一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法制造方法及图纸

本申请实施例提供一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法，涉及图像传感器领域，用于解决在读出图像传感器产生的目标信号时，图像传感器工作频率高、功耗大以及动态范围较小的问题，实现降低工作频率、提高动态范围的技术效果。信号产生电路产生光电信号和复位信号，信号保持电路先保存光电信号，再基于复位信号和保存的光电信号生成目标信号，且该目标信号的电压是光电信号的电压与复位信号的电压之差V

【技术实现步骤摘要】
一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法


[0001]本申请实施例涉及图像传感器领域，尤其涉及一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。图像传感器中包括由多个光敏像素单元组成的像素阵列。目前，读出图像传感器产生的图像信号的方法有滚动曝光模式和全局曝光模式两种，其中，滚动曝光模式是对图像传感器中的像素阵列逐行曝光并逐行读出，全局曝光模式是对所有光敏像素单元同时曝光并同时读出。
[0003]在使用全局曝光模式读出图像传感器产生的图像信号时，读出电路需要读出两次才能计算出图像传感器产生的图像信号，导致工作频率高，功耗大，并且图像传感器的动态范围较小，限制了图像传感器的工作范围。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法，应用于电子设备，可以在读出图像传感器产生的目标信号时，降低读出电路的工作频率，提高图像传感器的动态范围，同时简化像素单元电路结构。
[0005]为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种信号采集方法，该方法应用于像素单元电路，像素单元电路包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；信号保持电路包括第一开关和第一电容；信号产生电路与第一电容的第一端耦合，第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，第一电容的第二端还与信号读取电路耦合，该方法包括：通过信号产生电路生成光电信号；其中，光电信号是像素单元电路接收到的光信号转换成的电信号；通过信号保持电路接收并存储光电信号；通过信号产生电路生成复位信号；其中，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压；通过信号保持电路接收复位信号并基于所存储的光电信号和复位信号，生成目标信号；目标信号的电压是光电信号与复位信号的电压之差；通过信号读取电路读取目标信号。。
[0007]由此，本申请提供的信号采集方法，应用于像素单元电路，通过对该像素单元电路的优化，使得只通过一次读取便得到目标信号的电压，且目标信号的电压为光电信号的电压与复位信号的电压之差。相比于现有技术中需要两次读取并做相减计算才能得到目标信号的电压，且目标信号的电压为本申请得到的目标信号的电压的一半的信号采集方法，本申请的信号采集方法能够有效降低图像传感器的工作频率，降低图像传感器的功耗，并且有效提高了图像传感器的动态范围，使得图像传感器的工作范围更广泛。并且本申请提供的信号采集方法对像素单元电路进行了优化，从而减小了像素单元电路的面积，简化了电路结构。
[0008]在一种可能的设计中，像素单元电路还包括控制器；该方法还包括：在信号保持电路存储光电信号之前，通过控制器控制第一开关导通，以使信号保持电路存储光电信号之后，电容两端的电压为光电信号的电压；在信号保持电路存储光电信号之后，通过控制器控制第一开关不导通，以使信号保持电路接收到复位信号之后，电容输出的信号是目标信号。由此，本申请提供的信号采集方法，能够通过控制第一开关的导通状态从而控制信号保持电路接收信号的顺序，控制信号保持电路先接收光电信号再接收复位信号，使得第一电容先存储光电信号，再接收复位信号，最终输出目标信号。相比于现有技术中先接收复位信号，再接收光电信号，且使用两个电容的像素单元电路，需要读出两次才能得到目标信号的方法，本申请的信号采集方法能够仅通过第一电容直接输出目标信号，有效降低了图像传感器的工作频率，减少了电路面积，简化了电路结构。
[0009]在一种可能的设计中，信号保持电路还包括第二开关，该方法还包括：在信号保持电路接收复位信号之后，通过控制器控制第二开关不导通，以使电容输出的信号保持为目标信号。由此，本申请提供的信号采集方法，能够通过控制第二开关的导通状态使得电容的第二端输出的信号保持为目标信号不变，以便于信号读取电路读取正确的目标信号。
[0010]在一种可能的设计中，第一开关还包括控制端，用于接收第一控制信号，第一控制信号用于控制第一开关的导通状态，第二开关还包括控制端，用于接收第二控制信号，第二控制信号用于控制第二开关的导通状态，其中，导通状态包括导通或不导通。
[0011]在一种可能的设计中，第一开关和第二开关均包括晶体管。第二方面，本申请实施例提供一种像素单元电路，包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；信号保持电路包括第一开关和第一电容；信号产生电路与第一电容的第一端耦合，第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，第一电容的第二端还与信号读取电路耦合。
[0012]由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过优化像素单元电路中信号产生电路的电路结构，将第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，从而使像素单元电路可以通过第一电容直接输出目标信号。相比于现有技术中通过两次输出信号才能确定目标信号，且包括两个电容的像素单元电路，本申请的像素单元电路仅通过第一电容即能够输出目标信号，因此减少了电路面积，简化了电路架构，且降低了图像传感器的工作频率。
