專利名稱：圖像傳感器的信號(hào)處理電路及信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器的信號(hào)處理電路及信號(hào)處理方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器已廣泛應(yīng)用于各種需要進(jìn)行數(shù)字成像的領(lǐng)域，例如數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等電子產(chǎn)品中。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換方式的不同，圖像傳感器通常可以分為兩類電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器。其中，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，CMOS圖像傳感器易于集成在例如手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等便攜電子設(shè)備中，作為提供數(shù)字成像功能的攝像模組使用。CMOS圖像傳感器通常采用3T或4T的像素結(jié)構(gòu)。圖1即示出了一種傳統(tǒng)圖像傳感器的4T像素結(jié)構(gòu)，包括光電二極管101、轉(zhuǎn)移晶體管102、復(fù)位晶體管103、源跟隨晶體管 104以及行選擇晶體管105。其中，光電二極管101用于感應(yīng)光強(qiáng)變化而形成相應(yīng)的電荷信號(hào)。轉(zhuǎn)移晶體管102用于接收轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX，在轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX的控制下，轉(zhuǎn)移晶體管 102相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而使得光電二極管101所感應(yīng)的電荷信號(hào)被讀出到該轉(zhuǎn)移晶體管 102的漏極，并由該漏極存儲(chǔ)電荷信號(hào)。復(fù)位晶體管103用于接收復(fù)位控制信號(hào)RST，在該復(fù)位控制信號(hào)RST的控制下，復(fù)位晶體管103相應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而向源跟隨晶體管104的柵極提供復(fù)位信號(hào)。源跟隨晶體管104用于將轉(zhuǎn)移晶體管102獲得的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。行選擇晶體管105用于接收列選擇信號(hào)RS，并在該行選擇信號(hào)RS的控制下，行選擇晶體管105相應(yīng)開啟或閉合，從而使得源跟隨晶體管104的漏極被選擇地耦接到位線BL，進(jìn)而將源跟隨晶體管104轉(zhuǎn)換的信號(hào)由位線BL輸出。傳統(tǒng)圖像傳感器通常采用雙相關(guān)采樣(Correlated Double Sampling)的信號(hào)處理電路，其在處理時(shí)需要獲取同一像素的復(fù)位信號(hào)與圖像信號(hào)。為了提高像素的靈敏度，往往需要將轉(zhuǎn)移晶體管102的漏極復(fù)位到較高的電位。然而，這會(huì)使得在環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí)位線BL輸出較高的圖像信號(hào)電壓，從而導(dǎo)致圖像傳感器信號(hào)處理電路中對應(yīng)于圖像信號(hào)輸出的圖像輸出開關(guān)開啟或閉合的速度降低，進(jìn)而使得該信號(hào)處理電路的處理速度降低，影響圖像處理的幀率。此外，由于像素提供的復(fù)位信號(hào)電壓也相對較高，其所對應(yīng)的復(fù)位輸出開關(guān)開啟或閉合的速度也較低。因此，在將復(fù)位信號(hào)與圖像信號(hào)輸出給后續(xù)放大單元時(shí)，這種處理電路很難保證復(fù)位輸出開關(guān)與圖像輸出開關(guān)能夠同步開啟或閉合，這會(huì)引入較大的固定模式噪聲(Fixed Pattern Noise)，從而降低圖像傳感器的成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
