一种图像信号采样电路及其方法技术

本发明专利技术公开了一种图像信号采样电路及其方法，电路包括：信号采集单元、列读出单元、工作模式控制电路。该控制电路包括：控制单元、源端列开关组、地端列开关组和列间开关组；在每个采样列电路上分别设置一个源端列开关和一个地端列开关，源端列开关连接在信号源和信号采集单元的输入端之间，地端列开关连接在地和信号采集单元的底端之间；列读出单元的输入端与信号采集单元的输入端相连，输出端用于输出采样信号；前一列信号采集单元的输入端与后一列的信号采集单元底端之间设有列间开关；控制单元用于根据采样工作模式控制各开关组中的开关断开或闭合操作。采用本发明专利技术可以实现图像传感器信号增益，电路结构更加优化，芯片面积增加较小，并节约了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像传感器中采样控制电路，尤其涉及一种可提高图 像信号增益的子采样电路及其方法。
技术介绍
在CMOS图像传感器迅猛发展的今天，图像信号的处理速度严重制约着 高像素图像传感器的发展，而图像信号的处理速度和图像信号的增益又是 相互制约的，要想提高速度，增益就不能太高，但增益不足又会造成图像 传感器对低光图像采集困难。因此，在不影响速度的前提下，尽可能提高 增益，成为CMOS图像传感器设计厂商竞争的焦点。现有技术中的CMOS图像传感器在实现图像信号采样工作时，一般不做 处理，即图像信号直接采样到电容上，然后直接读出信号，信号幅度只会 减小不会增加。为了解决图像传感器对低光图像采样困难的问题，采用对 缓冲器输出的图像信号进行后段处理，即将采样信号放大，但是这在技术 方面要求较高。所以现有采样控制电路结构单一，没有增益增加功能，导 致输出信号增益不足，从而使得图像传感器低光效果不理想。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提出一种在子采样时可以提高图像信号增 益的图像信号采样电路及其方法，克服了图像传感器对低光图像采集困难 的技术难题。本专利技术提出的图像信号采样电路，包括信号釆集单元和列读出单元， 还包括工作模式控制电路，该控制电路包括控制单元、源端列开关组、地端列开关组和列间开关组；在每个采样列电路上分别设置一个源端列开 关和一个地端列开关，源端列开关连接在信号源和信号釆集单元的输入端 之间，地端列开关连接在地和信号采集单元的底端之间；列读出单元的输 入端与信号采集单元的输入端相连，输出端用于输出采样信号；前一列信号采集单元的输入端与后一列的信号采集单元底端之间设有列间开关；控 制单元用于根据采样工作模式控制各开关组中的开关断开或闭合操作。优选的，信号采集单元包括多个采样电容，每个采样列电路上设置一 个釆样电容，用于对该釆样列的像素进行釆样。优选的，列读出单元包括多个缓冲器，每个采样列电路上设置一个缓 冲器，用于缓存和读出该采样列的采样信号。优选的，所述源端列开关组、地端列开关组和列间开关组采用MOS管开关器件。本专利技术提出的图像信号采样方法，包括以下情况1) 正常工作模式釆样时，控制单元控制源端列开关组和地端列开 关组中的各开关均处在闭合状态，列间开关组中的各开关均处在断开状态； 采样完成后，从各采样列的读出单元读出采样信号；2) 1/X子采样模式，X为大于l的正整数采样时，控制单元控制源 端列开关组和地端列开关组中的各开关均处在闭合状态，列间开关组中的 各开关均处在断开状态；采样完成后，控制第NXX-1列采样列电路与第N XX列采样列电路之间的列间开关处于断开状态，列间开关组中的其余各 开关处在闭合状态；第(N—l) XX列采样列电路的源端列开关处在断开 状态，地端列开关处在闭合状态，其余各列的源端列开关和地端列开关处 在断开状态；N取l、 2、 3......;从第NXX-1列采样列电路的列读出单元读出1/X子采样的采样信号。优选的，列读出单元包括多个缓冲器，每个采样列电路上设置一个缓 冲器，用于缓存和读出该采样列的采样信号。优选的，所述源端列开关组、地端列开关组和列间开关组采用MOS 管开关器件。优选的，所述1/X子采样模式为1/2子采样模式。采用本专利技术技术方案产生的技术效果是1.本专利技术的采样电路和方法通过工作模式控制电路可以灵活的控制 采样电路工作在正常模式和1/X子采样模式下，完成多种不同的采样方式。2. 本专利技术在1/X子采样模式下，由于通过改变控制电路的连接方式，使得图像信号采集单元形成串联连接，采样信号增加为原采样信号的x倍，解决了图像传感器对低光图像采集困难的技术难题。3. 本专利技术的控制电路通过对各开关器件的控制就完成了图像传感器信号增益，并使电路结构更加优化，在增加芯片面积很小的情况下就实现 功能，节约了成本。附图说明图1是本专利技术1/X子采样电路原理图2是本专利技术优选实施例1/2子采样开关组控制时序图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示的1/X子采样电路，控制单元(图中未画出)控制三个开关组源端列开关组、地端列开关组和列间开关组，使电路工作在正常工作模式和采样工作模式。其中S0、 Sl、 S2、……为源端列开关；K0、 Kl、K2、 为地端列开关；KOl、 K12、 K23、 K34、 K45、......