CN110351500A

CN110351500A - 一种兼容两种曝光模式的cmos图像传感器读出电路

Info

Publication number: CN110351500A
Application number: CN201910614970.3A
Authority: CN
Inventors: 何杰; 李婷; 李闯泽; 吴龙胜; 曹天骄
Original assignee: Xian Microelectronics Technology Institute
Current assignee: Xian Microelectronics Technology Institute
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: CN110351500B

Abstract

本发明公开了一种兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，包括像元、增益放大器、相关双采样电路、切换电路、斜坡发生电路、模拟数字转换器和计数器；像元输出端连接增益放大器的第一输入端；增益放大器的第二输入端连接切换电路的第一输出端，增益放大器的输出端连接相关双采样电路的输入端，相关双采样电路的输出端连接模拟数字转换器的第一输入端，模拟数字转换器的第二输入端连接斜坡发生电路的输出端，斜坡发生电路的输入端连接切换电路的第二输出端；模拟数字转换器的输出端连接计数器的输入端。本发明读出电路结构能够满足两种曝光模式输出，使两种曝光模式集成于同一相机；且兼容两种曝光模式的同时，基本不占用系统额外的面积和功耗。

Description

一种兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路

技术领域

本发明属于CMOS图像传感器领域，涉及一种兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路。

背景技术

图像传感器是现代电子成像系统的核心，图像传感器主要基于两种工艺实现，CMOS工艺和电荷耦合器件(CCD)工艺。CMOS图像传感器技术由于其集成度高、体积小、功耗低等优点，在最近几年取得了飞速发展，CMOS图像传感器目前分为两种曝光模式，一是早期的卷帘曝光模式，输出信噪比高，但是帧频较小，用于对静态物或缓慢运动物体的高清拍摄，特别适用于地球同步卫星对地监控；另外一种是全局曝光模式，输出信噪比相对较低，但是帧频高，可用于对动态物的拍照或者摄像。

但是，目前这两种曝光模式分别对应一套读出电路架构设计，这就使得同一款相机，只能具有一种曝光模式，如果在特殊场合需要实现另外一种功能，就无法实现了。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，包括像元、增益放大器、相关双采样电路、切换电路、斜坡发生电路、模拟数字转换器和计数锁存电路；像元输出端连接增益放大器的第一输入端；增益放大器的第二输入端连接切换电路的第一输出端，增益放大器的输出端连接相关双采样电路的输入端，相关双采样电路的输出端连接模拟数字转换器的第一输入端，模拟数字转换器的第二输入端连接斜坡发生电路的输出端，斜坡发生电路的输入端连接切换电路的第二输出端；计数锁存电路包括计数器和锁存器，模拟数字转换器的输出端连接计数器的输入端，计数器的输出端连接锁存器的输入端；增益放大器用于增益像元发送的复位信号和曝光信号，得到增益复位信号和增益曝光信号；相关双采样电路用于采样增益放大器发送的增益复位信号和增益曝光信号，得到采样复位信号和采样曝光信号并发送至模拟数字转换器的第一输入端；切换电路用于两种曝光模式下增益放大器和斜坡发生电路的共模电平切换；斜坡发生电路用于生成由高到低的斜坡信号或由低到高的斜坡信号并发送至模拟数字转换器的第二输入端；模拟数字转换器用于通过由高到低的斜坡信号或由低到高的斜坡信号依次将采样复位信号和采样曝光信号量化，得到复位时钟脉冲和曝光时钟脉冲；当采样曝光信号量化完成时生成翻转信号并发送至锁存器；计数器用于计数曝光时钟脉冲和复位时钟脉冲的差值，得到计数结果并输出至锁存器；锁存器用于当接收到翻转信号时，锁存计数结果并输出。

本发明进一步的改进在于：

切换电路包括四个开关和两个输出端；第一开关和第二开关的一端均连接切换电路的第一输出端，另一端分别为第一共模电平输入端和第二共模电平输入端；第三开关和第四开关的一端均连接切换电路的第二输出端，另一端分别为第三共模电平输入端和第四共模电平输入端。

第一共模电平输入端和第二共模电平输入端连接，第三共模电平输入端和第四共模电平输入端连接。

斜坡发生电路包括第一电流源、电流沉、第一运算放大器、第一电容和三个开关；第一运算放大器的第一输入端连接切换电路的第二输出端；第一运算放大器的输出端连接模拟数字转换器的第二输入端；第一电容一端连接第一运算放大器的第二输入端，另一端连接第一运算放大器的输出端；第一电流源通过第五开关与第一运算放大器的第二输入端连接；电流沉通过第六开关与第一运算放大器的第二输入端连接；第七开关与第一电容并联。

相关双采样电路包括四个开关和两个电容；四个开关依次串联，第七开关和第九开关之间连接增益放大器的输出端；第八开关和第十开关之间连接模拟数字转换器的第一输入端；第二电容一端连接第七开关和第八开关之间的连接线，另一端接地；第三电容一端连接第九开关和第十开关之间的连接线，另一端接地。