可見，需要提供一種圖像傳感器的圖像處理電路及圖像處理方法，用以提高電路處理速度并盡可能地減少圖像傳感器的固定模式噪聲。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感器的信號(hào)處理方法，包括下述步驟a.提供圖像電容與復(fù)位電容，所述圖像電容配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取圖像信號(hào)，所述復(fù)位電容配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取復(fù)位信號(hào)；b.將所述復(fù)位電容耦接到所述像素陣列以獲取所述復(fù)位信號(hào)；c.將所述圖像電容耦接到所述像素陣列以獲取所述圖像信號(hào)；d.輸出由所述復(fù)位電容與所述圖像電容所獲取的信號(hào)；其中，在所述步驟b與所述步驟c中，所述參考電壓端被耦接到第一參考電位，在所述步驟d中，所述參考電壓端被耦接到低于所述第一參考電位的第二參考電位。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種圖像傳感器的信號(hào)處理電路，包括圖像電容，配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取圖像信號(hào)；復(fù)位電容，配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取復(fù)位信號(hào)；切換單元，配置為響應(yīng)于控制信號(hào)而使得所述圖像電容耦接于像素陣列以獲取圖像信號(hào)，使得所述復(fù)位電容耦接于像素陣列以獲取復(fù)位信號(hào)，以及使得所述圖像電容與所述復(fù)位電容輸出所獲取的信號(hào)；參考電壓單元，配置為在所述圖像電容與所述復(fù)位電容耦接于像素陣列時(shí)使得所述參考電壓端耦接于第一參考電位，以及在所述圖像電容與所述復(fù)位電容輸出所獲取信號(hào)時(shí)使得所述參考電壓端耦接于第二參考電位，其中，所述第二參考電位低于所述第一參考電位。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的圖像傳感器的信號(hào)處理方法在圖像信號(hào)的采集與輸出階段在圖像電容上加載不同的參考電位，因此，在輸出圖像信號(hào)時(shí)，圖像信號(hào)與復(fù)位信號(hào)能夠被調(diào)制到較低的電位水平，這就避免了圖像輸出開關(guān)及復(fù)位輸出開關(guān)開啟速度較慢的問題。此外，較低電壓水平的圖像信號(hào)及復(fù)位信號(hào)使得圖像輸出開關(guān)與復(fù)位輸出開關(guān)的速度基本一致，從而有效抑制了固定模式噪聲。本發(fā)明的以上特性及其他特性將在下文中的實(shí)施例部分進(jìn)行明確地闡述。


通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，能夠更容易地理解本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。其中，相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的裝置。圖1示出了一種圖像傳感器的4T像素結(jié)構(gòu)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的信號(hào)處理電路；圖3示出了用于圖2信號(hào)處理電路的控制信號(hào)的時(shí)序圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖像傳感器及其信號(hào)處理電路；圖5示出了基于圖4的信號(hào)處理電路對圖像傳感器進(jìn)行信號(hào)處理的方法。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)討論實(shí)施例的實(shí)施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實(shí)施例僅僅示范性地說明實(shí)施和使用本發(fā)明的特定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的信號(hào)處理電路。在圖2中還示出了圖像傳感器像素陣列中的部分像素221。在本實(shí)施例中，這些像素221位于圖像傳感器像素陣列的同一列中，其輸出端共同耦接到同一位線BL。如圖2所示，該信號(hào)處理電路包括圖像電容201、復(fù)位電容202、切換單元203以及參考電壓單元204，其中，
