片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法技术

本发明专利技术公开了一种片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，具体包括如下过程：首先通过行驱动部分产生采样像素1*N阵列中每个像素中TX管需要的时序，使得采样像素1*N阵列中每个像素单元的曝光时间依次增加，将采样像素1*N阵列在一条列线上输出，通过采样电路只将信号电平采样在电容C1中，并将采样出来的结果输入给转移管栅压的控制电路，将转移管栅压的控制电路的输出结果传输给像素阵列N*N中像素转移管的栅极M

【技术实现步骤摘要】
片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法


[0001]本专利技术属于集成电路设计
，涉及一种片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法。

技术介绍

[0002]随着CMOS标准工艺尺寸的不断缩小以及集成电路设计的高度集成化，CMOS图像传感器(CIS)在近年越来越朝着低功耗、大面阵、高性能、可集成性的方向发展。在不同的应用场景中，光照强度存在着非常大的变化范围，为了适应这些变化，在这些场景下使用时要求图像传感器具有足够大的动态范围，因此提高CIS的动态范围变成了研究热点之一。
[0003]目前提高动态范围的方法有对数输出像素技术，条件复位技术，多次曝光采样技术和像素内长短曝光组合技术等。这些技术在一定程度上扩大了了动态范围，但是对数输出像素技术的固定模式噪声很大，像素输出一致性差的问题；条件复位技术需要在像素内添加额外的电容或晶体管，增加了像素的复杂度；多次曝光采样技术需要将图像传感器拍摄的两次或多次图像信息在片上存储器按照一定的算法进行组合，大大增加了硬件量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，该方法能够在像素内部一个曝光周期内完成长短曝光信号的融合。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，具体包括如下过程：
[0006]首先通过行驱动部分产生采样像素1*N阵列中每个像素中TX管需要的时序，使得采样像素1*N阵列中每个像素单元的曝光时间依次增加，将采样像素1*N阵列在一条列线上输出，通过采样电路只将信号电平采样在电容C1中，并将采样出来的结果输入给转移管栅压的控制电路，将转移管栅压的控制电路的输出结果传输给像素阵列N*N像素转移管的栅极M
TX
，至此将像素的曝光过程分为长短不同的三段，从而实现在像素内完成长短不同的三段曝光信号融合。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]采样像素1*N阵列中的像素结构为，将8T像素结构中的感光单元光电二极管换成可配的电流源I，并将采样像素的输出与采样电路相连。
[0009]在采样像素1*N阵列中，每个像素单元的曝光时间等距增加直至增加为像素阵列中设置的曝光时间。
[0010]采样像素1*N阵列列线上的全部输出近似和像素阵列N*N中每一个像素在PD节点的输出相同，同时采样像素1*N阵列和像素阵列N*N要保持相同的开关控制时序。
[0011]转移管栅压的控制电路对采样信号的处理过程为：将采样出来的结果输入给转移管栅压的控制电路中的三个比较器Comp1、Comp2、Comp3的正输入端，通过比较器的时钟Comp_clk控制将采样像素的输出通过三个比较器Comp1、Comp2、Comp3与三个参考电压
Vref1、Vref2、Vref3进行实时比较，同时将三个比较器Comp1、Comp2、Comp3的输出分别接入三个缓冲器buffer，通过缓冲器buffer整形波形之后接入DAC1、DAC2、DAC3的输入端，将DAC1、DAC2、DAC3最终的结果传输给像素阵列N*N中像素转移管的栅极M
TX
，至此将像素的曝光过程分为长短不同的三段，从而实现在像素内完成长短不同的三段曝光信号融合，V1、V2、V3分别表示曝光过程中三个传输管电平值，V1>V2>V3，t1、t2、t3分别为V1、V2、V3对应的曝光时间，且t1>t2>t3。
[0012]Comp1的结果经过缓冲器buffer后直接接入DAC1的b0、b2端，通过一级反相器inv后接入b1端；Comp2的结果经过缓冲器buffer后接入第DAC2的b0、b1端，通过一级反相器inv后接入b2端；Comp3的结果经过缓冲器buffer后接入DAC3的b0、b1、b2端。
[0013]本专利技术的有益效果是，本专利技术能够在像素内部一个曝光周期内完成长短曝光信号的融合，没有增加像素的复杂度且不需要在片外进行复杂的数字信号处理，并且在一帧时间内读出，节省了时间、面积和功耗。在功能方面，因为采样像素单元的引入可以实时监测像素的输出，设置合适的参考电压值后，使得图像传感器可以根据应用场景自适应的调节长短曝光的时间，不再需要设置固定的长短曝光时间比例，得到最优化的高动态方案。
附图说明
