像素读出电路及图像传感器制造技术

一种像素读出电路及图像传感器，像素读出电路包括：至少一个噪声反相放大电路，分别输出补偿电压，在像素单元由于光电效应引起像素电压变化时，补偿电压的变化电压为位线噪声电压的反相电压，且补偿电压的变化电压的电压值为位线噪声电压的电压值的K倍；列模数转换器，包括：反相电容，反相电容的第一端接入补偿电压；比较器，其负输入端耦接反相电容的第二端；电流源，其第一端接地，其第二端作为像素读出电路的输入端；采样电容，其第一端耦接电流源，其第二端耦接比较器的负输入端，其电容值为反相电容的电容值的K倍。本发明专利技术技术方案能够消除像素电源噪声，从而降低行噪声，提高图像传感器的图像质量。

【技术实现步骤摘要】
像素读出电路及图像传感器
本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种像素读出电路及图像传感器。
技术介绍
互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)图像传感器最常采用的读出电路为列并行模数转换电路，列并行电路会同时量化一行像素，这一特点导致对于某些噪声源特定频率的噪声会表现为行噪声，即图像上出现闪烁的横纹，影响图像质量。具体地，在行噪声来源中，如图1所示，主要来源是像素电源Vddpix噪声(Vddpix_noise)。Vddpix噪声则是像素电源Vddpix供电电路本身热噪声以及受到外部因素影响导致像素电源Vddpix电压在理想电压附近不停抖动，由于外部因素的随机性，像素电源Vddpix抖动的频率和幅度都无法准确预测。在单个像素单元11中，由于源跟随器M1的电源抑制比不够大，而且像素电源Vddpix和像素节点(图未示)间存在耦合电容(图未示)，因此像素电源噪声Vddpix_noise会影响像素位线电压Vbl，进而影响比较器采样电容Cb的上极板电压Vs，使得比较器翻转时间变化，影响模数转换器12量化结果。现有技术中常用的降行噪声技术是使用一定数量的遮黑暗列像素量化行噪声，在后续的图像处理部分减去行噪声信息。另一种降行噪声技术是降低比较器的输入电压斜坡信号Vramp对像素电源Vddpix的电源抑制比，使得像素电源噪声Vddpix_noise对比较器的输入电压Vs的比较器单端差模影响，变为对比较器的输入电压Vs和斜坡信号Vramp的比较器共模影响，从而不影响比较器的翻转时间。但是，暗列像素及对应的量化电路通常为几十列会占用较大的面积。共模方法需要特定的较复杂的斜坡产生电路，同时由于比较器的共模抑制比不理想，并不能完全消除像素电源噪声Vddpix_noise对比较器翻转时间的影响。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是如何消除像素电源噪声，从而降低行噪声，提高图像传感器的图像质量。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种像素读出电路，所述像素读出电路的输入端耦接图像传感器的各个像素单元，像素读出电路包括：至少一个噪声反相放大电路，每一噪声反相放大电路分别输出补偿电压，在所述像素单元由于光电效应引起像素电压变化时，所述补偿电压的变化电压为位线噪声电压的反相电压，且所述补偿电压的变化电压的电压值为所述位线噪声电压的电压值的K倍，K为正数；列模数转换器，所述列模数转换器包括：反相电容，所述反相电容的第一端接入所述补偿电压；比较器，其输出端作为所述像素读出电路的输出端，其正输入端接入斜坡信号，其负输入端耦接所述反相电容的第二端；电流源，其第一端接地，其第二端作为所述像素读出电路的输入端采样电容，其第一端耦接所述电流源，其第二端耦接所述比较器的负输入端，其电容值为所述反相电容的电容值的K倍。可选的，所述噪声反相放大电路包括：源跟随器，适于输出源噪声电压，所述源噪声电压与所述位线噪声电压相同；运算放大器，其输出端输出所述补偿电压；第一电容，其第一端耦接所述源跟随器的输出端，其第二端耦接所述运算放大器的负输入端；第二电容，其第一端耦接所述运算放大器的负输入端，其第二端耦接所述运算放大器的输出端；其中，所述第一电容的电容值为所述第二电容的电容值的K倍。可选的，所述噪声反相放大电路包括：源跟随器，适于输出源噪声电压，所述源噪声电压与所述位线噪声电压相同；运算放大器，其输出端输出所述补偿电压；第一电阻，其第一端耦接所述源跟随器的输出端，其第二端耦接所述运算放大器的负输入端；第二电阻，其第一端耦接所述运算放大器的负输入端，其第二端耦接所述运算放大器的输出端；其中，所述第二电阻的电阻值为所述第一电阻的电阻值的K倍。可选的，所述源跟随器为所述图像传感器中像素阵列的边缘冗余像素的源跟随器。可选的，所述源跟随器包括：三极管，其漏极耦接电源电压，其栅极耦接控制电压，其源极输出所述源噪声电压；电流源，其第一端接地，其第二端耦接所述三极管的源极。可选的，所述运算放大器的负输入端与正输入端的输入电压相等。可选的，K的大小为32。可选的，所述模数转换器的负输入端的输入电压的变化电压为：ΔVs＝Vsig×K/(K+1)，其中，ΔVs表示所述模数转换器的负输入端的输入电压的变化电压，Vsig表示无噪声的情况下位线电压的变化电压。可选的，所述列模数转换器的数量为多个且划分为多组，每组列模数转换器分别接收同一噪声反相放大电路输出的补偿电压。本专利技术实施例还公开了一种图像传感器，图像传感器包括所述像素读出电路。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：本专利技术技术方案的像素读出电路包括至少一个噪声反相放大电路，每一噪声反相放大电路分别输出补偿电压，在所述像素单元由于光电效应引起像素电压变化时，所述补偿电压的变化电压为位线噪声电压的反相电压，且所述补偿电压的变化电压的电压值为所述位线噪声电压的电压值的K倍，K为正数；并且列模数转换器中采样电容的电容值为所述反相电容的电容值的K倍，使得补偿电压的变化电压与像素单元中产生的位线电压噪声相互抵消，从而使得比较器的负输入端的电压不受像素单元中产生的位线电压噪声的影响，进而保证列模数转换器中比较器的正常反转，降低行噪声，提高图像传感器的图像质量。进一步地，所述源跟随器为所述图像传感器中像素阵列的边缘冗余像素的源跟随器。本专利技术技术方案中，由于边缘冗余像素不会用于读出信号，且边缘冗余像素的源跟随器能够产生与像素单元相同的位线电压噪声，因此可以复用边缘冗余像素的源跟随器作为噪声反相放大电路中的源跟随器，从而使得噪声反相放大电路能够精确控制述补偿电压的变化电压；此外，还可以减小噪声反相放大电路的电路面积。附图说明图1是现有技术一种像素读出电路的结构示意图；图2是本专利技术实施例一种像素读出电路的结构示意图；图3是本专利技术实施例一种噪声反相放大电路的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
中所述，暗列像素及对应的量化电路通常为几十列会占用较大的面积。共模方法需要特定的较复杂的斜坡产生电路，同时由于比较器的共模抑制比不理想，并不能完全消除像素电源噪声Vddpix_noise对比较器翻转时间的影响。本专利技术技术方案的像素读出电路包括至少一个噪声反相放大电路，每一噪声反相放大电路分别输出补偿电压，在所述像素单元由于光电效应引起像素电压变化时，所述补偿电压的变化电压为位线噪声电压的反相电压，且所述补偿电压的变化电压的电压值为所述位线噪声电压的电压值的K倍，K为正数；并且列模数转换器中采样电容的电容值为所述反相电容的电容值的K倍，使得补偿电压的变化电压与像素单元中产生的位线电压噪声相互抵消，从而使得比较器的负输入端的电压不受像素单元中产生的位线电压噪声的影响，进而保证列模数转换器中比较器的正常反转，降低行噪声，提高图像传感器的图像质量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图2是本专利技术实施例一种像素读出电路的结构示意图。请参照图2，像素单元20中的像素发生光电效应产生电子引起电压Vfd变化，通过源跟随器M1带动位线电压Vbl变化。像素读出电路包括至少一个噪声反相放大电路21以及列模数转换器22。其中，每一噪声反相放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素读出电路，所述像素读出电路的输入端耦接图像传感器的各个像素单元，其特征在于，所述像素读出电路包括：至少一个噪声反相放大电路，每一噪声反相放大电路分别输出补偿电压，在所述像素单元由于光电效应引起像素电压变化时，所述补偿电压的变化电压为位线噪声电压的反相电压，且所述补偿电压的变化电压的电压值为所述位线噪声电压的电压值的K倍，K为正数；列模数转换器，所述列模数转换器包括：反相电容，所述反相电容的第一端接入所述补偿电压；比较器，其输出端作为所述像素读出电路的输出端，其正输入端接入斜坡信号，其负输入端耦接所述反相电容的第二端；电流源，其第一端接地，其第二端作为所述像素读出电路的输入端采样电容，其第一端耦接所述电流源，其第二端耦接所述比较器的负输入端，其电容值为所述反相电容的电容值的K倍。

