[发明专利]一种用于校正暗电流的图像传感器读出电路及方法

说明书

本发明公开了一种用于校正暗电流的图像传感器读出电路，包括放大器、比较器和计数器，其中，所述放大器的其中一个输入端通过采样电容C1连接像素单元的输出端，所述采样电容的一端连接像素单元输出端，另一端同时连接所述放大器的输入端、放大电容C2和放大电容Cf的一端，所述放大电容C2的另一端连接所述放大器的输出端，所述放大电容Cf的另一端连接暗电流校正单元。本发明提供的一种用于校正暗电流的图像传感器读出电路，本发明电路增加了一个暗电流校正单元构成的反馈支路，实现了在模拟域且在信号放大前进行暗校正，避免了传统CIS在数字域进行暗校正所致的高温下动态范围不足的问题。

技术领域

本发明涉及图像传感器读出电路领域，具体涉及一种用于校正暗电流的图像传感器读出电路及方法。

背景技术

暗电流噪声严重影响着CIS(CMOS图像传感器)的图像质量，暗电流噪声对CIS成像质量的影响主要体现在两个方面，一、暗电流的非均匀性是CIS固定模式噪声的一个重要来源，使得CIS的通透性变差；二、暗电流会抬高整幅图像的数据平均值，尤其是在高温条件下，暗电流会显著增大，如果采用传统的数字域暗校正，会使得暗电流信号不能有效减去，图像的动态范围将大大减小，严重影响图像质量。

由于传统的CIS中，暗电流校正通常是在数字域进行，即首先统计出暗像素的输出数字平均值，每个有效像素对应的数字信号再减去暗像素对应的数字信号平均值，得到校正后的实际信号值。传统的CIS暗校正工作原理，对某一帧图像来讲，首先统计出暗像素阵列(OB1、OB2、…、OBn)的统计平均值DOB，然后读出有效像素阵列每个像素(AP1、AP2、…、APn)的值，在系统后处理过程中，每个有效像素值再减去DOB，得到最终实际像素值，如图1所示，OB1、OB2、…、OBn为每个暗像素点，AP1、AP2、…、APn为每个有效像素点。如附图2所示，为现有技术中4T像素单元的读出电路图，包括放大器OP、比较器CMP和计数器CNT，结合附图6中时序图可知：在一个行曝光CIS的读周期中，首先某一行的SEL信号为高，选中该行进行读操作，RX信号由低变高对像素单元进行复位，VFD节点被拉高至VDD。RX信号再由高变低，像素单元输出复位信号VRST，此时像素单元输出端信号VPIX_OUT＝VRST。信号RST1和信号RST2为高，对放大器OP和比较器CMP进行复位，此时放大器输出端信号VOP_OUT等于斜波信号VRAMP。信号RST1和信号RST2由高变低后，放大器输出端信号VOP_OUT保持不变，斜波信号VRAMP产生第一个斜波VR，同时计数器CNT也在进行计数，斜波信号VRAMP与放大器输出端信号VOP_OUT形成一个交点，交叉处比较器CMP输出发生翻转，比较器输出信号VCMP_OUT由低跳高使得计数器CNT停止计数并将第一个计数值(t1对应的计数值)D1存储。此后，信号TX由低变高，将光电二极管PD中的电子传递出去，拉低了VFD节点电位，信号TX再由高变低，像素单元输出端信号VPIX_OUT＝VSIG，斜波信号VRAMP产生第二个斜波VS。由于之前采样电容C1上储存了VRST信号电荷，VRST与VSIG的差值VRST-VSIG将通过采样电容C1、放大电容C2比值进行放大，放大倍数为-C1/C2(这里的负号表示反向放大)。经放大器OP放大后的放大器输出端信号VOP_OUT又与第二个斜波VS形成第二个交点，比较器输出端信号VCMP_OUT由低跳高之前计数值(t2对应的计数值)D2将与D1作差，计数器CNT输出D2-D1的差值作为最终读出电路的输出。结合上述CIS传统的暗校正工作原理，D2-D1的差值还需要减去DOB后，才是最终的有效输出量，也就是在数字域校正了暗电流的影响。但是当温度逐渐较高时，像素的暗电流增长非常快，在高温时(例如90℃)，暗电流信号占比可能达到40％(具体百分比取决于工艺)，如果放大器OP再进行放大会使VRST-VSIG的差值远远超过读出电路量程(如图6中VSIG_X)，这种情况下读出电路无法对像素信号进行正常量化。

也就是说现有技术中对暗电流进行校正的方法仅在暗电流较小的情况下有效，当温度较高时，暗电流将呈倍数增长，直接导致图像传感器的动态范围减小，这就要求像素信号在模数转换前就得将暗电流信号减掉，也就是在模拟域减掉暗电流的值，这样有利于图像动态范围的提升。

发明内容