圖像電容201配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端205之間以獲取圖像信號(hào)；復(fù)位電容202配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端205之間以獲取復(fù)位信號(hào)；切換單元203配置為響應(yīng)于控制信號(hào)而使得該圖像電容201耦接于像素陣列以獲取圖像信號(hào)，使得該復(fù)位電容202耦接于像素陣列以獲取復(fù)位信號(hào)，以及使得該圖像電容 201與該復(fù)位電容202輸出所獲取的信號(hào)；參考電壓單元204，配置為在該圖像電容201與該復(fù)位電容202耦接于像素陣列時(shí)使得參考電壓端205耦接于第一參考電位，以及在圖像電容201與復(fù)位電容202輸出所獲取信號(hào)時(shí)使得該參考電壓端205耦接于第二參考電位，其中，該第二參考電位低于該第一參考電位。具體地，圖像電容201包括第一極板201a與第二極板201b，復(fù)位電容202包括第三極板20 與第四極板202b，其中該第二極板201b與第四極板202b用于耦接參考電壓端 205，以獲取參考電位；而該第一極板201a與第三極板20 則用于耦接至像素陣列，以分別獲取圖像信號(hào)及復(fù)位信號(hào)。在本文中，術(shù)語“獲取”是指在電容的極板上加載某一信號(hào)以對該電容進(jìn)行充電，所述充電應(yīng)使得該極板具有與該信號(hào)相同的電位。切換單元203可以包括一個(gè)以上的開關(guān)，其中每一個(gè)開關(guān)具有用于接收控制信號(hào)的控制端?；谒邮湛刂菩盘?hào)的不同，每個(gè)開關(guān)分別地被開啟或閉合，從而使得圖像或復(fù)位電容被耦接到不同的電路節(jié)點(diǎn)上。在本實(shí)施例中，信號(hào)處理電路還包括放大單元210， 其包括第一輸入端210a與第二輸入端210b，配置為放大該第一輸入端210a與第二輸入端 210b之間的電壓差。相應(yīng)地，該切換單元203包括耦接于第一極板201a與位線BL之間的第一開關(guān)206，耦接于第三極板20 與位線BL之間的第二開關(guān)207，耦接于第一極板201a 與第一輸入端210a之間的第三開關(guān)208，以及耦接于第三極板20 與第二輸入端210b之間的第四開關(guān)209?？蛇x地，前述的各個(gè)開關(guān)206-209可以采用晶體管開關(guān)，例如NMOS晶體管或PMOS晶體管開關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)開關(guān)所接收的控制信號(hào)可以由獨(dú)立的控制模塊，例如微控制單元(MCU)提供。而參考電壓單元204輸出參考電位的變化也可以由該控制模塊提供的控制信號(hào)所控制。圖3示出了用于圖2信號(hào)處理電路的控制信號(hào)的時(shí)序圖。接下來，結(jié)合圖2及圖 3對本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)處理電路的工作進(jìn)行進(jìn)一步的說明。圖3中的各個(gè)控制信號(hào)被分別地加載在對應(yīng)的可控開關(guān)或晶體管的控制端。具體地，行選擇信號(hào)RS被加載在像素陣列中各個(gè)像素221的行選擇晶體管245的柵極；復(fù)位控制信號(hào)RST被加載在各個(gè)像素221的復(fù)位晶體管243的柵極；轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX被加載在各個(gè)像素221的轉(zhuǎn)移晶體管M2的柵極；第一控制信號(hào)SHS被加載在信號(hào)處理電路中第一開關(guān)206的控制端；第二控制信號(hào)SHR被加載在信號(hào)處理電路中第二開關(guān)207的控制端；第三控制信號(hào)SEL被加載在信號(hào)處理電路中第三開關(guān)208與第四開關(guān)209的控制端。此外，由參考電壓單元204生成的參考電壓信號(hào)Veap被加載在參考電壓端205。首先，在第一時(shí)段Tl，由復(fù)位電容202獲取像素221的復(fù)位信號(hào)VMf。具體地，將行選擇信號(hào)RS設(shè)置為有效，這使得像素221的行選擇晶體管245導(dǎo)通，從而將像素221連接至位線BL。同時(shí)，在參考電壓端205加載第一參考電位V1,使得復(fù)位電容202的第四極板202b被充電至第一參考電位V1，該第一參考電位V1例如為0. 5至1. 2V。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在實(shí)際應(yīng)用中，該第一參考電位V1可以根據(jù)圖像傳感器以及信號(hào)處理電路的驅(qū)動(dòng)電壓的不同而有所不同。接著，將復(fù)位控制信號(hào)RST設(shè)置為有效，使得復(fù)位晶體管243導(dǎo)通。這使得像素221生成復(fù)位信號(hào)Vref并通過導(dǎo)通的行選擇晶體管245將該復(fù)位信號(hào)Vref提供至位線BL。之后，將第二控制信號(hào)SHR設(shè)置為有效，使得第二開關(guān)207 導(dǎo)通，從而將復(fù)位電容202連接至位線BL，復(fù)位電容202得以獲取復(fù)位信號(hào)Vref，即復(fù)位電容202的第三極板20 被充電至復(fù)位信號(hào)V,ef的電壓。