CN108200363B - 降噪方法、降噪装置和光检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降噪方法、降噪装置和光检测系统。降噪方法包括:设定单元设定选通关态电压;设定单元设定测试用选通开态电压;信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。本发明所述的降噪方法、降噪装置和光检测系统能够选定时钟控制信号的较佳的开态电压和关态电压,以达到光检测输出信噪比最佳化的结果。
Description
技术领域
本发明涉及光检测技术领域,尤其涉及一种降噪方法、降噪装置和光检测系统。
背景技术
现有的APS(Active Pixel Senor,主动式像素检测)电路,而APS电路的跟随可以有效的阻隔其他电路或像素对自身影响,其中利用了需要时钟控制信号去进行重置与选通的开关器件,由于工艺mobility(迁移率)不足,因此会需要利用比较大的开态电压对以上开关器件进行开启,而时钟控制信号的较大的开态电压与关态之间的电压差值便会影响光检测输出的结果且增加额外的噪声。时钟控制信号在开启或关闭相应的开关器件时会造成额外的信号到光检测电路的输出电压中,并且时钟控制信号的开态电压与关态之间的电压差值和输出噪声之间并没有规律,加上屏集成APS电路的器件数目限制,无法利用其他方法消除以上噪声。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种降噪方法、降噪装置和光检测系统,解决现有的光检测电路由于时钟控制信号而产生噪声的问题。
为了达到上述目的,本发明提供了一种降噪方法,应用于光检测电路,所述光检测电路包括的选通单元的控制端与选通控制端连接,所述选通单元的第一端与输出节点连接,所述选通单元的第二端与跟随节点连接;所述光检测电路包括的光电检测单元用于对所述输出节点的电压进行放大,并检测放大后的所述输出节点的电压;所述降噪方法包括:
设定单元设定选通关态电压Vg1,以使得当所述选通控制端上的选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接;
所述设定单元设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开;所述测试用选通开态电压的个数为至少两个;
信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;
选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;
所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
实施时,所述设定单元设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开步骤具体包括至少两个测试用选通开态电压设定步骤;
一所述测试用选通开态电压设定步骤包括:
起始选通设定步骤:所述设定单元设定起始选通开态电压和第一循环次数;起始选通时钟电压差V0等于所述起始选通开态电压与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值;所述第一循环次数为大于1的整数;
选通设置步骤:所述设定单元将选通时钟电压差设置为0.5V0,此时所述选通开态电压等于0.5V0+Vg1;第一计数单元设定第一计数值为1;
选通结果得到步骤:所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元是否能够控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
选通时钟电压差设置步骤:当所述判断结果为所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开时,所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.25V0;当所述判断结果为所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开时,所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.75V0;第一计数单元控制第一计数值加1;
选通流转步骤:当所述第一计数值不等于所述第一循环次数时转至所述选通结果得到步骤;
测试用选通开态电压设定步骤:当所述第一计数值等于所述第一循环次数时,所述设定单元将当前的选通时钟电压差与所述选通关态电压Vg1的和值设定为所述测试用选通开态电压。
实施时,所述选通结果得到步骤包括:
所述设定单元计算当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压与第一起始输出电压之间的电压差值;所述第一起始输出电压为当所述选通控制信号的电位为起始选通开态电压时所述光电检测单元检测得到的输出电压;
当该电压差值在第一预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
当该电压差值不在第一预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
实施时,所述光电检测单元包括运算放大模块和输出检测模块;所述运算放大模块的输入端与所述输出节点连接,所述运算放大模块的输出端与所述输出检测模块连接;所述输出检测模块用于检测所述输出端输出的所述输出电压;所述选通结果得到步骤还包括:
所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的所述输出电压,判断输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压是否小于所述运算放大模块的最小输入电压;
当所述设定单元判断到输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压小于所述运算放大模块的最小输入电压时,所述设定单元得到所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
