图像传感器读出电路、图像传感器及其工作方法技术

一种图像传感器读出电路、图像传感器及其工作方法，属于传感器领域，开关选择电路与图像传感器的像素电路连接，在第一状态下，将斜坡电压接入至第一节点，将像素电路在高转换增益下输出的复位信号和图像信号依次接入至第二节点；并在第二状态下，将斜坡电压和像素电路在低转换增益下输出的复位信号或图像信号的耦合信号接入至第一节点，同时将基准电压接入至第二节点；模数转换电路对高增益复位信号和高增益图像信号分别进行量化以得到高增益下的有效图像信号量化值，并对低增益复位信号和低增益图像信号分别进行量化以得到低增益下的有效图像信号量化值；在实现图像传感器的高动态范围的同时，降低了成本且减小了体积。降低了成本且减小了体积。降低了成本且减小了体积。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器读出电路、图像传感器及其工作方法


[0001]本申请属于传感器领域，尤其涉及一种图像传感器读出电路、图像传感器及其工作方法。

技术介绍

[0002]动态范围是图像传感器成像质量的关键因素，动态范围大可输出更宽光强范围内的场景图像信息，呈现更丰富的图像细节。通常情况下图像传感器输出的动态范围大约为60dB至70dB，在一般自然环境应用中为了同时捕获高光及阴影部分的图像信息所需要的动态范围约为100db。在图像传感器设计中，提高动态范围的方式有几种实现方式，例如进一步提高像素电路的满阱电荷容量，可获得更大的动态范围；或者采用读取多帧图像进行多帧合成的方式来实现图像传感器高动态范围。
[0003]双转换增益(Dual Conversion Gain，DCG)应用于图像传感器像素电路，在低照度条件下以较小的积分电容提高转换增益，以提高灵敏度；在高照度条件下以较大的积分电容提升存储电荷，降低转换增益以提高动态范围。相关的图像传感器读出电路通过控制电路根据控制以顺序读取所述像素阵列输出的低转换增益的复位信号、高转换增益的复位信号、高转换增益的图像信号以及低转换增益的图像信号；读出电路包括选择开关，低转换增益模数转换电路和高转换增益模数转换电路，低转换增益模数转换电路用于量化所述像素阵列在低转换增益下输出的复位信号和图像信号；高转换增益模数转换电路用于量化所述像素阵列在高转换增益下输出的复位信号和图像信号。故需要两个模数转换电路分别处理低转换增益下输出的信号和高转换增益下输出的信号，成本较高且体积较大。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种图像传感器读出电路、图像传感器及其工作方法，旨在解决相关的图像传感器读出电路存在的成本较高且体积较大的缺陷。
[0005]本申请实施例提供了一种图像传感器读出电路，包括：
[0006]开关选择电路，与所述图像传感器的像素电路连接，所述像素电路配置为依次输出高增益复位信号，高增益图像信号，低增益图像信号以及低增益复位信号；所述开关选择电路配置为在第一状态下，将斜坡电压接入至第一节点，将所述像素电路在高转换增益下输出的复位信号和图像信号依次接入至第二节点；所述开关选择电路还配置为在第二状态下，将所述斜坡电压和所述像素电路在低转换增益下输出的复位信号或图像信号的耦合信号接入至所述第一节点，同时将基准电压接入至所述第二节点；
[0007]模数转换电路，与所述第一节点和所述第二节点连接，配置为对所述高增益复位信号和高增益图像信号分别进行量化以得到高增益下的有效图像信号量化值，并对所述低增益复位信号和低增益图像信号分别进行量化以得到低增益下的有效图像信号量化值。
[0008]本申请实施例还提供了一种图像传感器，包括：
[0009]像素电路，配置为依次输出高增益复位信号，高增益图像信号，低增益图像信号以
及低增益复位信号；以及
[0010]如上述图像传感器的读出电路。
[0011]本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述的图像传感器。
[0012]本申请实施例还提供了图像传感器读出电路的工作方法，包括：
[0013]输入第一开关控制信号，以使开关选择电路将斜坡电压接入至第一节点，将所述像素电路高增益下依次输出的所述高增益复位信号和高增益图像信号接入至第二节点，并使模数转换电路分别对所述高增益复位信号和所述高增益图像信号进行量化以得到高增益下有效图像信号量化值；
[0014]输入第二开关控制信号，以使所述开关选择电路将所述斜坡电压以及所述像素电路低增益下依次输出的所述低增益图像信号和低增益复位信号接入至所述第一节点，将基准电压接入至所述第二节点；并使所述模数转换电路分别对所述低增益图像信号和所述低增益复位信号进行量化以得到低增益下有效图像信号量化值。
[0015]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于对低增益图像信号和高增益图像信号通过开关选择电路以不同的方式连接模数转换电路以进行量化处理，实现了单个模数转换电路量化双转换增益模式，在实现图像传感器的高动态范围的同时，降低了成本且减小了体积。由于不需要对像素电路的输出进行采样保持以提高电路的KT/C噪声，电路的噪声水平会更低，进一步提高图像传感器性能。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术专利技术，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本申请一实施例提供的图像传感器读出电路的一种结构示意图；
[0018]图2为本申请一实施例提供的图像传感器读出电路中模数转换电路的另一种结构示意图；
[0019]图3为本申请一实施例提供的图像传感器读出电路的一种示例电路结构图；
