图像传感器及其读出电路、像素结构制造技术

一种图像传感器及其读出电路、像素结构。所述读出电路包括：模数转换电路，与所述CMOS图像传感器的像素电路耦接，适于对所述像素电路输出信号进行量化，得到对应的数字信号；转换增益控制电路，与所述像素电路耦接，适于当所述像素电路输出的信号为图像信号时，基于所述像素电路输出信号的摆幅，产生相应的像素电路控制信号，以控制所述像素电路的转换增益。应用上述方案，可以提高图像传感器的动态范围。

Image Sensor and Its Readout Circuit and Pixel Structure

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其读出电路、像素结构
本专利技术涉及图像传感器领域，特别是涉及一种图像传感器及其读出电路、像素结构。
技术介绍
互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。通常，CMOS图像传感器包含像素阵列，与像素阵列耦接的像素读出电路阵列，以及数字处理电路。其中，像素阵列由若干呈阵列方式分布的像素电路构成，像素读出电路阵列由若干呈阵列方式分布的读出电路构成。同一列的像素电路由同一位线输出，并与一读出电路耦接。像素阵列将接收到的光信号转换为模拟电信号，读出电路阵列将模拟电信号转换为数字电信号，进而输出至数字处理电路进行后续处理。CMOS图像传感器所能达到的噪声指标决定了图像传感器的最低亮度，并且，CMOS图像传感器在同一帧画面上所能达到的亮度还存在一个的上限，即存在最高亮度。在同一帧画面中，最高亮度图像信号的电压值与噪声信号的电压值的比值，定义为CMOS图像传感器的动态范围。因此，为了提高CMOS图像传感器的动态范围，不仅要求CMOS图像传感器的噪声信号的电压值低，更需要CMOS图像传感器能接受较大的图像信号摆幅。然而，CMOS现有图像传感器的动态范围仍较低，无法满足对图像质量的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例解决的问题是提高图像传感器的动态范围，以满足对图像质量的要求。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种CMOS图像传感器的像素电路，所述像素电路包括：光电转换电路，适于接收光信号，并将所接收到的光信号转换为电流信号；电流电压转换电路，与所述光电转换电路耦接，适于将所述光电转换电路输出的电流信号转换为电压信号；行选通电路，与所述电流电压转换电路及读出电路耦接，适于接收行选通信号，以将所述电流电压转换电路输出的电压信号输入至所述读出电路；转换增益调整电路，与所述电流电压转换电路及所述读出电路耦接，适于接收像素电路控制信号，并在所述像素电路控制信号的控制下，调整所述像素电路的转换增益，其中，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述像素电路控制信号与所述像素电路输出信号的摆幅相关。可选地，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述像素电路控制信号，适于在所述像素电路输出信号的摆幅超出与所述像素电路耦接的读出电路的量化范围时，减小所述像素电路的转换增益，在所述像素电路输出信号的位于所述像素电路耦接的读出电路的量化范围内时，保持所述像素电路当前的大转换增益。可选地，所述转换增益调整电路，适于在所述像素电路控制信号的控制下，通过调整接入所述电流电压转换电路输出端的电容值，调整所述像素电路的转换增益。可选地，所述转换增益调整电路，包括：第一开关及第一电容；其中：所述第一开关，第一端与所述电流电压转换电路的输出端耦接，第二端经所述第一电容接地，控制端与所述读出电路耦接。可选地，所述第一开关为NMOS管，所述NMOS管的第一端为漏极端，第二端为源极端，控制端为栅极端。可选地，所述像素电路还包括：源极跟随电路，耦接于所述电流电压转换电路与所述行选通电路之间，适于跟随所述电流电压转换电路输出的信号并进行放大。本专利技术实施例还提供了一种CMOS图像传感器的读出电路，所述读出电路包括：模数转换电路，与所述CMOS图像传感器的像素电路耦接，适于对所述像素电路输出信号进行量化，得到对应的数字信号；转换增益控制电路，与所述像素电路耦接，适于当所述像素电路输出的信号为图像信号时，基于所述像素电路输出信号的摆幅，产生相应的像素电路控制信号，以控制所述像素电路的转换增益。