当所述设定单元判断到输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压大于或等于所述运算放大模块的最小输入电压时,所述设定单元得到所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
实施时,所述光检测电路包括的重置单元的控制端与重置控制端连接,所述重置单元的第一端与重置电压端连接,所述重置单元的第二端与光电节点连接;所述降噪方法在所述选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压步骤之后还包括:
所述设定单元设定重置关态电压Vg2,以使得当所述重置控制端上的重置控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,所述重置单元控制断开所述重置电压端与所述光电节点之间的连接;
所述设定单元设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开;所述测试用重置开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压;
所述测试用重置开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
实施时,所述设定单元设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开步骤具体包括至少两个测试用重置开态电压设定步骤;
一所述测试用重置开态电压设定步骤包括:
起始重置设定步骤:所述设定单元设定起始重置开态电压和第二循环次数;起始重置时钟电压差V1等于所述起始重置开态电压与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值;所述第二循环次数为大于1的整数;
重置设置步骤:所述设定单元将重置时钟电压差设置为0.5V1,此时所述重置开态电压等于0.5V1+Vg2;第二计数单元设定第二计数值为1;
重置结果得到步骤:所述设定单元根据当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元是否能够控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果;
重置时钟电压差设置步骤:当所述判断结果为所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开时,所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.25V1;当所述判断结果为所述重置单元不能控制其包括的重置晶体管完全打开时,所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.75V1;第二计数单元控制第二计数值加1;
重置流转步骤:当所述第二计数值不等于所述第二循环次数时转至所述重置结果得到步骤;
测试用重置开态电压设定步骤:当所述第二计数值等于所述第二循环次数时,所述设定单元将当前的重置时钟电压差与所述重置关态电压Vg2的和值设定为所述测试用重置开态电压。
实施时,所述重置结果得到步骤包括:
所述设定单元计算当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压与第二起始输出电压之间的电压差值;所述第二起始输出电压为当所述重置控制信号的电位为起始重置开态电压时所述光电检测单元检测得到的输出电压;
当该电压差值在第二预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果;
当该电压差值不在第二预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元不能控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果。
本发明还提供了一种降噪装置,应用于光检测电路,所述光检测电路包括的选通单元的控制端与选通控制端连接,所述选通单元的第一端与输出节点连接,所述选通单元的第二端与跟随节点连接;所述光检测电路包括的光电检测单元用于对所述输出节点的电压进行放大,并检测放大后的所述输出节点的电压;所述降噪装置包括设定单元、信噪比检测单元和选择单元;
所述设定单元用于设定选通关态电压Vg1,以使得当所述选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接;所述设定单元还用于设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开;所述测试用选通开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元用于检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元用于选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;
所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
实施时,所述设定单元还用于设定重置关态电压Vg2,以使得当所述控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,所述重置单元控制断开所述重置电压端与所述光电节点之间的连接;所述设定单元还用于设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开;所述测试用重置开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元还用于检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元还用于选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压;
所述测试用重置开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
本发明还提供了一种光检测系统,包括上述的降噪装置。
与现有技术相比,本发明所述的降噪方法、降噪装置和光检测系统能够选定时钟控制信号的较佳的开态电压和关态电压,以达到光检测输出信噪比最佳化的结果。
附图说明
