[发明专利]脉冲频率调制型图像传感器电路及其处理方法

说明书

本发明涉及集成电路技术。本发明解决了现有PFM型图像传感器高精度时结构复杂的问题，提供了一种脉冲频率调制型图像传感器电路及其处理方法，其技术方案可概括为：脉冲频率调制型图像传感器电路，包括电源输入端、光电探测器、积分节点电容、比较器、第一积分节点复位开关、计数器、电路输出端、地线、外部控制信号输入端、第二积分节点复位开关、一组选通控制开关、逻辑模块及一组固定参考电压输入端。本发明的有益效果是，降低了电路设计的难度与复杂度，适用于脉冲频率调制型图像传感器。

技术领域

本发明涉及集成电路技术，特别涉及脉冲频率调制型的图像传感器的处理电路。

背景技术

CMOS图像传感器以其高集成度、低功耗和低成本等优点，已广泛应用于空间遥感、工业机器视觉及商业数码摄像等传统领域。典型CMOS图像传感器以电压或者电流的形式进行信号的输出，而其中有源像素传感器以较为优越的综合性能而占据着主流，其工作过程如下：首先，光电探测器对环境的光强度产生相应的光电流；然后，光电流对积分电容进行充电(或放电)积分得到相应的积分电压；接着，积分电压通过控制有源级去控制输出电压或电流；最终，由后续处理电路对上一阶段的输出电压或电流进行量化输出。动态范围(DR，Dynamic Range)作为CMOS图像传感器性能的重要指标之一，其定义如下：动态范围为图像传感器最大可处理的信号与最小可处理的信号幅值之比。由于积分电容的电容值有限，当光电探测器产生的积分电流大于某一固定值时，积分电容达到饱和状态，即无法继续对更大的光信号产生正确的输出结果，另外，随着集成电路制造技术的发展，集成电路制造的工艺尺寸越来越小，整个集成电路上的电源电压越来越低，积分电容上电压可变化的范围也将随着工艺的更新而减小，造成动态范围将减小，不利于整个CMOS图像传感器的性能增强。

随着CMOS图像传感器技术的发展和完善，许多设计者逐渐将CMOS图像传感器应用到众多科技领域内，然而不同的应用环境对CMOS图像传感器的设计有着不同的指标要求。例如，在新兴的人工视觉领域，为了探测自然环境下的光信号，需要CMOS图像传感器具有较大的动态范围。自然环境状态下光线的动态范围能够达到140dB，而大部分传统的电压型或者电流型CMOS图像传感器仅有60～70dB的线性响应范围，因此大动态范围称为CMOS图像传感器研究领域内一个亟需解决的难题。为了实现大动态范围的CMOS图像传感器，当前相关研究人员主要提出了两种方式来增加CMOS图像传感器的动态范围。一种是改变传统电压型或者电流型CMOS图像传感器的线性响应为对数响应，进而增加动态范围，然而这种模式的CMOS图像传感器因其处于对数的工作模式下，很难大幅度地消除固定模式噪声(FPN，FixedPattern Noise)，造成最终输出图像质量的严重恶化，此种技术需要进一步的完善；另外一种是采用脉冲调制(PM，Pulse Modulation)原理进行输出，因其不再利用电压值或者电流值来表征有效信号的数值，故其不存在传统电压型或者电流型CMOS图像传感器所面临的动态范围受限的问题。