可选地，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述转换增益控制电路，适于在所述像素电路输出信号的摆幅超出所述读出电路的量化范围时，通过所述像素电路控制信号，减小所述像素电路的转换增益，在所述像素电路输出信号的摆幅位于所述读出电路的量化范围内时，通过所述像素电路控制信号，保持所述像素电路当前的大转换增益。可选地，所述转换增益控制电路，还适于当所述像素电路输出的信号为复位信号时，将第一开关信号输出端输出的第一开关控制信号作为所述像素电路控制信号。可选地，所述转换增益控制电路，包括：第一比较器，与所述像素电路耦接，适于判断所述像素电路输出信号的摆幅是否超出所述读出电路的量化范围，并输出比较结果信号；第一控制信号产生电路，包括第一控制端及第二控制端，所述第一控制端与所述第一比较器耦接，所述第二控制端与所述第一开关信号输出端耦接；所述第一控制信号产生电路，适于当所述像素电路输出信号为图像信号时，将所述比较结果信号作为所述像素电路控制信号，当所述像素电路输出信号为复位信号时，将所述第一开关控制信号作为像素电路控制信号。可选地，当所述像素电路输出信号为复位信号时，所述像素电路控制信号先控制所述像素电路的转换增益减小，再控制所述像素电路的转换增益增大。可选地，所述第一控制信号产生电路，包括：第一选择器，与所述第一控制端及第二控制端耦接，适于当所述像素电路输出信号为图像信号时，选择所述第一控制端输入的所述比较结果信号并输出，当所述像素电路输出信号为复位信号时，选择所述第二控制端输入的所述第一开关控制信号并输出；锁存器，与所述第一选择器的输出端耦接，适于锁存所述第一选择器输出的所述比较结果信号；第二选择器，与所述锁存器耦接，适于当所述像素电路输出信号为图像信号时，选择所述锁存器中锁存的比较结果信号并输出，当所述像素电路输出信号为复位信号时，选择所述第一开关控制信号并输出。可选地，所述第一控制信号产生电路，还包括：驱动器，适于提高所述第二选择器输出信号的驱动能力。可选地，所述模数转换电路，包括：第二比较电路，第一输入端与所述像素电路耦接，第二输入端与基准电压输入端耦接，适于判断所述像素电路输出信号的摆幅是否超出与所述读出电路的量化范围，并输出比较结果信号，以及对所述像素电路输出信号进行量化；第二计数器，与所述第二比较电路耦接，适于对所述模数转换电路的量化时长进行计时，并存储量化结果。可选地，所述模数转换电路，还包括：第二放大器，适于耦接于所述像素电路与所述第二比较电路之间，适于对所述像素电路输出信号的幅度进行放大并输出至所述第二比较电路的负向输入端。可选地，所述转换增益控制电路，包括：第二控制信号产生电路，包括第一控制端及第二控制端，所述第一控制端与所述第二比较电路耦接，所述第二控制端与所述第一开关信号输出端耦接；所述第二控制信号产生电路，适于当所述像素电路输出信号为图像信号时，将所述比较结果信号作为所述像素电路控制信号，当所述像素电路输出信号为复位信号时，将所述第一开关控制信号作为像素电路控制信号。可选地，所述第二控制信号产生电路，包括：第一选择器，与所述第一控制端及第二控制端耦接，适于当所述像素电路输出信号为图像信号时，选择所述第一控制端输入的所述比较结果信号并输出，当所述像素电路输出信号为复位信号时，选择所述第二控制端输入的所述第一开关控制信号并输出；锁存器，与所述第一选择器的输出端耦接，适于锁存所述第一选择器输出的所述比较结果信号；第二选择器，与所述锁存器耦接，适于当所述像素电路输出信号为图像信号时，选择所述锁存器中锁存的比较结果信号并输出，当所述像素电路输出信号为复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，包括：光电转换电路，适于接收光信号，并将所接收到的光信号转换为电流信号；电流电压转换电路，与所述光电转换电路耦接，适于将所述光电转换电路输出的电流信号转换为电压信号；行选通电路，与所述电流电压转换电路及读出电路耦接，适于接收行选通信号，以将所述电流电压转换电路输出的电压信号输入至所述读出电路；转换增益调整电路，与所述电流电压转换电路及所述读出电路耦接，适于接收像素电路控制信号，并在所述像素电路控制信号的控制下，调整所述像素电路的转换增益，其中，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述像素电路控制信号与所述像素电路输出信号的摆幅相关。