图1是本发明所述的降噪方法应用于的光检测电路的一实施例的结构图;
图2是本发明实施例所述的降噪方法的流程图;
图3是本发明所述的降噪方法包括的一测试用选通开态电压设定步骤的一实施例的流程图;
图4是本发明所述的降噪方法应用于的光检测电路的另一实施例的结构图;
图5是本发明所述的降噪方法包括的一测试用重置开态电压设定步骤的一实施例的流程图;
图6是本发明所述的光检测系统的一具体实施例的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例所述的降噪方法,应用于光检测电路,如图1所示,所述光检测电路包括光电转换单元11、重置单元12、电压跟随单元13、选通单元14和光电检测单元15;所述选通单元14的控制端与选通控制端SEL连接,所述选通单元14的第一端与输出节点A连接,所述选通单元14的第二端与跟随节点B连接;所述光电检测单元15与所述输出节点A连接,用于对所述输出节点A的电压进行放大,并检测放大后的所述输出节点A的电压;在一检测周期包括的光电检测时间段,所述选通控制端SEL上的选通控制信号的电位为选通开态电压;在一检测周期包括的除所述光电检测时间段之外的时间段,所述选通控制信号的电位为选通关态电压;如图2所示,所述降噪方法包括:
S1:设定单元设定选通关态电压Vg1,以使得当所述选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接;
S2:所述设定单元设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开;所述测试用选通开态电压的个数为至少两个;
S3:信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;
S4:选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;
所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
在实际操作时,由于对应于选通控制端SEL上的选通控制信号的选通控制信号的选通开态电压的选择会影响所述光电检测单元15检测得到的电压,因此先选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压,再选择光检测用重置开态电压。
所述光检测用选通开态电压即为在应用所述光检测电路实际检测光信号时,所述选通控制信号在所述光电检测时间段的电位。
在具体实施时,当所述选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接,Vg1的取值根据所述选通单元包括的选通晶体管的类型和型号选定。例如,当所述选通单元14包括的选通晶体管为n型晶体管时,所述选通关态电压Vg1可以为0V,但不以此为限,将Vg1设置为任何能够使得该选通晶体管关断的电压值都可以。
本发明实施例所述的应用于光检测电路的降噪方法先通过设定单元设定选通关态电压Vg1,再通过所述设定单元设定至少两个测试用选通开态电压:信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比,选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压,在所述光检测电路实际工作时,在检测周期包括的光电检测时间段,选通控制信号的电位可以被设定为所述光检测用选通开态电压,此时所述光检测电路包括的光电检测单元检测到的输出电压的信噪比较大,可以利用噪声检测的结果达到信噪比最佳化的结果。
在图1所示的光检测电路的实施例中,所述光电转换单元11可以包括光电二极管,该光电二极管的阴极与光电节点FD连接,所述光电二极管的阳极与光电电压端连接;所述光电电压端输出的光电电压的取值可以根据实际情况选定,仅需能够保证该光电二极管处于反向偏置状态而能够将光信号转换为相应的电信号即可。
如图1所示,所述重置单元12的控制端与重置控制端RST连接,所述重置单元12的第一端与输入重置电压VRST的重置电压端连接,所述重置单元的第二端与光电节点FD连接;
所述电压跟随单元13与所述光电节点FD和所述跟随节点B连接;
在实际操作时,在图1所示的光检测电路的实施例中,所述电压跟随单元13可以包括电压跟随晶体管,所述电压跟随晶体管的栅极与所述光电节点FD连接,所述电压跟随晶体管的第一极与输入高电平的高电平输入端连接,所述电压跟随晶体管的第二极与所述跟随节点B连接。
在具体实施时,如图1所示的光检测电路还可以包括电流检测单元16,所述电流检测单元16的第一端与所述输出节点A连接,所述电流检测单元16的第二端与输入低电平VSS的低电平输入端连接。
在实际操作时,可以采用二分法来选定各测试用选通开态电压,具体选定过程将在下面详细介绍。
具体的,所述设定单元设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开步骤可以具体包括至少两个测试用选通开态电压设定步骤;通过一所述测试用选通开态电压设定步骤设定一个所述测试用选通开态电压,则一共可以设定至少两个所述测试用选通开态电压;
一所述测试用选通开态电压设定步骤包括:
起始选通设定步骤:所述设定单元设定起始选通开态电压和第一循环次数;起始选通时钟电压差V0等于所述起始选通开态电压与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值;所述第一循环次数为大于1的整数;
选通设置步骤:所述设定单元将选通时钟电压差设置为0.5V0,此时所述选通开态电压等于0.5V0+Vg1;第一计数单元设定第一计数值为1;
选通结果得到步骤:所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元是否能够控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
选通时钟电压差设置步骤:当所述判断结果为所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开时,所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.25V0;当所述判断结果为所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开时,所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.75V0;第一计数单元控制第一计数值加1;
