能够分析计算集成于CMOS图像传感器中ADC的噪声，也能够分析计算其他核心模块如可编程增益放大器模块等，最终实现整体CMOS图像传感器整体噪声的设计值。
附图说明
[0028]图1为用于CMOS图像传感器的ADC的结构框图和工作过程图；
[0029]图2为传统ADC固有噪声计算方法；
[0030]图3为由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器码值变化图；
[0031]图4为由ADC固有噪声引起的翻转时间差；
[0032]图5为由ADC固有噪声引起的噪声计算示意图；
[0033]图6为具体实施方式流程图。
具体实施方式
[0034]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0035]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0036]CMOS图像传感器的噪声评价方法和单片ADC的噪声评价方法存在差异。根据《电荷耦合成像器件测试方法》，CMOS图像传感器噪声体现为重复采集多帧图像，像元光电信号模数转换输出的数字码值与均值的差异。因此，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对ADC比较器的翻转进行仿真分析，得出翻转区间偏移；2)计算所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内的概率和跨越多个时钟周期的概率，并计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压；3)将所述CMOS图像传感器噪声电压和对应的概率加权平均，得到由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器噪声的计算值。2.根据权利要求1所述的用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，其特征在于，步骤1)中根据CMOS图像传感器噪声定义，采用CMOS图像传感器噪声统计方法对ADC比较器的翻转进行仿真分析。3.根据权利要求1所述的用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，其特征在于，在步骤2)中，若所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内，则不引起噪声。4.根据权利要求1所述的用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，其特征在于，步骤2)中计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压，具体为：式中：F为第F帧图像；Voi为像元的第i次输出；Vo为像元的F次输出的平均值。5.一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婷，何杰，崔双韬，张先娆，徐晚成，张曼，曹天骄，袁昕，李倩敏，时光，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：