在此情況下，復(fù)位電容202的兩個(gè)極板分別獲得了復(fù)位信號(hào)Vref以及第一參考電位V1,因而，復(fù)位電容202的兩極板之間的電壓差即為Vref-V115接著，在第二時(shí)段T2，由圖像電容201獲取像素221的圖像信號(hào)Vsig。具體地，仍將行選擇信號(hào)RS保持有效，像素221仍連接至位線BL。同時(shí)，在參考電壓端205加載第一參考電位V1,使得圖像電容201的第二極板201b被充電至第一參考電位 V1,該第一參考電位V1例如為0. 5至1. 2V。接著，將轉(zhuǎn)移控制信號(hào)TX設(shè)置為有效，使得轉(zhuǎn)移晶體管242導(dǎo)通。這使得像素221生成圖像信號(hào)Vsig并通過導(dǎo)通的行選擇晶體管245將該圖像信號(hào)Vsig提供至位線BL。之后，將第一控制信號(hào)SHS設(shè)置為有效，使得第一開關(guān)206 導(dǎo)通，從而將圖像電容201連接至位線BL，圖像電容201得以獲取圖像信號(hào)Vsig，即圖像電容201的第一極板201a被充電至圖像信號(hào)Vsig的電壓。在此情況下，圖像電容201的兩個(gè)極板分別獲得了圖像信號(hào)Vsig以及第一參考電位V1,因而，圖像電容201的兩極板之間的電壓差即為Vsig-V115接下來，在第三時(shí)段T3，將圖像電容201與復(fù)位電容202所獲取的圖像信號(hào)與復(fù)位
信號(hào)輸出。具體地，將行選擇信號(hào)RS設(shè)置為無效，從而使得像素221與位線BL之間的連接斷開。同時(shí)，在參考電壓端205加載低于第一參考電位V1的第二參考電位V2，使得復(fù)位電容 202的第四極板202b以及圖像電容201的第二極板201b被充電至第二參考電位V2，該第二參考電位V2例如為0V。在實(shí)際應(yīng)用中，第二參考電位V2可以低于第一參考電位不超過 1. 2V，以避免將圖像信號(hào)Vsig與復(fù)位信號(hào)V,#調(diào)制到過低的電壓值而使得第三開關(guān)208或第四開關(guān)209無法正常工作。由于電容的兩個(gè)極板之間的電壓差不會(huì)突變，第二極板201b與第四極板202b的參考電位變化使得第一極板201a與第三極板20 也相應(yīng)降低，即第一極板201a的電壓被調(diào)制為Vsig-VJV2,而第三極板20 的電壓被調(diào)制為Vref-VJV2。由于第二參考電壓V2低于第一參考電壓\，因此，在第一時(shí)段Tl所獲取的復(fù)位信號(hào)Vref以及在第二時(shí)段T2所獲取的圖像信號(hào)Vsig均減少了(V1-V2)的電壓值，而復(fù)位信號(hào)VMf與圖像信號(hào)Vsig的電壓差仍保持不變。接著，將第三控制信號(hào)SEL設(shè)置為有效，使得第三開關(guān)208以及第四開關(guān)209同時(shí)導(dǎo)通，圖像電容201與復(fù)位電容202向放大單元210的兩個(gè)輸入端提供信號(hào)。在本實(shí)施例中，第三開關(guān)208以及第四開關(guān)209均采用NMOS晶體管開關(guān)。對于 NMOS晶體管開關(guān)而言，在導(dǎo)通時(shí)，其柵極(G)被固定于某一參考電位，該參考電位的電壓通常應(yīng)高于其漏極⑶電壓；而源極⑶電壓應(yīng)比漏極電壓低一個(gè)閾值電壓(Vt)。同時(shí)，對于NMOS晶體管開關(guān)，其導(dǎo)通電阻R。n正比于(Vgs-Vtr115可以看出，在導(dǎo)通時(shí)，NMOS晶體管開關(guān)的源極電壓隨漏極電壓的降低而相應(yīng)降低，并導(dǎo)致其柵極與源極的電壓差(Vgs)增加，從而使得導(dǎo)通電阻R。n降低。導(dǎo)通電阻R。n的降低使得圖像電容201輸出信號(hào)的速度提高，即對放大單元210的第一輸入端210a耦接的電容充電的速度提高。同時(shí)，由于復(fù)位信號(hào)Vref也被相等地調(diào)制，采用差動(dòng)放大結(jié)構(gòu)的放大單元210在對復(fù)位信號(hào)與圖像信號(hào)的電壓差進(jìn)行放大時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)相互抵消所調(diào)制的電壓部分，即(V1-V2)，因而不會(huì)影響影響信號(hào)的正常讀出。對于PMOS晶體管開關(guān)，在導(dǎo)通時(shí)，其柵極通常被固定于低于漏極電壓的某一參考電壓?？