选通流转步骤:当所述第一计数值不等于所述第一循环次数时转至所述选通结果得到步骤;
测试用选通开态电压设定步骤:当所述第一计数值等于所述第一循环次数时,所述设定单元将当前的选通时钟电压差与所述选通关态电压Vg1的和值设定为所述测试用选通开态电压。
本发明实施例所述的降噪方法采用二分法来选定测试用选通开态电压,可以自动快速的依据第一循环次数和起始选通开态电压得到相应的测试用选通开态电压。
在实际操作时,所述第一循环次数即为通过二分法选定一测试用选通开态电压的二分法循环次数;在具体实施例时,所述第一循环次数可以根据实际情况选定,所述起始选通开态电压也可以根据实际情况选定。
下面通过一具体实施例来说明所述测试用选通开态电压设定步骤,在该具体实施例中,所述选通单元包括的选通晶体管为n型晶体管,所述选通关态电压Vg1为0V;
如图3所示,所述测试用选通开态电压设定步骤包括:
S31:所述设定单元设定所述起始选通开态电压为20V,并设定所述第一循环次数等于6;起始选通时钟电压差V0等于所述起始选通开态电压与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值,也即在本具体实施例中,V0等于20V;
S32:所述设定单元将选通时钟电压差设置为0.5V0,此时所述选通开态电压等于0.5V0+Vg1;第一计数单元设定第一计数值为1;
S33:所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,判断当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元是否能够控制其包括的选通晶体管完全打开,是则转至S34,否则转至S35;
S34:所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.25V0,第一计数单元控制第一计数值加1,转至S36;
S35:所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.75V0;第一计数单元控制第一计数值加1;
S36:所述设定单元判断所述第一计数值是否等于所述第一循环次数,是则转至S37,否则转至S33;
S37:所述设定单元将当前的选通时钟电压差与所述选通关态电压Vg1的和值设定为所述测试用选通开态电压。
在具体实施时,所述选通结果得到步骤可以包括:
所述设定单元计算当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压与第一起始输出电压之间的电压差值;所述第一起始输出电压为当所述选通控制信号的电位为起始选通开态电压时所述光电检测单元检测得到的输出电压;
当该电压差值在第一预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
当该电压差值不在第一预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
在实际操作时,如若测试用选通开态电压比较小而导致选通单元包括的选通晶体管的开态不完全,该选通晶体管不能完全打开,则会出现光电转换单元11转换得到的电信号不能完全被传送至光电检测单元15,从而导致所述光电检测单元15检测到的输出电压比正常的输出电压小的问题,因此可以根据所述光电检测单元检测得到的输出电压与第一起始输出电压之间的电压差值是否在第一预定电压差值范围内,来得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元是否能够控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
在实际操作时,所述第一预定电压差值范围可以根据实际情况选定。
具体的,如图4所示,所述光电检测单元15可以包括运算放大模块Amp和输出检测模块150;所述运算放大模块Amp的输入端与所述输出节点A连接,所述运算放大模块Amp的输出端与所述输出检测模块150连接;所述运算放大模块Amp用于对所述输出节点A的电压进行放大,得到输出电压Vout,并通过所述输出端输出Vout;所述输出检测模块150用于检测所述运算放大模块Amp的输出端输出的输出电压Vout;
所述选通结果得到步骤还包括:
所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的所述输出电压,判断输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压是否小于所述运算放大模块的最小输入电压;
当所述设定单元判断到输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压小于所述运算放大模块的最小输入电压时,所述设定单元得到所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
当所述设定单元判断到输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压大于或等于所述运算放大模块的最小输入电压时,所述设定单元得到所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
在实际操作时,所述运算放大模块可以为运算放大器,当所述运算放大模块的输入端接入的输入电压大于最小输入电压时,所述运算放大模块则不能正常的将输入电压放大,在具体实施时,当若测试用选通开态电压比较小而导致选通单元包括的选通晶体管的开态不完全,该选通晶体管不能完全打开,会出现输出节点的电压过小而超出所述运算放大模块的工作区间,从而导致所述光电检测单元15检测到的输出电压过小或过大(当所述输出节点的电压小于最小输入电压时,所述运算放大模块通过其输出端输出的电压根据所述运算放大模块的具体型号而定)。
在实际操作时,所述最小输入电压的取值根据所述运算放大模块的具体型号选定。
在具体实施时,如若所述光检测用复用开态电压设定的较小,以使得重置单元包括的重置晶体管的开态不完全,充放电时间不足,导致重置或跟随转换输出不完全,从而会影响光电检测单元15输出的输出电压。因此在本发明实施例所述的降噪方法中,在选定了光检测用选通开态电压后,需要进一步限定光检测用复用开态电压。
