申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2022-12-12

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN115914872B

主分类号：H04N25/78

分类号：H04N25/78;H04N25/57;H04N25/616;H04N25/65

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.04.21#实质审查的生效;2023.04.04#公开

摘要：本发明提出一种实现像素内CDS的具有高动态范围的CTIA读出电路，属于图像传感器读出电路技术领域。本发明提出的读出电路可以单独操作，根据不同的光源强度结合自选电容技术能够选择合适的积分电容，扩大其动态范围。在光信号较弱的情况下，使用小电容作为积分电容，同时将未使用的大电容作为带宽限制电容，能够有效降低电路噪声。在光信号较强的情况下，使用大电容和小电容并联作为积分电容，能够扩大探测光电流的范围。为了兼容ITR和IWR两种工作模式，本发明在传统的CDS结构中增加一路采样保持电路，能够使得每一帧的周期近似等于信号读出的时间，读出速率大大加快。

主权项：1.一种实现像素内CDS的具有高动态范围的CTIA读出电路，其特征在于，该读出电路包括CTIA电路、CDS电路、电路清零开关SCLR、晶体管SF和行选择晶体管SEL；所述CTIA电路包括探测器PPD、运算放大器AMP、复位开关Srst、用作积分的小电容Clg、可选作为限制带宽或积分的大电容Chg、自选增益逻辑电路、积分电容选择开关SC2和SC3、以及预积分控制开关SC1、SC4和SC5；其中，探测器PPD的阳极接地，阴极连接开关SC1的第一端子；开关SC1的第二端子连接运算放大器AMP的反相输入端、电容Clg的上极板、开关SC2的第一端子和复位开关Srst的第一端子；电容Clg的下极板连接开关SC4的第一端子和开关SC5的第一端子；开关SC4的第二端子连接参考电压Vref；开关SC2的第二端子连接电容Chg的上极板和开关SC3的第一端子；开关SC3的第二端子接地；运算放大器AMP的同相输入端连接参考电压Vcom；运算放大器AMP的输出端连接自选增益逻辑电路的输入端、开关SC5的第二端子、电容Chg的下极板和复位开关Srst的第二端子，并作为CTIA电路的输出端，连接到CDS电路；所述CDS电路包括三个采样开关SH1、SH2和SH3，三个采样保持电容C1、C2和C3，以及三个读出开关SR1、SR2和SR3；其中，CTIA电路的输出端连接开关SH1的第一端子、开关SH2的第一端子和开关SH3的第一端子；开关SH3的第二端子连接电容C3的上极板和开关SR3的第一端子；电容C3的下极板接地；开关SH2的第二端子连接电容C2的上极板和开关SR2的第一端子；电容C2的下极板接地；开关SH1的第二端子连接电容C1的上极板和开关SR1的第一端子；电容C1的下极板接地；开关SR1、开关SR2和开关SR3的第二端子连接到一起，并作为CDS电路的输出端；所述电路清零开关SCLR第一端子与参考电压Vcom相连，第二端子与晶体管SF的栅极相连；所述晶体管SF的漏极与电源电压VDD相连，源极与行选择晶体管SEL的漏极相连；所述行选择晶体管SEL的源极作为输出；所述CTIA电路中，复位开关Srst由外部输入信号RST控制；开关SC1和SC5由外部输入信号INT控制；开关SC4由外部输入信号控制；开关SC2和SC3由自选增益逻辑电路输出的一对相反信号HG和控制；CTIA电路实现自选电容积分的工作过程包括三个阶段：第一阶段为预积分阶段，外部输入信号RST和为低，INT为高，自选增益逻辑电路的输出信号HG为低，为高；开关SC1、SC5闭合，开关Srst、SC2、SC3和SC4断开，将探测器PPD产生的光电流预积分到电容Clg两端，得到预积分电压ΔV；第二阶段为比较阶段，外部输入信号RST和INT为低，为高，开关SC4闭合，开关Srst、SC1、SC2、SC3和SC5断开，运算放大器AMP充当比较器的功能，运算放大器AMP反向输入端电压为Vref减去预积分电压ΔV，其值与正向输入端参考电压Vcom比较，在经过自选增益逻辑电路处理后，得到比较阶段的输出信号HG和第三阶段为主积分阶段，根据HG和的电平，选择对应的工作模式，对信号电流进行积分：若VcomVref-ΔV，则电路进入带宽限制模式，外部输入信号RST和为低，INT为高，自选增益逻辑电路的输出信号HG为低，为高；开关SC1、SC3和SC5闭合，开关Srst、SC2和SC4断开，电容Chg作为限带电容接入电路，此时电路中实际的积分电容为电容Clg；若VcomVref-ΔV，则电路进入电容积分模式，外部输入信号RST和为低，INT为高，自选增益逻辑电路的输出信号HG为高，为低；开关SC1、SC2和SC5闭合，开关Srst、SC3和SC4断开，电容Chg将连接到积分电路中，整体积分电容变为Chg+Clg。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连理工大学 实现像素内CDS的具有高动态范围的CTIA读出电路

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