[0013]在一种可能的设计中，信号产生电路，用于生成光电信号和复位信号；其中，光电信号是像素单元接收到的光信号转换成的电信号，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压；信号保持电路，用于接收并存储光电信号，再接收复位信号并基于所存储的光电信号和复位信号，生成目标信号；其中，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压，目标信号的电压是光电信号与复位信号的电压之差；信号读取电路，用于读取目标信号。由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过信号保持电路先接收光电信号，再接收复位信号，基于光电信号和复位信号生成目标信号，并由信号读取电路直接读出目标信号。相比现有技术中需要两次读取才能确定目标信号，且目标信号的电压为本申请得到的目标信号的电压的一半的像素单元电路，本申请的像素单元电路能够一次读取便得到目标信号，有效降低了图像传感器的工作频率，且提高了图像传感器的动态范围，使得图像传感器的工作范围更广泛。
[0014]在一种可能的设计中，像素单元电路还包括控制器，控制器用于控制第一电容两端的电压为光电信号的电压；以及，控制第一电容的第二端输出的信号是目标信号。由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过控制器控制第一开关的导通状态从而控制第一电容两端的电压，使得第一电容能够直接输出目标信号，相比于现有技术中需要两次输出信号，且在后端电路确定目标信号的像素单元电路，本申请的像素单元电路能够有效降低图像传感器的工作频率。
[0015]在一种可能的设计中，信号保持电路还包括第二开关，第二开关的第一端与第一电容的第一端耦合，第二开关的第二端与信号产生电路耦合；控制器还用于控制第一电容的第二端输出的信号保持为目标信号。由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过控制器控制第二开关的导通状态使得电容的第二端输出的信号保持为目标信号不变，以便于信号读取电路读取正确的目标信号。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种信号采集方法，其特征在于，所述方法应用于像素单元电路，所述像素单元电路包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；所述信号保持电路包括第一开关和第一电容；所述信号产生电路与所述第一电容的第一端耦合，所述第一电容的第二端与所述第一开关的第一端耦合，所述第一开关的第二端接地，所述第一电容的第二端还与所述信号读取电路耦合；所述方法包括：通过所述信号产生电路生成光电信号；其中，所述光电信号是所述像素单元电路接收到的光信号转换成的电信号；通过所述信号保持电路接收并存储所述光电信号；通过所述信号产生电路生成复位信号；其中，所述复位信号用于向所述像素单元电路提供固定电压；通过所述信号保持电路接收所述复位信号并基于所存储的所述光电信号和所述复位信号，生成目标信号；所述目标信号的电压是所述光电信号与所述复位信号的电压之差；通过所述信号读取电路读取所述目标信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素单元电路还包括控制器；所述方法还包括：在所述信号保持电路存储所述光电信号之前，通过所述控制器控制所述第一开关导通，以使所述信号保持电路存储所述光电信号之后，所述第一电容两端的电压为所述光电信号的电压；在所述信号保持电路存储所述光电信号之后，通过所述控制器控制所述第一开关不导通，以使信号保持电路接收到所述复位信号之后，所述第一电容输出的信号是所述目标信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号保持电路还包括第二开关，所述方法还包括：在所述信号保持电路接收所述复位信号之后，通过所述控制器控制所述第二开关不导通，以使所述第一电容输出的信号保持为所述目标信号。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一开关还包括控制端，用于接收第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一开关的导通状态；所述第二开关还包括控制端，用于接收第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二开关的导通状态；其中，所述导通状态包括导通或不导通。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关均包括晶体管。6.一种像素单元电路，其特征在于，包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；所述信号保持电路包括第一开关和第一电容；所述信号产生电路与所述第一电容的第一端耦合，所述第一电容的第二端与所述第一开关的第一端耦合，所述第一开关的第二端接地，所述第一电容的第二端还与所述信号读取电路耦合。7.根据权利要求6所述的像素单元电路，其特征在于，
所述信号产生电路，用于生成光电信号和复位信号；其中，所述光电信号是所述像素单元接收到的光信号转换成的电信号，所述复位信号用于向所述像素单元电路提供固定电压；所述信号保持电路，用于接收并存储所述光电信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宏庆，李玉鹏，王龙，
申请(专利权)人：杭州海康威视数字技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：