具体的,所述重置单元的控制端与重置控制端连接,所述重置单元的第一端与重置电压端连接,所述重置单元的第二端与光电节点连接;
所述降噪方法在所述选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压步骤之后还包括:
所述设定单元设定重置关态电压Vg2,以使得当所述重置控制端上的重置控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,所述重置单元控制断开所述重置电压端与所述光电节点之间的连接;
所述设定单元设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开;所述测试用重置开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压;
所述测试用重置开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
在具体实施时,当所述重置控制端上的重置控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,所述重置单元控制断开所述重置电压端与所述光电节点之间的连接,Vg2的取值根据所述重置单元包括的重置晶体管的类型和型号选定。例如,当所述重置单元包括的重置晶体管为n型晶体管时,所述重置关态电压Vg2可以为0V,但不以此为限,将Vg2设置为任何能够使得该重置晶体管关断的电压值都可以。
在实际操作时,由于在重置时,已经将FD的电位拉升到重置电压VRST,则Vg2不用太低则可达到关态效果;例如,当VRST为10V的话,则Vg2只需等于0V就有-10V的效果,因此可以适度减小第二循环次数。
本发明实施例所述的应用于光检测电路的降噪方法先通过设定单元设定重置关态电压Vg2,再通过所述设定单元设定至少两个测试用重置开态电压:信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比,选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压,在所述光检测电路实际工作时,在检测周期包括的重置时间段,重置控制信号的电位可以被设定为所述光检测用重置开态电压,此时所述光检测电路包括的光电检测单元检测到的输出电压的信噪比较大,可以利用噪声检测的结果达到信噪比最佳化的结果。
在实际操作时,可以采用二分法来选定各测试用重置开态电压,具体选定过程将在下面详细介绍。
具体的,所述设定单元设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开步骤具体包括至少两个测试用重置开态电压设定步骤;通过一所述测试用重置开态电压设定步骤设定一个所述测试用重置开态电压,则一共可以设定至少两个所述测试用重置开态电压;
一所述测试用重置开态电压设定步骤包括:
起始重置设定步骤:所述设定单元设定起始重置开态电压和第二循环次数;起始重置时钟电压差V1等于所述起始重置开态电压与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值;所述第二循环次数为大于1的整数;
重置设置步骤:所述设定单元将重置时钟电压差设置为0.5V1,此时所述重置开态电压等于0.5V1+Vg2;第二计数单元设定第二计数值为1;
重置结果得到步骤:所述设定单元根据当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元是否能够控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果;
重置时钟电压差设置步骤:当所述判断结果为所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开时,所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.25V1;当所述判断结果为所述重置单元不能控制其包括的重置晶体管完全打开时,所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.75V1;第二计数单元控制第二计数值加1;
重置流转步骤:当所述第二计数值不等于所述第二循环次数时,转至所述重置结果得到步骤;
测试用重置开态电压设定步骤:当所述第二计数值等于所述第二循环次数时,所述设定单元将当前的重置时钟电压差与所述重置关态电压Vg2的和值设定为所述测试用重置开态电压。
本发明实施例所述的降噪方法采用二分法来选定测试用重置开态电压,可以自动快速的依据第一循环次数和起始重置开态电压得到相应的测试用重置开态电压。
在实际操作时,所述第一循环次数即为通过二分法选定一测试用重置开态电压的二分法循环次数;在具体实施例时,所述第一循环次数可以根据实际情况选定,所述起始重置开态电压也可以根据实际情况选定。
下面通过一具体实施例来说明所述测试用重置开态电压设定步骤,在该具体实施例中,所述重置单元包括的重置晶体管为n型晶体管,所述重置关态电压Vg2为0V;
如图5所示,一所述测试用重置开态电压设定步骤可以包括:
S51:所述设定单元设定起始重置开态电压为25V,所述设定单元设定第二循环次数等于4;起始重置时钟电压差V1等于所述起始重置开态电压与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值;也即,在本实施例中,V1等于25V;
S52:所述设定单元将重置时钟电压差设置为0.5V1,此时所述重置开态电压等于0.5V1+Vg2;第二计数单元设定第二计数值为1;
S53:所述设定单元根据当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,判断当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元是否能够控制其包括的重置晶体管完全打开,是则转至S54,否则转至S55;
S54:所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.25V1,第二计数单元控制第二计数值加1,转至S56;
S55:所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.75V0;第二计数单元控制第二计数值加1;