梢岳斫猓瑢τ诘谌_關(guān)208以及第四開關(guān)209采用PMOS晶體管開關(guān)的實(shí)施例，需要提高柵極與源極之間的電壓差，在這種情況下，可以對圖像信號(hào)與復(fù)位信號(hào)增加一定的電壓值，使得復(fù)位電容202與圖像電容201輸出信號(hào)電壓時(shí)具備較高的電壓值，從而增第三開關(guān)208與第四開關(guān)209的開啟或閉合速度。另一方面，由于對應(yīng)于圖像信號(hào)輸出的第三開關(guān)208的開啟或閉合速度提高，這就有效提高了第三開關(guān)208與第四開關(guān)209的開啟速度一致性，從而使得復(fù)位電容202與圖像電容201在獲取信號(hào)時(shí)所采集的固定模式噪聲保持基本一致。在放大單元210放大信號(hào)時(shí)，該固定模式噪聲會(huì)被差動(dòng)地抵消，從而使得圖像傳感器的信號(hào)噪聲得以有效抑制。在環(huán)境光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，圖像傳感器像素陣列所輸出的圖像信號(hào)具有相對較低的電壓，在這種情況下，第三開關(guān)208具有較高的開啟或閉合速度，從而不會(huì)影響圖像處理的速度。因此，在環(huán)境光強(qiáng)較高時(shí)，可以不對圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。相應(yīng)地，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該信號(hào)處理電路還包括環(huán)境光強(qiáng)比較單元，用于獲取環(huán)境光強(qiáng)值并將該環(huán)境光強(qiáng)值與預(yù)定參考光強(qiáng)值進(jìn)行比較在環(huán)境光強(qiáng)值低于預(yù)定參考光強(qiáng)值時(shí)，向參考電壓端提供對圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的指示。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種圖像傳感器，包括前述實(shí)施例中的圖像處理電路以及像素陣列。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖像傳感器及其信號(hào)處理電路。如圖4所示，該信號(hào)處理電路包括圖像電容401、復(fù)位電容402以及切換單元403，其中，該圖像電容 401配置為可控地耦接于像素陣列400與參考電壓端405之間以獲取圖像信號(hào)；該復(fù)位電容402配置為可控地耦接于像素陣列400與參考電壓端405之間以獲取復(fù)位信號(hào)；該切換單元403配置為響應(yīng)于控制信號(hào)而使得該圖像電容401耦接于像素陣列400以獲取圖像信號(hào)，使得該復(fù)位電容402耦接于像素陣列400以獲取復(fù)位信號(hào)，以及使得該圖像電容401與該復(fù)位電容402輸出所獲取的信號(hào)。圖5示出了基于圖4的信號(hào)處理電路對圖像傳感器進(jìn)行信號(hào)處理的方法，包括下述步驟執(zhí)行步驟S502，提供圖像電容401與復(fù)位電容402，所述圖像電容401配置為可控地耦接于像素陣列400與參考電壓端405之間以獲取圖像信號(hào)Vsig，所述復(fù)位電容402配置為可控地耦接于像素陣列400與參考電壓端405之間以獲取復(fù)位信號(hào)Vref。具體地，圖像電容401包括第一極板401a與第二極板401b，復(fù)位電容402包括第三極板40 與第四極板402b。其中，第一極板401a與第三極板40 被耦接到像素陣列 400以分別獲取圖像信號(hào)Vsig與復(fù)位信號(hào)Vref,而第二極板401b與第四極板402b則被耦接到參考電壓端405以獲取參考電位。接著，執(zhí)行步驟S504，將所述復(fù)位電容402耦接到所述像素陣列400以獲取所述復(fù)位信號(hào)V,ef。復(fù)位電容402的第三極板40 被充電至復(fù)位信號(hào)Vref的電壓。這期間，參考電壓端405被耦接到第一參考電位V1，從而使得復(fù)位電容402的第四極板402b被充電至第一參考電位\。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一參考電位V1低于所述圖像信號(hào)Vsig的電位。之后，執(zhí)行步驟S506，將所述圖像電容401耦接到所述像素陣列400以獲取所述圖像信號(hào)Vsig。圖像電容401的第一極板401a被充電至圖像信號(hào)Vsig的電壓。這期間，參考電壓端405被耦接到第一參考電位V1，從而使得圖像電容401的第二極板401b被充電至第一參考電位Vp然后，執(zhí)行步驟S508，輸出由所述復(fù)位電容402與所述圖像電容401所獲取的信號(hào)。在所述步驟S508中，參考電壓端405被耦接到低于所述第一參考電位V1的第二參考電位V2。