[0020]图4是图3所示图像传感器读出电路的时序图。
具体实施方式
[0021]为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0022]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0023]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有
特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0024]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0025]图1示出了本申请实施例一提供的图像传感器读出电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
[0026]上述图像传感器读出电路具有两种状态。
[0027]上述图像传感器读出电路包括开关选择电路12以及模数转换电路13。
[0028]像素电路11，配置为依次输出高增益图像信号和低增益图像信号。
[0029]开关选择电路12，与图像传感器的像素电路11连接，像素电路11配置为依次输出高增益复位信号，高增益图像信号，低增益图像信号以及低增益复位信号；开关选择电路12配置为在第一状态下，将斜坡电压接入至第一节点，将像素电路11在高转换增益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器读出电路，其特征在于，具有两种状态，所述图像传感器读出电路包括：开关选择电路，与所述图像传感器的像素电路连接，所述像素电路配置为依次输出高增益复位信号，高增益图像信号，低增益图像信号以及低增益复位信号；所述开关选择电路配置为在第一状态下，将斜坡电压接入至第一节点，将所述像素电路在高转换增益下输出的复位信号和图像信号依次接入至第二节点；所述开关选择电路还配置为在第二状态下，将所述斜坡电压和所述像素电路在低转换增益下输出的复位信号或图像信号的耦合信号接入至所述第一节点，同时将基准电压接入至所述第二节点；模数转换电路，与所述第一节点和所述第二节点连接，配置为对所述高增益复位信号和高增益图像信号分别进行量化以得到高增益下的有效图像信号量化值，并对所述低增益复位信号和低增益图像信号分别进行量化以得到低增益下的有效图像信号量化值。2.如权利要求1所述的图像传感器读出电路，其特征在于，所述模数转换电路包括依次连接的比较电路、计数器和存储器；所述比较电路包括一个比较器，所述比较器的同相输入端与所述第一节点连接，所述比较器的反相输入端与所述第二节点连接。3.如权利要求2所述的图像传感器读出电路，其特征在于，当所述模数转换电路对所述高增益复位信号进行量化时，所述比较电路配置为对所述斜坡电压和所述高增益复位信号进行比较，并输出第一比较信号；所述计数器配置为当接收到所述第一比较信号时进行向下计数，且当所述第一比较信号的状态翻转时，记录第一计数结果；当所述模数转换电路对所述高增益图像信号进行量化时，所述比较电路配置为对所述斜坡电压和所述高增益图像信号进行比较，并输出第二比较信号；所述计数器配置为当接收到所述第二比较信号时从所述第一计数结果开始进行向上计数，且当所述第二比较信号的状态翻转时，输出第二计数结果，所述第二计数结果为高增益图像信号和高增益复位信号量化结果的差值；所述存储器配置为对所述第二计数结果进行存储，并将所述第二计数结果作为所述高增益下的有效图像信号量化值；当所述模数转换电路对所述低增益图像信号进行量化时，所述比较电路配置为对第一复合信号和所述基准信号进行比较，并输出第三比较信号；所述计数器配置为当接收到所述第三比较信号时进行向下计数，且当所述第三比较信号的状态翻转时，记录第三计数结果；其中，所述第一复合信号为所述斜坡电压和所述低增益图像信号的耦合信号；当所述模数转换电路对所述低增益复位信号进行量化时，所述比较电路配置为对第二复合信号和所述基准信号进行比较，并输出第四比较信号；所述计数器配置为当接收到所述第四比较信号时从所述第三计数结果开始进行向上计数，且当所述第四比较信号的状态翻转时，输出第四计数结果，所述第四计数结果为低增益图像信号和低增益复位信号量化结果的差值；所述存储器配置为对所述第四计数结果进行存储，并将所述第四计数结果作为所述低增益下的有效图像信号量化值；其中，所述第二复合信号为所述斜坡电压和所述低增益复位信号的耦合信号。4.如权利要求2所述的图像传感器读出电路，其特征在于，所述比较电路包括所述比较器、第一清零开关以及第二清零开关；所述比较器的正相输入端和所述第一清零开关的第一端共接于所述第一节点，所述比
较器的反相输入端和所述第二清零开关的第一端共接于所述第二节点，所述比较器的第一正相输出端与所述第一清零开关的第二端连接，所述比较器的第一反相输出端与所述第二清零开关的第二端连接，所述比较器的输出端作为所述比较电路的输出端。5.如权利要求1所述的图像传感器读出电路，其特征在于，所述开关选择电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一高增益开关、第一低增益开关以及第二低增益开关；所述第一高增益开关的第一端和所述第一低增益开关的第一端共同作为所述开关选择电路的高增益图像信号输入端、所述开关选择电路的高增益复位信号输入端、所述开关选择电路的低增益图像信号输入端以及所述开关选择电路的低增益复位信号输入端，所述第一低增益开关的第二端与所述第三电容的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文龙，侯金剑，莫要武，任冠京，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：