S56:判断所述第二计数值是否等于所述第二循环次数,是则转至S57,否则转至S53;
S57:所述设定单元将当前的重置时钟电压差与所述重置关态电压Vg2的和值设定为所述测试用重置开态电压。
在具体实施时,所述重置结果得到步骤可以包括:
所述设定单元计算当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压与第二起始输出电压之间的电压差值;所述第二起始输出电压为当所述重置控制信号的电位为起始重置开态电压时所述光电检测单元检测得到的输出电压;
当该电压差值在第二预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果;
当该电压差值不在第二预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元不能控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果。
在实际操作时,如若测试用重置开态电压比较小而导致重置单元包括的重置晶体管的开态不完全,该重置晶体管不能完全打开,充放电时间不足,会出现光电节点重置或跟随转换输出不完全的问题,从而导致所述光电检测单元15检测到的输出电压比正常的输出电压小的问题,因此可以根据所述光电检测单元检测得到的输出电压与第二起始输出电压之间的电压差值是否大于第二预定电压差值范围,来得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元是否能够控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果。
在实际操作时,所述第二预定电压差值范围可以根据实际情况选定。
本发明实施例所述的降噪装置,应用于光检测电路,所述光检测电路包括的选通单元的控制端与选通控制端连接,所述选通单元的第一端与输出节点连接,所述选通单元的第二端与跟随节点连接;所述光检测电路包括的光电检测单元用于对所述输出节点的电压进行放大,并检测放大后的所述输出节点的电压;所述降噪装置包括设定单元、信噪比检测单元和选择单元;
所述设定单元用于设定选通关态电压Vg1,以使得当所述选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接;所述设定单元还用于设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开;所述测试用选通开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元用于检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元用于选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;
所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
本发明实施例所述的应用于光检测电路的降噪装置先通过设定单元设定选通关态电压Vg1,再通过所述设定单元设定至少两个测试用选通开态电压:信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比,选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压,在所述光检测电路实际工作时,在检测周期包括的光电检测时间段,选通控制信号的电位可以被设定为所述光检测用选通开态电压,此时所述光检测电路包括的光电检测单元检测到的输出电压的信噪比较大,可以利用噪声检测的结果达到信噪比最佳化的结果
具体的,所述设定单元还用于设定重置关态电压Vg2,以使得当所述控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,所述重置单元控制断开所述重置电压端与所述光电节点之间的连接;所述设定单元还用于设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开;所述测试用重置开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元还用于检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元还用于选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压;
所述测试用重置开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
本发明实施例所述的应用于光检测电路的降噪装置先通过设定单元设定重置关态电压Vg2,再通过所述设定单元设定至少两个测试用重置开态电压:信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比,选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压,在所述光检测电路实际工作时,在检测周期包括的重置时间段,重置控制信号的电位可以被设定为所述光检测用重置开态电压,此时所述光检测电路包括的光电检测单元检测到的输出电压的信噪比较大,可以利用噪声检测的结果达到信噪比最佳化的结果。
在实际操作时,所述设定单元、所述信噪比检测单元和所述选择单元可以设置于主控模组中,设置于所述主控模组中的信噪比检测单元将所述光电检测模块的输出电压进行模数准换及计算,得到相应的信噪比。
本发明实施例所述的光检测系统可以包括上述的降噪装置。
如图6所示,本发明所述的光检测系统的一具体实施例包括上述的降噪装置60和光检测电路;
该光检测电路包括光电转换单元、重置单元、电压跟随单元、选通单元、光电检测单元和电流检测单元;
所述光电转换单元包括光电二极管PD;所述光电二极管PD的阳极接入光电电压VR,所述光电二极管PD的阴极与光电节点FD连接;
所述重置单元包括:重置晶体管MR;MR的栅极与重置控制端RST连接,MR的第一极接入重置电压VRST,MR的第二极与FD连接;
所述电压跟随单元包括:电压跟随晶体管MSF;MSF的栅极与FD连接,MSF的第一极接入高电平VDD,MSF的第二极与跟随节点B连接;