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，包括：光电转换电路，适于接收光信号，并将所接收到的光信号转换为电流信号；电流电压转换电路，与所述光电转换电路耦接，适于将所述光电转换电路输出的电流信号转换为电压信号；行选通电路，与所述电流电压转换电路及读出电路耦接，适于接收行选通信号，以将所述电流电压转换电路输出的电压信号输入至所述读出电路；转换增益调整电路，与所述电流电压转换电路及所述读出电路耦接，适于接收像素电路控制信号，并在所述像素电路控制信号的控制下，调整所述像素电路的转换增益，其中，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述像素电路控制信号与所述像素电路输出信号的摆幅相关。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述像素电路控制信号，适于在所述像素电路输出信号的摆幅超出与所述像素电路耦接的读出电路的量化范围时，减小所述像素电路的转换增益，在所述像素电路输出信号的摆幅位于所述像素电路耦接的读出电路的量化范围内时，保持所述像素电路当前的大转换增益。3.如权利要求1或2所述的CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，所述转换增益调整电路，适于在所述像素电路控制信号的控制下，通过调整接入所述电流电压转换电路输出端的电容值，调整所述像素电路的转换增益。4.如权利要求3所述的CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，所述转换增益调整电路，包括：第一开关及第一电容；其中：所述第一开关，第一端与所述电流电压转换电路的输出端耦接，第二端经所述第一电容接地，控制端与所述读出电路耦接。5.如权利要求4所述的CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，所述第一开关为NMOS管，所述NMOS管的第一端为漏极端，第二端为源极端，控制端为栅极端。6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的像素电路，其特征在于，还包括：源极跟随电路，耦接于所述电流电压转换电路与所述行选通电路之间，适于跟随所述电流电压转换电路输出的信号并进行放大。7.一种CMOS图像传感器的读出电路，其特征在于，包括：模数转换电路，与所述CMOS图像传感器的像素电路耦接，适于对所述像素电路输出信号进行量化，得到对应的数字信号；转换增益控制电路，与所述像素电路耦接，适于当所述像素电路输出的信号为图像信号时，基于所述像素电路输出信号的摆幅，产生相应的像素电路控制信号，以控制所述像素电路的转换增益。8.如权利要求7所述的CMOS图像传感器的读出电路，其特征在于，当所述像素电路输出的信号为图像信号时，所述转换增益控制电路，适于在所述像素电路输出信号的摆幅超出所述读出电路的量化范围时，通过所述像素电路控制信号，减小所述像素电路的转换增益，在所述像素电路输出信号的摆幅位于所述读出电路的量化范围内时，通过所述像素电路控制信号，保持所述像素电路当前的大转换增益。9.如权利要求7或8所述的CMOS图像传感器的读出电路，其特征在于，所述转换增益控制电路，还适于当所述像素电路输出的信号为复位信号时，将第一开关信号输出端输出的第一开关控制信号作为所述像素电路控制信号。10.如权利要求9所述的CMOS图像传感器的读出电路，其特征在于，所述转换增益控制电路，包括：第一比较器，与所述像素电路耦接，适于判断所述像素电路输出信号的摆幅是否超出所述读出电路的量化范围，并输出比较结果信号；第一控制信号产生电路，包括第一控制端及第二控制端，所述第一控制端与所述第一比较器耦接，所述第二控制端与所述第一开关信号输出端耦接；所述第一控制信号产生电路，适于当所述像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，韩磊，
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