为列间开关。每个采样列电路上分别设置一个源端列开关和一个地端列开关，各相邻采样 列间设置列间开关。上述开关与控制单元组成了本专利技术的工作模式控制电 路。信号采集单元由电容CO、 Cl、 C2、……组成，列读出单元由缓冲器l、 缓冲器2、……组成，每个采样列电路分别设置一个电容和一个缓冲器。像素队列输出列方向图像信号，通过源端列开关SO、 Sl、 S2、……分 别将列方向图像信号传递给缓冲器和电容CO、 Cl、 C2……，其中缓冲器输 出为列读出信号，电容C0、 Cl、 C2、……用来对图像信号进行采样，C0、 Cl、 C2、 C3、……分别通过地端开关KO、 Kl、 K2、 K3……控制是否连接到 地。列间开关KOl、 K12、 K23、……分别连接在相邻列中前一列取样电容 上极板和相邻列中后一列取样电容下极板之间。在正常工作模式下，控制电路的连接为源端列开关S0、 Sl、 S2、……， 地端列开关K0、 Kl、 K2 闭合，列间开关KOl、 K23、 K34、 K45 断开。第一列像素通过采样电容C0进行取样，第二列像素通过采样电容Cl进行 取样，……采样电容C0上的电压为U0，则采样电容上的电荷量Q0《0U0， 采样电容C1上的电压为U1，则Q1二C1U1，……。取样后通过缓冲器读出信号。对于控制单元的具体实现，最典型的实现方式是通过输出高低电平的 方式来控制列开关组的通断。如图2所示为1/2子采样时控制单元的控制 时序图SHS为控制开关SO、 Sl、 S2、……的全局时序信号，此信号高电平时 开关闭合。SKE为控制偶列接地开关KO、 K2、 K4……的全局时序信号，此信号高 电平时开关闭合，在1/2子采样时一直为高电平。SK0为控制奇列接地开关K1、 K3、 K5……的全局时序信号，此信号高 电平时开关闭合。SKD为控制列间开关KOl、 K23、 K45、……的全局时序信号，此信号 高电平时开关闭合。在1/2子采样(subsampling)模式下，控制电路的连接为控制信号 SHS控制源端列开关S0、 Sl、 S2、……闭合进行采样，控制信号SKE和 SKO控制地端列开关K0、 Kl、 K2……闭合，控制信号SKD控制列间开关 KOl、 K23、 K45、……断开，电容C0、 Cl、 C2、……先进行采样，此时采 样电容CO上极板电压为UO。列间开关K12、 K34、……始终处于断开状态。采样完成后控制信号SHS控制源端列开关S0、 Sl、 S2、……断开，控 制信号SK0控制地端列开关K1、 K3、 K5、……断开，控制信号SKE控制 地端列开关KO、 K2、 K4、……保持闭合，列间开关K12、 K34、……保持断 开，控制信号SKD控制列间开关KOl、 K23、 K45、 闭合，这样采样电容C1上极板的电压变为U0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像信号采样电路，包括：信号采集单元和列读出单元，其特征在于，还包括工作模式控制电路，该控制电路包括：控制单元、源端列开关组、地端列开关组和列间开关组；在每个采样列电路上分别设置一个源端列开关和一个地端列开关，源端列开关连接在信号源和信号采集单元的输入端之间，地端列开关连接在地和信号采集单元的底端之间；列读出单元的输入端与信号采集单元的输入端相连，输出端用于输出采样信号；前一列信号采集单元的输入端与后一列的信号采集单元底端之间设有列间开关；控制单元用于根据采样工作模式控制各开关组中的开关断开或闭合操作。

【技术特征摘要】
1.一种图像信号采样电路，包括信号采集单元和列读出单元，其特征在于，还包括工作模式控制电路，该控制电路包括控制单元、源端列开关组、地端列开关组和列间开关组；在每个采样列电路上分别设置一个源端列开关和一个地端列开关，源端列开关连接在信号源和信号采集单元的输入端之间，地端列开关连接在地和信号采集单元的底端之间；列读出单元的输入端与信号采集单元的输入端相连，输出端用于输出采样信号；前一列信号采集单元的输入端与后一列的信号采集单元底端之间设有列间开关；控制单元用于根据采样工作模式控制各开关组中的开关断开或闭合操作。2. 根据权利要求1所述的图像信号采样电路，其特征在于，所述信 号采集单元包括多个采样电容，每个采样列电路上设置一个采样电容，用 于对该采样列的像素进行采样。3. 根据权利要求1或2所述的图像信号采样电路，其特征在于，所 述列读出单元包括多个缓冲器，每个采样列电路上设置一个缓冲器，用于 缓存和读出该采样列的采样信号。4. 根据权利要求1或2所述的图像信号采样电路，其特征在于，所 述源端列开关组、地端列开关组和列间开关组采用MOS管开关器件。5. 根据权利要求3所述的图像信号采样电路，其特征在于，所述源 端列开关组、地端列开关组和列间开关组采用MOS管开关器件。6. —种图像信号采样方法，其特征在于，所述方法包括以下情况1) 正常工作模式采样时，控制单元控制源端列...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯卫，胡文阁，付璟军，赵辉，刘芳，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]