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二參考電位V2低于所述第一參考電位V1不超過 1. 2V。由于電容的兩個(gè)極板之間的電壓差不會(huì)突變，第二極板401b與第四極板402b的參考電位變化使得第一極板401a與第三極板40 的電壓也相應(yīng)降低，即第一極板401a的電壓被調(diào)制為Vsig-VJV2，而第三極板40 的電壓被調(diào)制為Vref-VJVy由于第二參考電壓 V2低于第一參考電壓V1,因此，所述輸出的復(fù)位信號(hào)Vref以及圖像信號(hào)Vsig均減少了(V1-V2) 的電壓值，而復(fù)位信號(hào)與圖像信號(hào)Vsig的電壓差仍保持不變。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S508還包括通過第三開關(guān)輸出所述圖像信號(hào)并通過第四開關(guān)輸出所述復(fù)位信號(hào)。進(jìn)一步地，在所述步驟S508之后，還包括對所述復(fù)位信號(hào)與所述圖像信號(hào)的電壓差進(jìn)行放大。在該實(shí)施例中，第三開關(guān)與第四開關(guān)包括NMOS晶體管開關(guān)，其包含于切換單元403內(nèi)，其中第三開關(guān)耦接于第一極板401a與后續(xù)放大單元的一個(gè)輸入端之間，而第四開關(guān)耦接于第三極板403a與放大單元的另一個(gè)輸入端之間。對于NMOS晶體管開關(guān)，在導(dǎo)通時(shí)，其柵極(G)被固定于某一參考電位，該參考電位的電壓通常應(yīng)高于其漏極(D)電壓；而源極(S)電壓應(yīng)比漏極電壓低一個(gè)閾值電壓(Vt)。 同時(shí)，對于NMOS晶體管開關(guān)，其導(dǎo)通電阻R。n正比于(Vgs-Vt)A可以看出，在導(dǎo)通時(shí)，NMOS 晶體管開關(guān)的源極電壓隨漏極電壓的降低而相應(yīng)降低，并導(dǎo)致其柵極與源極的電壓差(Vgs) 增加，從而使得導(dǎo)通電阻R。n降低。導(dǎo)通電阻R。n的降低使得圖像電容401輸出信號(hào)的速度提高。同時(shí)，由于復(fù)位信號(hào)也被相等地調(diào)制，采用差動(dòng)放大結(jié)構(gòu)的放大單元410在對復(fù)位信號(hào)與圖像信號(hào)的電壓差進(jìn)行放大時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)相互抵消所調(diào)制的電壓部分，即(V1-V2)， 因而不會(huì)影響影響信號(hào)的正常讀出。另一方面，由于對應(yīng)于圖像信號(hào)輸出的第三開關(guān)的開啟或閉合速度提高，這就有效提高了第三開關(guān)與第四開關(guān)的開啟速度一致性，從而使得復(fù)位電容402與圖像電容401 在獲取信號(hào)時(shí)所采集的固定模式噪聲保持基本一致。在放大單元410放大信號(hào)時(shí)，該固定模式噪聲會(huì)被差動(dòng)地抵消，從而使得圖像傳感器的信號(hào)噪聲得以有效抑制。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述步驟S504之前，還包括獲取環(huán)境光強(qiáng)值并比較所述環(huán)境光強(qiáng)值與預(yù)定參考光強(qiáng)值，在所述環(huán)境光強(qiáng)值低于所述預(yù)定參考光強(qiáng)值時(shí)執(zhí)行所述步驟S504至S508。盡管在附圖和前述的描述中詳細(xì)闡明和描述了本發(fā)明，應(yīng)認(rèn)為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本發(fā)明不限于所上述實(shí)施方式。
那些本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以通過研究說明書、公開的內(nèi)容及附圖和所附的權(quán)利要求書，理解和實(shí)施對披露的實(shí)施方式的其他改變。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。在發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)零件可能執(zhí)行權(quán)利要求中所引用的多個(gè)技術(shù)特征的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器的信號(hào)處理方法，包括下述步驟a.提供圖像電容與復(fù)位電容，所述圖像電容配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取圖像信號(hào)，所述復(fù)位電容配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取復(fù)位信號(hào)；b.