还包括LVDS接口电路；LVDS接口电路输入端与锁存器输出端连接，LVDS接口电路用于将锁存器锁存的计数结果输出。

LVDS接口电路包括四个NMOS管；四个NMOS管串联连接；第一NMOS管和第二NMOS管之间设置第二电流源；第一NMOS管和第三NMOS管之间设置LVDS接口电路第一输出端，第二NMOS管和第四NMOS管之间设置LVDS接口电路第二输出端；第三NMOS管和第四NMOS管之间设置LVDS接口电路输入端，LVDS接口电路输入端与锁存器输出端连接。

像元为4T像元、5T像元或6T像元。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过带的可编程增益放大器模块对像元发送的复位信号和曝光信号增益后分别进行相关双采样，采样的差值就是像元光电信号的输出摆幅。当采样到一个信号后，将采样电容连接到模拟数字转换器输入端进行量化，量化输出数字码由计数器和锁存器来完成后输出。当像元结构满足两种曝光模式时，通过切换电路可以调整可编程增益放大的共模电平，实现相关双采样电路的充电/放电过程；通过切换电路和模拟数字转换器实现两种斜坡的输出比较，这样的读出电路设计就可以实现两种曝光模式下的数据读出，进而通过时序的切换，实现了同一图像传感器可兼容两种曝光输出功能，不仅可实现图像传感器高帧频动态拍摄，而且可实现低噪声静止/同步拍摄(低帧频)，使图像传感器不仅可以实现对动态目标的跟踪拍摄，而且可以对静态(相对)目标实现高动态范围图像采集，更利于对拍照目标进行分析(比如地球同步卫星对地面的侦查)，将两种应用集成到一个产品上，拓展了应用领域，也降低了成本。

进一步的，设置LVDS接口电路，数据传输效率高、功耗小，充分满足读出电路对数据传输速率的要求。

附图说明

图1为现有CMOS图像传感器读出电路示意图；

图2为本发明的电路结构示意图；

图3为本发明的全局曝光模式时序设计图；

图4为本发明的卷帘曝光模式时序设计图；

图5为本发明的卷帘曝光模式下ADC的工作过程图；

图6为本发明的卷帘曝光模式下ADC的工作时序图；

图7为本发明的全局曝光模式下ADC的工作过程图；

图8为本发明的全局帘曝光模式下ADC的工作时序图；

图9为本发明的LVDS发送器-接收器对的原理示意图。

其中：1-像元；2-增益放大器；3-相关双采样电路；4-切换电路；5-斜坡生成电路；6-模拟数字转换器；7-计数锁存电路；8-LVDS接口电路；201-第十一开关；202-第四电容；203-第五电容；204-第十二开关；205-第二运算放大器；301-第七开关；302-第八开关；303-第九开关；304-第十开关；305-第二电容；306-第三电容；401-第一开关；402-第二开关；403-第三开关；404-第四开关；501-第一电流源；502-电流沉；503-第五开关；504-第六开关；505-第七开关505；506-第一电容；507-第一运算放大器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，目前典型的CMOS图像传感器读出电路，包括可编程的增益放大器2、相关双采样电路3、模拟数字转换器6、计数锁存电路7和LVDS接口电路8，为了便于问题的分析说明，图中还示出了像元1。在进行图像拍摄时，像元1首先输出复位信号，而后再输出曝光信号，二者经可编程增益放大器2的放大后，通过相关双采样电路3进行相关双采样，复位信号和曝光信号分别被被采样并存储于第二电容305和第三电容306上。对于可编程增益放大器2，其V_R/V_G(通过缓冲器驱动后的电压)为缓冲器输出的固定电平，第二运算放大器205的输出摆幅应满足可编程增益放大器2的输出摆幅，这里要注意运算放大器的稳定性设计。对于模拟数字转换器6，模拟数字转换器6所接的斜坡信号R_AMP为单调信号(上升/下降)，V_CM的取值和R_AMP的单调性由曝光模式决定，只能有一种状态存在。对于卷帘曝光和全局曝光，像元每行像素的上述处理过程均为并行的。

参见图2，本发明兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，包括像元1、增益放大器2、相关双采样电路3、切换电路4、斜坡发生电路5、模拟数字转换器6、计数锁存电路7和LVDS接口电路8；像元1输出端连接增益放大器2的第一输入端；增益放大器2的第二输入端连接切换电路4的第一输出端，增益放大器2的输出端连接相关双采样电路3的输入端，相关双采样电路3的输出端连接模拟数字转换器6的第一输入端，模拟数字转换器6的第二输入端连接斜坡发生电路5的输出端，斜坡发生电路5的输入端连接切换电路4的第二输出端；计数锁存电路7包括计数器和锁存器，模拟数字转换器6的输出端连接计数器的输入端，计数器的输出端连接锁存器的输入端；LVDS接口电路8输入端与锁存器输出端连接。

