[发明专利]用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统及方法

权利要求书

1.用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统，其特征在于，包括感光器件(10)，感光器件(10)的一端接地，另一端依次连接有电荷转移器件(20)、复位器件(30)，用于实现对感光器件(10)的复位，电荷转移器件(20)与复位器件(30)相连的公共端连接有可变电容模块(40)的输入端，电荷转移器件(20)与复位器件(30)相连的公共端还连接有输出缓冲器(50)，输出缓冲器的输出端连接到像素单元阵列的列总线(80)上。

2.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统，其特征在于，像素单元通过所述感光器件(10)将光子转换为电子，该电子经过电荷转移器件(20)后在输出缓冲器(50)的输入端转换为电压信号，且该信号的幅值与光子输入量成正比关系。

3.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统，其特征在于，所述可变电容模块(40)为输出缓冲器(50)的输入端到电源的电容。

4.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统，其特征在于，所述当输出缓冲器(50)的输入端接收到的电子少时，输出缓冲器(50)的输入端的电压差小，可变电容模块(40)的容值小；当输出缓冲器(50)的输入端接收到的电子多时，输出缓冲器(50)的输入端的电压差大，可变电容模块(40)的容值大。

5.如权利要求1所述用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统，其特征在于，所述感光器件(10)为光电二极管，电荷转移器件(20)为NMOS管，复位器件(30)为NMOS管，可变电容模块(40)为NMOS管，输出缓冲器(50)由源极跟随器、行选管以及尾电流组成，其中列总线为最终像素单元的输出信号；可变电容模块采用NMOS器件的栅极寄生电容。

6.用于CMOS图像传感器的自适应转换增益的实现方法，其特征在于，该拓展方法采用用于CMOS图像传感器的自适应转换增益系统，具体结构包括感光器件(10)，感光器件(10)的一端接地，另一端依次连接有电荷转移器件(20)、复位器件(30)，用于实现对感光器件(10)的复位，电荷转移器件(20)与复位器件(30)相连的公共端连接有可变电容模块(40)的输入端，电荷转移器件(20)与复位器件(30)相连的公共端还连接有输出缓冲器(50)，输出缓冲器的输出端连接到像素单元阵列的列总线(80)上；像素单元通过所述感光器件将光子转换为电子，该电子经过电荷转移器件后在输出缓冲器的输入端转换为电压信号；可变电容模块为输出缓冲器(50)的输入端到电源的电容；当输出缓冲器的输入端接收到的电子少时，输出缓冲器的输入端的电压差小，可变电容模块(40)的容值小；当输出缓冲器的输入端接收到的电子多时，输出缓冲器的输入端的电压差大，可变电容模块(40)的容值大，所述感光器件(10)为光电二极管，电荷转移器件(20)为NMOS管，复位器件(30)为NMOS管，可变电容模块(40)为NMOS管，输出缓冲器(50)由源极跟随器、行选管以及尾电流组成，其中列总线为最终像素单元的输出信号；可变电容模块采用NMOS器件的栅极寄生电容；

具体按照如下步骤实施：

步骤1：CMOS图像传感器在曝光开始前，像素单元进入复位状态，将复位管和电荷转移管同时导通，光电二极管复位，清空内部的电子，为下一次曝光做好准备；CMOS图像传感器进入曝光状态时，复位管和电荷转移管同时断开，光电二极管开始接收外部的光子，并在光电二极管内部转换为电子；

步骤2：CMOS图像传感器曝光结束后，像素单元进入读出状态，此时复位管先对输出缓冲器的输入端进行第二次复位，同时，当复位管关断后，后级读出电路通过输出列总线对复位信号进行采样；

步骤3：当复位信号读取完成后，电荷转移器件(20)开始导通，此时由光电二极管生成的电子经过电荷转移器件转移到输出缓冲器的输入端上，使得输出缓冲器的输入端的电压变化会根据转移的电子数发生变化；

步骤4，当转移到输出缓冲器的输入端的电子数较少时，电荷转移节点700的电压差较小，此时转换增益较大，适用于本底噪声的降低；当转移到输出缓冲器的输入端的电子数较多时，输出缓冲器的输入端的电压差较大，此时转换增益较低，适用于满阱电荷能力的提升。当输出缓冲器的输入端电压稳定后，后级读出电路通过列总线对图像信号进行采样，从而实现了相关双采样技术中像素内自适应转换增益。

7.如权利要求6所述用于CMOS图像传感器的自适应转换增益的实现方法，其特征在于，步骤2中，所述复位管进行第二次复位时，行选管也同时导通，列总线同步开启建立过程；列总线对复位信号的采样在复位管关断后进行。