將所述復(fù)位電容耦接到所述像素陣列以獲取所述復(fù)位信號(hào)；c.將所述圖像電容耦接到所述像素陣列以獲取所述圖像信號(hào)；d.輸出由所述復(fù)位電容與所述圖像電容所獲取的信號(hào)；其中，在所述步驟b與所述步驟C中，所述參考電壓端被耦接到第一參考電位，在所述步驟d中，所述參考電壓端被耦接到低于所述第一參考電位的第二參考電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，所述第二參考電位低于所述第一參考電位不超過1.2V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，所述步驟d還包括通過第三開關(guān)輸出所述圖像信號(hào)并通過第四開關(guān)輸出所述復(fù)位信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，所述第三開關(guān)與第四開關(guān)包括 WOS晶體管開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，在所述步驟d之后，還包括對所述復(fù)位信號(hào)與所述圖像信號(hào)的電壓差進(jìn)行放大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其特征在于，在所述步驟b之前，還包括e.獲取環(huán)境光強(qiáng)值并比較所述環(huán)境光強(qiáng)值與預(yù)定參考光強(qiáng)值，在所述環(huán)境光強(qiáng)值低于所述預(yù)定參考光強(qiáng)值時(shí)執(zhí)行所述步驟b至d。
7.一種圖像傳感器的信號(hào)處理電路，包括圖像電容，配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取圖像信號(hào)；復(fù)位電容，配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取復(fù)位信號(hào)；切換單元，配置為響應(yīng)于控制信號(hào)而使得所述圖像電容耦接于像素陣列以獲取圖像信號(hào)，使得所述復(fù)位電容耦接于像素陣列以獲取復(fù)位信號(hào)，以及使得所述圖像電容與所述復(fù)位電容輸出所獲取的信號(hào)；參考電壓單元，配置為在所述圖像電容與所述復(fù)位電容耦接于像素陣列時(shí)使得所述參考電壓端耦接于第一參考電位，以及在所述圖像電容與所述復(fù)位電容輸出所獲取信號(hào)時(shí)使得所述參考電壓端耦接于第二參考電位，其中，所述第二參考電位低于所述第一參考電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述第二參考電位低于所述第一參考電位不超過1.2V。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述信號(hào)處理電路還包括放大單元， 包括第一輸入端與第二輸入端，配置為放大所述第一輸入端與所述第二輸入端之間的電壓差；所述切換單元進(jìn)一步包括耦接于所述第一輸入端與所述圖像電容之間的第三開關(guān)，以及耦接于所述第二輸入端與所述復(fù)位電容之間的第四開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述第三開關(guān)與第四開關(guān)包括 NMOS晶體管開關(guān)。
11.一種圖像傳感器，包括像素陣列，以及根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圖像傳感器的信號(hào)處理方法與信號(hào)處理電路。該信號(hào)處理方法包括下述步驟a.提供圖像電容與復(fù)位電容，所述圖像電容配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取圖像信號(hào)，所述復(fù)位電容配置為可控地耦接于像素陣列與參考電壓端之間以獲取復(fù)位信號(hào)；b.將所述復(fù)位電容耦接到所述像素陣列以獲取所述復(fù)位信號(hào)；c.將所述圖像電容耦接到所述像素陣列以獲取所述圖像信號(hào)；d.輸出由所述復(fù)位電容與所述圖像電容所獲取的信號(hào)；其中，在所述步驟b與所述步驟c中，所述參考電壓端被耦接到第一參考電位，在所述步驟d中，所述參考電壓端被耦接到低于所述第一參考電位的第二參考電位。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102196200SQ20111016307
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者喬勁軒, 趙立新 申請人:格科微電子(上海)有限公司