所述选通单元包括:选通晶体管MSEL;MSEL的栅极与选通控制端SEL连接,MSEL的第一极与所述跟随节点B连接,MSEL的第二极与输出节点A连接;
所述电流检测单元包括:电流检测器IS;IS的第一端与输出节点A连接,IS的第二端接入低电平VSS;
所述光电检测单元包括:运算放大模块Amp和输出检测模块150;
Amp的输入端与输出节点A连接,Amp的输出端与所述输出检测模块150连接;
运算放大模块Amp用于对所述输出节点A的电压进行方法,得到输出电压Vout,并通过输出端输出Vout;
所述输出检测模块150用于检测所述输出电压Vout;
所述降噪装置60与所述输出检测模块150连接,用于选定光检测用选通开态电压、光检测用选通关态电压、光检测用重置开态电压和光检测用重置关态电压,从而生成相应的实际光检测时的选通控制信号(图6中未示出)和重置控制信号(图6中未示出),并将该选通控制信号传送至SEL,将该重置控制信号传送至RST。
在图6所示的具体实施例中,各晶体管都为n型晶体管,但是在实际操作时,如上晶体管也可以被替换为p型晶体管,在此对晶体管的类型不作限定。为了区别晶体管的除了栅极之外的两极,将其中一极称为第一极,将其中另一极称为第二极;第一极为源极,第二极为漏极;或者,第一极为漏极,第二极为源极。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种降噪方法,应用于光检测电路,所述光检测电路包括的选通单元的控制端与选通控制端连接,所述选通单元的第一端与输出节点连接,所述选通单元的第二端与跟随节点连接;所述光检测电路包括的光电检测单元用于对所述输出节点的电压进行放大,并检测放大后的所述输出节点的电压;其特征在于,所述降噪方法包括:
设定单元设定选通关态电压Vg1,以使得当所述选通控制端上的选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接;
所述设定单元设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开;所述测试用选通开态电压的个数为至少两个;
信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;
选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;
所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
2.如权利要求1所述的降噪方法,其特征在于,所述设定单元设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开步骤具体包括至少两个测试用选通开态电压设定步骤;
一所述测试用选通开态电压设定步骤包括:
起始选通设定步骤:所述设定单元设定起始选通开态电压和第一循环次数;起始选通时钟电压差V0等于所述起始选通开态电压与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值;所述第一循环次数为大于1的整数;
选通设置步骤:所述设定单元将选通时钟电压差设置为0.5V0,此时所述选通开态电压等于0.5V0+Vg1;第一计数单元设定第一计数值为1;
选通结果得到步骤:所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元是否能够控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
选通时钟电压差设置步骤:当所述判断结果为所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开时,所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.25V0;当所述判断结果为所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开时,所述设定单元将所述选通时钟电压差设置为0.75V0;第一计数单元控制第一计数值加1;
选通流转步骤:当所述第一计数值不等于所述第一循环次数时转至所述选通结果得到步骤;
测试用选通开态电压设定步骤:当所述第一计数值等于所述第一循环次数时,所述设定单元将当前的选通时钟电压差与所述选通关态电压Vg1的和值设定为所述测试用选通开态电压。
3.如权利要求2所述的降噪方法,其特征在于,所述选通结果得到步骤包括:
所述设定单元计算当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压与第一起始输出电压之间的电压差值;所述第一起始输出电压为当所述选通控制信号的电位为起始选通开态电压时所述光电检测单元检测得到的输出电压;
当该电压差值在第一预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
当该电压差值不在第一预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
4.如权利要求3所述的降噪方法,其特征在于,所述光电检测单元包括运算放大模块和输出检测模块;所述运算放大模块的输入端与所述输出节点连接,所述运算放大模块的输出端与所述输出检测模块连接;所述输出检测模块用于检测所述输出端输出的所述输出电压;所述选通结果得到步骤还包括:
所述设定单元根据当所述选通控制信号的电位与所述选通关态电压Vg1之间的电压差值为所述选通时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的所述输出电压,判断输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压是否小于所述运算放大模块的最小输入电压;
当所述设定单元判断到输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压小于所述运算放大模块的最小输入电压时,所述设定单元得到所述选通单元不能控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果;