【技术特征摘要】
1.一种像素读出电路，所述像素读出电路的输入端耦接图像传感器的各个像素单元，其特征在于，所述像素读出电路包括：至少一个噪声反相放大电路，每一噪声反相放大电路分别输出补偿电压，在所述像素单元由于光电效应引起像素电压变化时，所述补偿电压的变化电压为位线噪声电压的反相电压，且所述补偿电压的变化电压的电压值为所述位线噪声电压的电压值的K倍，K为正数；列模数转换器，所述列模数转换器包括：反相电容，所述反相电容的第一端接入所述补偿电压；比较器，其输出端作为所述像素读出电路的输出端，其正输入端接入斜坡信号，其负输入端耦接所述反相电容的第二端；电流源，其第一端接地，其第二端作为所述像素读出电路的输入端采样电容，其第一端耦接所述电流源，其第二端耦接所述比较器的负输入端，其电容值为所述反相电容的电容值的K倍。2.根据权利要求1所述的像素读出电路，其特征在于，所述噪声反相放大电路包括：源跟随器，适于输出源噪声电压，所述源噪声电压与所述位线噪声电压相同；运算放大器，其输出端输出所述补偿电压；第一电容，其第一端耦接所述源跟随器的输出端，其第二端耦接所述运算放大器的负输入端；第二电容，其第一端耦接所述运算放大器的负输入端，其第二端耦接所述运算放大器的输出端；其中，所述第一电容的电容值为所述第二电容的电容值的K倍。3.根据权利要求1所述的像素读出电路，其特征在于，所述噪声反相放大电路包括：源跟随器，适于输出源噪声电压，所述源噪声电压与所述位...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐新楠，
申请(专利权)人：昆山锐芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32