本实用新型专利技术提出一种图像传感器及其读出电路，其中，读出电路中包括斜坡电压电路、比较电路和计数器，比较电路用于对输入的像素信号和斜坡电压信号进行比较，斜坡电压电路则在像素单元的曝光采样时间段的初始时刻输出第一斜坡电压信号，以及在后根据摆幅脉冲信号的摆幅自适应选择输出第一斜坡电压信号至第n斜坡电压信号中的一匹配的斜坡电压信号，随着光强的减小，像素单元的输出信号的摆幅逐渐减小，根据自适应多采样技术的设计，斜坡电压信号的电压范围逐渐降低、分辨率逐渐增大，利用节省的时间可以增加采样次数以降低随机噪声，提高模数转换效率，提高斜坡信号的分辨率以降低量化噪声，从而抑制图像传感器的噪声，提高成像质量。质量。质量。
【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其读出电路
[0001]本技术属于图像传感器
，尤其涉及一种图像传感器及其读出电路。
技术介绍
[0002]随着制造工艺的快速提升，晶体管的特征尺寸不断缩减，然而小尺寸的器件会产生更差的噪声特性，尤其是小尺寸的像素内源极跟随器会产生更严重的随机噪声。来自像素和模拟读出链的噪声是限制成像质量的重要因素，尤其是在低照度下，噪声会对信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)产生很大影响，直接影响最终的成像质量。低照度下像素输出信号的摆幅较小，图像传感器中过大的噪声可能会导致信号的湮没，因此需要优化电路设计，降低pixel单元及读出电路的噪声，提高图像传感器的SNR。
[0003]在噪声较低的单斜ADC(SS ADC)中应用相关多采样(Correlated Multiple Sampling，CMS)技术能很好地抑制图像传感器的噪声，提高成像质量。
[0004]SS ADC量化速度较慢，对于k位的A/D转换需要2
k
个时钟周期，如果在SS ADC中采用CMS技术，总A/D转换时间会随采样次数M线性增加，这会严重影响信号读出速度。另外，随着采样时间地增加，CMS技术的噪声抑制能力会受到低频噪声(即来自像素内源极跟随器的1/f和RTS噪声)的限制。因此，需要在不增加总转换时间的前提下，提高采样次数，进一步降低CMOS图像传感器中的噪声水平。
[0005]图1为小摆幅输出信号的A/D转换过程，弱光下像素输出信号的摆幅很小，因此斜坡信号的有效转换时间很短，常规采用的大部分的全范围斜坡信号是无效的。对于多次采样操作，重复使用全范围斜坡信号会造成更大的浪费，导致模数转换效率降低。
技术实现思路
[0006]本技术的目的在于提供一种图像传感器的读出电路，旨在解决传统的图像传感器采用全范围斜坡信号进行多采样存在转换效率低的问题。
[0007]本技术实施例的第一方面提出了一种图像传感器的读出电路，包括：
[0008]斜坡电压电路，配置为在像素单元的曝光采样时间段的初始时刻输出第一斜坡电压信号，以及在后根据摆幅脉冲信号的摆幅选择输出第一斜坡电压信号至第n斜坡电压信号中的一斜坡电压信号，其中，所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号的电压范围依次变小且斜坡分辨率呈现变大的趋势，其中，n为大于等于2的正整数；
[0009]比较电路，第一输入端与像素单元连接，且第二输入端和输出端分别与所述斜坡电压电路连接，配置为对所述像素单元输出的像素信号和所述第一斜坡电压信号进行比较，以输出所述摆幅脉冲信号，以及在后对所述像素单元输出的像素信号与所述第一斜坡电压信号至第n斜坡电压信号中的一斜坡电压信号进行比较，以对应所述斜坡电压信号输出第一脉冲信号；
[0010]计数器，与所述比较电路的输出端连接，配置为对所述摆幅脉冲信号和所述第一脉冲信号进行计数，以输出第一数字码值至控制电路，以使所述控制电路根据所述数字码
值确定当前画面亮度信息。
[0011]可选地，所述斜坡电压电路，还配置为在所述像素单元的复位采样时间段输出复位斜坡电压信号；
[0012]所述比较电路，还配置为对所述像素单元输出的复位信号和所述复位斜坡电压信号进行比较，并输出第二脉冲信号；
[0013]所述计数器，还配置为对所述第二脉冲信号进行计数并输出第二数字码值；
[0014]所述图像传感器的读出电路还包括：
[0015]与所述计数器连接的第一锁存器，所述第一锁存器配置为在曝光采样时间段对所述第一数字码值进行锁存，并受控于第一使能信号将所述第一数字码值输出至所述控制电路；
[0016]与所述计数器连接的第二锁存器，所述第二锁存器配置为在复位采样时间段对所述第二数字码值进行锁存，并受控于第二使能信号将所述第二数字码值输出至所述控制电路，以使所述控制电路根据所述第一数字码值和所述第二数字码值确定当前画面亮度信息。
[0017]可选地，所述图像传感器的读出电路还包括：
[0018]连接于像素单元和所述比较电路之间的反相放大电路，配置为对所述像素单元输出的像素信号和/或复位信号进行反相放大输出，以输出所述像素单元输出的像素信号和/或复位信号的反相放大值至所述比较电路。
[0019]可选地，所述反相放大电路包括第一耦合电容、第二耦合电容、运算放大器和第一清零开关；
[0020]所述第一耦合电容连接于所述像素单元的输出端和所述运算放大器的反相输入端之间；
[0021]所述第二耦合电容连接于所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；
