一种cmos图像传感器列缓冲器信号完整性优化电路及其方法_2

文档序号:8514777阅读:来源:国知局
质量,同时节约了系统功耗。
【附图说明】
[0024]图1为典型的CMOS图像传感器读出电路;
[0025]图2为电荷分孚效应不意图;
[0026]图3为kick-back效应不意图;
[0027]图4为本发明提出的列缓冲电路结构;
[0028]图5为本发明提出的列缓冲控制时序;
[0029]图6为列缓冲器不同阶段的连接关系;
[0030]图7为从a阶段到b阶段、再到c阶段运算放大器负向输入端电压的变化;
[0031]图8为三种不同结构的运算放大器。
[0032]其中,图1至图3中,20、CM0S有源像素,21、可编程增益放大器,22、列缓冲器,23、输出缓冲器;30、可编程增益放大器,31、开关,32、开关,33、开关,34、开关,35、采样电容,36、采样电容,37、电容,38、38'、缓冲器,39、39'、开关,40、采样电容,41、栅漏交叠电容,42、
栅源交叠电容。
[0033]图4至图6中,10、运算放大器,11、列选通开关,12、反馈开关,13、第一积分信号选通开关,15、第二积分信号选通开关,14、第一参考信号选通开关,16第二参考信号选通开关,18、第一积分信号米样开关,19、第二积分信号米样开关,第一参考信号米样开关17,100第二参考信号采样开关,101、参考信号采样保持电容,102、积分信号采样保持电容。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的实施及工作原理做进一步详细说明:
[0035]如图1所示为典型的CMOS图像传感器读出电路,包括可编程增益放大器21,列缓冲器22和输出缓冲器23,为了便于问题的分析说明,图中还示出了 CMOS有源像素20。在进行图像拍摄时,像素首先输出复位信号,而后再输出曝光信号,二者经可编程增益放大器21的相关双采样和放大后,被采样并存储于22中电容Cs上,同时,可编程增益放大器(PGA) 21的输出参考信号被采样并存储于22中电容Ck上。对于滚筒曝光和全局曝光,每行像素的上述处理过程均为并行的。而对于模拟读出方式的传感器,由于端口数目的限制,不可能每列分配一个PAD,而是若干列共用一个PAD,因此在完成上述采样后,这些列的数据需要逐列依次读出。每列列缓冲器需要输出两个信号,积分信号和参考信号,以供后级电路作差以消除列固定模式噪声(FPN),由于列缓冲是逐列依次输出数据,因此为了节约系统功耗,在本列选通前或数据输出后列缓冲器均处于休眠模式。
[0036]如图4至图5所示,本发明一种CMOS图像传感器列缓冲器信号完整性优化电路及控制时序。列缓冲器包括运算放大器10,列选通开关11,反馈开关12,积分信号选通开关13和15,参考信号选通开关14和16,积分信号米样开关18和19,参考信号米样开关17和100,参考信号采样保持电容101,积分信号采样保持电容102。列缓冲器中开关17和18短接的一端连接至图1中21的输出端。在读取某列数据时,该列缓冲器需提前一个时钟周期进入使能状态,且将运算放大器10连接为单位增益形式,以建立运算放大器10工作点,对应于图中时序的a阶段,而后列选通开关接通,期间积分信号选通开关和参考信号选通开关依次接通,分别输出积分信号和参考信号,分别对应图中时序的b和c阶段。
[0037]列缓冲器需要反馈开关12两端分别接运算放大器10输出端和负向输入端,反馈开关12的控制信号和列选通开关11的控制信号相反,使得某列运算放大器10在建立工作点时,该列缓冲与其他列缓冲隔离,不影响其他列的正常工作,而在选通本列时,选通开关11接通,反馈开关12断开,以正常输出积分信号和参考信号。
[0038]列缓冲器需要积分信号选通开关13和15,开关13两端分别接运算放大器10输出端和积分信号米样电容102的上极板,开关15两端分别接运算放大器10负输入端和积分信号采样电容102的下极板。在输出积分信号时,两开关接通,积分信号采样电容102跨接到运算放大器10负向输入端和输出端,积分信号采样开关19断开,以隔离共模电平VCM和运算放大器10负向输入端。
[0039]列缓冲器需要参考信号选通开关14和16,开关14两端分别接运算放大器10输出端和参考信号采样电容101的上极板,开关16两端分别接运算放大器10负输入端和参考信号采样电容101的下极板。在输出参考信号时,两开关接通,参考信号采样电容101跨接到运算放大器10负向输入端和输出端,同时,参考信号采样开关100断开,以隔离共模电平VCM和运算放大器10负向输入端。
[0040]列缓冲器参考信号采样保持电容101上极板通过参考信号采样开关17连接至前级PGA输出端,积分信号采样保持电容102通过积分信号采样开关18连接至前级PGA输出端,参考信号采样开关17和积分信号采样开关18的控制时序受前级PGA约束。
[0041]列缓冲器需要适当的共模电平VCM使得运算放大器10工作在合理的电压范围。
[0042]在采样阶段,开关17、18、19和100接通,电容101和102分别完成对参考信号和积分信号的采样,采样完成后开关17和18断开,而开关19和100仍处于接通状态,因此电容处于对采样信号的保持状态,上述处理过程各列并行完成。
[0043]每列进行数据输出时,列缓冲器都需要经历三个阶段工作过程,即图5中时序的a、b、c阶段,每个阶段对应的电路连接状态如图6(a) (b) (C)所示。在a阶段,运算放大器10被使能,开关12仍处于接通状态,运算放大器10在本身的负反馈作用下,将负向输入端电压拉至共模电压VCM,完成运算放大器10工作点的建立。此时运算放大器10输出端电压也为VCM,而选通开关11处于断开状态,将本列运算放大器1和列总线隔离开来,故本列列缓冲输出的共模电平VCM不影响其他列数据的正常输出。当SW有效时,本列被选通,在选通阶段的前半部分时间,即b阶段,采样电容102下极板与参考电平断开,上下极分别连接至运算放大器10输出端和负向输入端,如图6(b)所示。由于采样电容102在跨接到运算放大器10前后两端没有充/放电回路,因此其两端电压保持不变,运算放大器10负向输入端电压在其本身反馈作用下被强制拉至VCM,而电容102下极板电容也为VCM,因此此时列缓冲器输出电压等于电容102上极板采样到的积分信号,且由于运算放大器10负向输入端电压在a、b阶段均为VCM,其寄生电容上的电荷量没有发生变化,故不会导致与电容102之间发生电荷分享。在选通阶段的后半部分时间,即c阶段,采样电容101下极板与参考电平断开,上下极分别连接至运算放大器10输出端和负向输入端,如图6(c)所示。由于采样电容101在跨接到运算放大器10前后没有充/放电回路,因此其两端电压保持不变,运算放大器10负向输入端电压在其本身反馈作用下被强制拉至VCM,而电容101下极板电容也为VCM,因此此时列缓冲器输出电压等于电容101上极板采样到的参考信号,且由于运算放大器10负向输入端电压在b、c阶段均为VCM,其寄生电容上的电荷量没有发生变化,故不会导致与电容101之间发生电荷分享。
[0044]图7为从a阶段到b阶段、再到c阶段运算放大器10负向输入端电压的变化,其中tl对应SI的上升沿,t2对应S2的上升沿。可以看出,实际上在不同阶段的切换过程中,运算放大器10负向输入端电压会发生短暂的变化,导致栅寄生电容上电荷量发生了变化,引起栅寄生电容和采样电容间其实存在
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1