[0014]图1为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中采用的采样像素工作电路以及像素阵列示意图；
[0015]图2为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中采用的控制转移管栅压的电路图；
[0016]图3为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中采用的在像素阵列一个曝光周期内，在像素内部实现长短曝光融合技术的工作时序图；
[0017]图4(a)为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中第一个采样像素工作时序图；
[0018]图4(b)为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中为最后一个采样像素工作时序图；
[0019]图5为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中比较器与DAC输出的结果以及图2中部分开关的工作时序图；
[0020]图6为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中最终转移管栅极的控制信号以及图2中部分开关的工作时序图；
[0021]图7为相同参考电压下不同的采样像素光电流对应不同的最终转移管栅压时序图；
[0022]图8为本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法中动态范围扩展效果图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0024]实施例1
[0025]本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，采用的实现电路如图
1、2所示，图1为像素阵列电路以及行驱动电路部分，图2为转移管栅压的控制电路。像素阵列电路中的采样像素输出通过采样电路(M1、M2)采样后，在如图1电路的A点与图2电路相连，通过三个比较器的结果控制DAC输出的电压值，从而控制像素阵列中转移管的栅极电压。
[0026]实施例2
[0027]在实施例1的基础上，本专利技术片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，具体过程为，首先通过行驱动部分中的D触发器(D Flip
‑
Flop)以及缓冲器(Buffer)产生采样像素(1*2K)阵列中每个像素中TX管需要的时序，使得采样像素阵列中每个像素单元的曝光时间依次增加，同时使得每个像素单元能够正确输出。将采样像素(1*N)阵列在一条列线(Samplepixelout)上输出，通过采样电路(由M1、M2构成)只将信号电平采样在电容C1中。如图1所示将采样出来的结果输入给图2中的三个比较器Comp1(Comparator1)、Comp2(Comparator2)、Comp3(Comparat本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，其特征在于：具体包括如下过程：首先通过行驱动部分产生采样像素1*N阵列中每个像素中TX管需要的时序，使得采样像素1*N阵列中每个像素单元的曝光时间依次增加，将采样像素1*N阵列在一条列线上输出，通过采样电路只将信号电平采样在电容C1中，并将采样出来的结果输入给转移管栅压的控制电路，将转移管栅压的控制电路的输出结果传输给像素阵列N*N中像素转移管的栅极M
TX
，至此将像素的曝光过程分为长短不同的三段，从而实现在像素内完成长短不同三段曝光信号的融合。2.根据权利要求1所述的片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，其特征在于：所述采样像素1*N阵列中的像素结构为，将8T像素结构中的感光单元光电二极管换成可配的电流源I，并将采样像素的输出与采样电路相连。3.根据权利要求2所述的片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，其特征在于：在所述采样像素1*N阵列中，每个像素单元的曝光时间等距增加直至增加为像素阵列中设置的曝光时间。4.根据权利要求3所述的片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，其特征在于采样像素1*N阵列列线上的全部输出近似和像素阵列N*N中每一个像素在PD节点的输出相同，这要求采样像素1*N阵列和像素阵列N*N要保持相同的开关控制时序。5.根据权利要求3所述的片上自适应调整转移管栅压的高动态像素实现方法，其特征在于：所述转移管栅压的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭仲杰，雷思琪，程新齐，王彬，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：