【技术实现步骤摘要】
浮栅型图像传感器的高精度低功耗读出方法及电路
[0001]本专利技术涉及浮栅型图像传感器的高精度低功耗读出方法及电路，属于集成电路
技术介绍
[0002]图像传感器被广泛应用于科学研究、运动分析、机器视觉和航空航天等领域，目前主流的图像传感器包括CCD和CMOS图像传感器。浮栅型图像传感器作为一种新型的图像传感器，具有特殊的浮栅像素单元，其像元尺寸小，满阱电子数高的特点，使其在高端的航天、显微、可穿戴设备等领域被应用成为可能。器件在感光照相过程中能够依次进行光电转换、贮存光电子并将光电子电荷转换为阈值电压，且像素器件的阈值电压受到光照强度的正相关影响，因此通过读取阈值电压可以有效的读出光电子电荷量，进而反映光强广泛的应用需求使得浮栅型图像传感器快速发展，与此同时，当前浮栅型图像传感器也遇到了自身技术特点的瓶颈。
[0003]像素阵列作为图像传感器的重要组成部分之一，其性能在一定程度上决定着图像的质量，器件在每次曝光前会进行电擦除，以驱逐因暗电流积累或上一次曝光残留的电子，使得器件的阈值电压回到某个复位值。就...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种浮栅型图像传感器读出电路，用于读出像素器件的阈值电压，其特征在于，所述浮栅型图像传感器读出电路包括：电流偏置电路、钳位电路、电流拷贝电路、高灵敏度正反馈电路和相关双采样处理电路；像素器件阵列的输入端接有像素输入电压，所述像素输入电压为：与时间相关的线性电压；所述钳位电路与所述像素器件连接，用于控制像素器件在读出过程中源漏电压保持恒定值，使得像素器件所产生的电流仅由像素输入电压决定；所述电流偏置电路用于产生第一偏置电流I
bias
和第二偏置电流I
bias
+ΔI，所述第一偏置电流I
bias
与像素器件产生的像素电流I
pixel
叠加输入所述电流拷贝电路的被拷贝端；所述电流拷贝电路将叠加电流I
bias
+I
pixel
拷贝到拷贝端，并与所述第二偏置电流I
bias
+ΔI相减得到电容充电电流I
charge
＝(I
bias
+ΔI)
‑
(I
bias
+I
pixel
)，所述电容充电电流I
charge
输入所述高灵敏度正反馈电路；所述高灵敏度正反馈电路包括比较电容和反馈电路，所述电容充电电流I
charge
对所述比较电容上极板充电，当所述比较电容上极板电压充电至所述反馈电路中反相器阈值电压时，反相器输出翻转至低电平，同时正反馈结构会将电容上极板电压迅速拉高，高灵敏度正反馈电路输出迅速拉低，加快完成电平翻转；所述相关双采样处理电路根据所述高灵敏度正反馈电路输出电平信号，分别在像素器件的复位阶段和曝光阶段实现两次计数，完成相关双采样处理，实现像素器件阈值电压的读取和数字转换。2.根据权利要求1所述的浮栅型图像传感器读出电路，其特征在于，所述相关双采样处理电路包括：上下计数器，所述上下计数器在像素输入电压施加到像素器件时开始计数，在所述高灵敏度正反馈电路输出电平翻转时停止计数，实现像素器件阈值电压到数字计数值的转换。3.根据权利要求2所述的浮栅型图像传感器读出电路，其特征在于，所述高灵敏度正反馈电路包括：比较电容C
comp
、反馈PMOS管P0和反相器；所述比较电容C
comp
的上极板接所述电容充电电流I
charge
，下极板接地；所述反馈PMOS管P0的源极与所述比较电容C
comp
的上极板连接，漏极接电源VDD，栅极与所述反相器的输出端连接；所述反相器的输入端与所述比较电容C
comp
的上极板连接，输出端与所述上下计数器的使能端EN连接。4.一种浮栅型图像传感器读出方法，其特征在于，所述浮栅型图像传感器读出方法基于权利要求2所述的浮栅型图像传感器读出电路实现，包括：步骤一：钳位电路控制像素器件的漏源电压保持恒定，电流偏置电路产生第一偏置电流I
bias
和第二偏置电流I
bias
+ΔI，上下计数器处于待命状态；步骤二：将像素输入电压施加到像素器件输入端，高灵敏度正反馈电路输出为VDD，此时上下计数器开始计数；步骤三：逐渐增大所述像素输入电压，像素器件输出端产生像素电流，电流拷贝电路同时拷贝所述像素电流与所述第一偏置电流I
bias
之和，与所述第二偏置电流I
bias
+ΔI做减法后产生充电电流I
charge
对所述比较电容进行快速充电；
步骤四：所述比...
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