[0022]所述第一清零开关连接于所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间，并受控于第一清零控制信号；
[0023]所述运算放大器的同相输入端接收输入参考电压信号，所述运算放大器的输出端与所述比较电路连接。
[0024]可选地，所述比较电路包括比较器、第二清零开关和第三耦合电容；
[0025]所述第二清零开关连接于所述比较器的反相输入端和输出端之间，并受控于第二清零控制信号；
[0026]所述第三耦合电容连接于所述反相放大电路的输出端和所述比较器的反相输入端之间；
[0027]所述比较器的同相输入端接收所述斜坡电压电路输出的斜坡电压信号，所述比较器的输出端与所述计数器连接。
[0028]可选地，所述斜坡电压电路包括：
[0029]多斜坡发生器，配置为产生所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号；
[0030]斜坡选择电路，分别与所述多斜坡发生器和所述比较电路连接，所述斜坡选择电路根据所述摆幅脉冲信号的摆幅输出所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号中的
一斜坡电压信号至所述比较电路。
[0031]可选地，所述斜坡选择电路包括：
[0032]开关选择电路，与所述多斜坡发生器连接，配置为受控于选择信号以选择输出所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号中对应的一所述斜坡电压信号；
[0033]信号源电路，配置为输出多个索引信号，多个所述索引信号的周期相等且高电平时间占比对应各所述斜坡电压信号依次变化；
[0034]逻辑处理电路，输入端分别与所述信号源电路和所述比较电路连接，输出端与所述开关选择电路连接，配置为基于所述摆幅脉冲信号的摆幅以及所述索引信号对应生成所述选择信号至所述开关选择电路。
[0035]可选地，所述逻辑处理电路包括：
[0036]多个或门，每一或门的第一端分别接收所述信号源电路的一所述索引信号；
[0037]多个D触发器，与多个所述或门一一对应，且每一所述D触发器的时钟信号端与所述比较电路的输出端连接，每一所述D触发器的输入端与其对应的所述或门的输出端连接，每一所述D触发器的输出端与其对应的所述或门的第二端连接；
[0038]译码器，与各所述D触发器的输出端分别连接，所述译码器配置为将多个所述D触发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的读出电路，其特征在于，包括：斜坡电压电路，配置为在像素单元的曝光采样时间段的初始时刻输出第一斜坡电压信号，以及在后根据摆幅脉冲信号的摆幅选择输出第一斜坡电压信号至第n斜坡电压信号中的一斜坡电压信号，其中，所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号的电压范围依次变小且斜坡分辨率呈现变大的趋势，其中，n为大于等于2的正整数；比较电路，第一输入端与像素单元连接，且第二输入端和输出端分别与所述斜坡电压电路连接，配置为对所述像素单元输出的像素信号和所述第一斜坡电压信号进行比较，以输出所述摆幅脉冲信号，以及在后对所述像素单元输出的像素信号与所述第一斜坡电压信号至第n斜坡电压信号中的一斜坡电压信号进行比较，以对应所述斜坡电压信号输出第一脉冲信号；计数器，与所述比较电路的输出端连接，配置为对所述摆幅脉冲信号和所述第一脉冲信号进行计数，以输出第一数字码值至控制电路，以使所述控制电路根据所述数字码值确定当前画面亮度信息；所述斜坡电压电路包括多斜坡发生器和斜坡选择电路；所述多斜坡发生器，配置为产生所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号；所述斜坡选择电路包括：开关选择电路，与所述多斜坡发生器连接，配置为受控于选择信号以选择输出所述第一斜坡电压信号至所述第n斜坡电压信号中对应的一所述斜坡电压信号；信号源电路，配置为输出多个索引信号，多个所述索引信号的周期相等且高电平时间占比对应各所述斜坡电压信号依次变化；逻辑处理电路，输入端分别与所述信号源电路和所述比较电路连接，输出端与所述开关选择电路连接，配置为对摆幅脉冲信号的摆幅与各索引信号进行比较生成对应逻辑值，并根据逻辑值生成对应的选择信号至所述开关选择电路。2.如权利要求1所述的图像传感器的读出电路，其特征在于，所述图像传感器的读出电路还包括：与所述计数器连接的第一锁存器，所述第一锁存器配置为在曝光采样时间段对所述第一数字码值进行锁存，并受控于第一使能信号将所述第一数字码值输出至所述控制电路；与所述计数器连接的第二锁存器，所述第二锁存器配置为在复位采样时间段对所述比较电路输出的第二数字码值进行锁存，并受控于第二使能信号将所述第二数字码值输出至所述控制电路，以使所述控制电路根据所述第一数字码值和所述第二数字码值确定当前画面亮度信息。3.如权利要求2所述的图像传感器的读出电路，其特征在于，所述图像传感器的读出电路还包括：连接于像素单元和所述比较电路之间的反相放大电路，配置为对所述像素单元输出的像素信号和/或复位信号进行反相放大输出，以输出所述像素单元输出的像素信号和/或复...
【专利技术属性】
技术研发人员：衡佳伟，刘浩杰，
申请(专利权)人：思特威深圳电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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