当所述设定单元判断到输入至所述运算放大模块的所述输出节点的电压大于或等于所述运算放大模块的最小输入电压时,所述设定单元得到所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开的判断结果。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的降噪方法,其特征在于,所述光检测电路包括的重置单元的控制端与重置控制端连接,所述重置单元的第一端与重置电压端连接,所述重置单元的第二端与光电节点连接;所述降噪方法在所述选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压步骤之后还包括:
所述设定单元设定重置关态电压Vg2,以使得当所述重置控制端上的重置控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,所述重置单元控制断开所述重置电压端与所述光电节点之间的连接;
所述设定单元设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开;所述测试用重置开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压;
所述测试用重置开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
6.如权利要求5所述的降噪方法,其特征在于,所述设定单元设定测试用重置开态电压,以使得当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开步骤具体包括至少两个测试用重置开态电压设定步骤;
一所述测试用重置开态电压设定步骤包括:
起始重置设定步骤:所述设定单元设定起始重置开态电压和第二循环次数;起始重置时钟电压差V1等于所述起始重置开态电压与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值;所述第二循环次数为大于1的整数;
重置设置步骤:所述设定单元将重置时钟电压差设置为0.5V1,此时所述重置开态电压等于0.5V1+Vg2;第二计数单元设定第二计数值为1;
重置结果得到步骤:所述设定单元根据当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压,得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元是否能够控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果;
重置时钟电压差设置步骤:当所述判断结果为所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开时,所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.25V1;当所述判断结果为所述重置单元不能控制其包括的重置晶体管完全打开时,所述设定单元将所述重置时钟电压差设置为0.75V1;第二计数单元控制第二计数值加1;
重置流转步骤:当所述第二计数值不等于所述第二循环次数时转至所述重置结果得到步骤;
测试用重置开态电压设定步骤:当所述第二计数值等于所述第二循环次数时,所述设定单元将当前的重置时钟电压差与所述重置关态电压Vg2的和值设定为所述测试用重置开态电压。
7.如权利要求6所述的降噪方法,其特征在于,所述重置结果得到步骤包括:
所述设定单元计算当所述重置控制信号的电位与所述重置关态电压Vg2之间的电压差值为所述重置时钟电压差时,所述光电检测单元检测得到的输出电压与第二起始输出电压之间的电压差值;所述第二起始输出电压为当所述重置控制信号的电位为起始重置开态电压时所述光电检测单元检测得到的输出电压;
当该电压差值在第二预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果;
当该电压差值不在第二预定电压差值范围内时,所述设定单元得到当所述重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元不能控制其包括的重置晶体管完全打开的判断结果。
8.一种降噪装置,应用于光检测电路,所述光检测电路包括的选通单元的控制端与选通控制端连接,所述选通单元的第一端与输出节点连接,所述选通单元的第二端与跟随节点连接;所述光检测电路包括的光电检测单元用于对所述输出节点的电压进行放大,并检测放大后的所述输出节点的电压;其特征在于,所述降噪装置包括设定单元、信噪比检测单元和选择单元;
所述设定单元用于设定选通关态电压Vg1,以使得当所述选通控制信号的电位为该选通关态电压Vg1时,所述选通单元控制断开所述输出节点与所述跟随节点之间的连接;所述设定单元还用于设定测试用选通开态电压,以使得当所述选通控制信号的电位为所述测试用选通开态电压时,所述选通单元控制其包括的选通晶体管完全打开;所述测试用选通开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元用于检测分别对应于至少两个所述测试用选通开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元用于选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用选通开态电压作为光检测用选通开态电压;
所述测试用选通开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
9.如权利要求8所述的降噪装置,其特征在于,所述设定单元还用于设定重置关态电压Vg2,以使得当所述控制信号的电位为该重置关态电压Vg2时,重置单元控制断开重置电压端与光电节点之间的连接;所述设定单元还用于设定测试用重置开态电压,以使得当重置控制信号的电位为所述测试用重置开态电压时,所述重置单元控制其包括的重置晶体管完全打开;所述测试用重置开态电压的个数为至少两个;
所述信噪比检测单元还用于检测分别对应于至少两个所述测试用重置开态电压的输出电压的信噪比;
所述选择单元还用于选择对应于最高的所述信噪比的一所述测试用重置开态电压作为光检测用重置开态电压;
所述测试用重置开态电压在预定电压范围内;所述输出电压为所述光电检测单元检测得到的放大后的所述输出节点的电压。
10.一种光检测系统,其特征在于,包括如权利要求8或9所述的降噪装置。
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