增益放大器2用于增益像元1发送的复位信号和曝光信号，得到增益复位信号和增益曝光信号；相关双采样电路3用于采样增益放大器2发送的增益复位信号和增益曝光信号，得到采样复位信号和采样曝光信号并发送至模拟数字转换器6的第一输入端；切换电路4用于两种曝光模式下增益放大器2和斜坡发生电路5的共模电平切换；斜坡发生电路5用于生成由高到低的斜坡信号或由低到高的斜坡信号并发送至模拟数字转换器6的第二输入端；模拟数字转换器6用于通过由高到低的斜坡信号或由低到高的斜坡信号依次将采样复位信号和采样曝光信号量化，得到复位时钟脉冲和曝光时钟脉冲；当采样曝光信号量化完成时生成翻转信号并发送至锁存器；计数器用于计数曝光时钟脉冲和复位时钟脉冲的差值，得到计数结果并输出至锁存器；锁存器用于当接收到翻转信号时，锁存计数结果并输出至LVDS接口电路8；LVDS接口电路8用于将锁存器输出数字值高速驱动输出片外接收器。

与单一曝光模式的读出电路相比，最大的设计更改在切换电路4、斜坡发生电路5、模拟数字转换器6三个模块上。参见图3和4，本发明读出电路的工作时序，图3为全局曝光模式，图4为卷帘曝光模式。针对切换电路4，V_R和V_G分别代表卷帘曝光和全局曝光时增益放大器2的共模电平，其绝对值取决于第二运算放大器205工作时的输入共模和输出摆幅电压范围，V_R和V_G一般接缓冲器的输出端，用来驱动多列PGA(增益放大器)的并行工作。通过外部写入SPI命令，第一开关401和第二开关402其中一个选择导通，当第一开关401时，为卷帘曝光模式时的增益放大器2共模电平配置，当第二开关402闭合时为全局曝光模式时的增益放大器2共模电平配置；V_R-△V和V_G+△V可由外部接入或内部基准产生提供，此处△V约为0.1V～0.2V，太大会导致模拟数字转换器6的ENOB下降，太小又容易使得斜坡发生电路5生成的斜坡信号的斜坡起始点高于比较电平，无法翻转。当增益放大器2共模电平为V_R时，斜坡发生电路5的共模电平通过第三开关403接至V_R-△V，当增益放大器2共模电平为V_G时，斜坡发生电路5的共模电平通过第四开关404接至V_G+△V。

斜坡发生电路5特殊之处在于第一电流源501和电流沉502的切换设计，需要指明的是，第五开关503和第六开关504分别与第三开关403和第四开关404时序一致，当第五开关503闭合，电源向积分器灌电流时，产生由低到高的斜坡信号；当第六开关504闭合，电源从积分器抽电流时，产生由高到低的斜坡信号，两种斜坡信号分别对应卷帘曝光和全局曝光工作模式。第五开关503和第六开关504控制信号为互不交叠的时钟信号。斜坡产生模块原理为通过电流在电容上积分实现输出随时间变化的电压信号。当第七开关505闭合时，第一电容506两端短路清零。当第七开关505断开，第一电容506开始积分。由于不同曝光模式对应的量化电压不同，因此全局曝光模式中，V_CM为V_G+△V，输出电压随时间下降；卷帘曝光模式中，V_CM为V_R-△V，输出电压随时间上升。

输出电压V_RAMP由下式给出：

(全局曝光模式)

(卷帘曝光模式)

其中，I_SCC为第一运算放大器507积分电流，C_int为第一电容506电容，N为ADC量化精度(12位/14位/16位等)，T_CLK为计数器的时钟周期，ns。

增益放大器2模块采样得到的模拟信号作为被量化数据保存在第二电容305和第三电容306上，模拟数字转换器6的另外一端由斜坡发生电路5来提供，这里需要说明的是模拟数字转换器6，其对开环增益的要求值与传统意义上的ADC比较器有所区别，模拟数字转换器6的开环增益不要求太高，虽然放大存在一定LSB的量化误差，但是这个误差如果在两次信号量化中一致，就可以通过数字相减得以消除，这就极大降低了电路的设计难度和对面积、功耗等的浪费。

模拟数字转换器6的工作过程为：在卷帘曝光模式下，斜坡上升，模拟数字转换器6工作流程和时序，参见图5和6；在全局曝光模式下，斜坡下升，模拟数字转换器6工作流程和时序，参见图7和8。

模拟数字转换器6采样增益放大器2的共模信号，在卷帘曝光下为V_R(比如取1.2V，不考虑失调等因素)，在全局曝光下为V_G(比如取2.8V，不考虑失调等因素)，采样到的共模信号与斜坡发生电路5产生的斜坡信号进行比较，计数器初始计数值为-512(这个数值是可变的)，比较器翻转计数器开始计数，第一次斜坡结束计数停止。模拟数字转换器6采样增益放大器2的输出信号，该信号为光电+共模信号，采样到的光电+共模信号与斜坡发生电路5产生的斜坡信号进行比较，第二次斜坡信号开始计数器继续计数，直到计数由负值变为0，继续计数为光电信号的数字量。针对不同曝光模式下的输入斜坡信号，模拟数字转换器6和计数器应采用同一结构与时序。

CMOS图像传感器中LVDS接口电路一般只包含发送器，接收器为外接模块。参见图9，为LVDS发送器-接收器对的原理图。发送器中有一个标称值为3.5mA的第二电流源。由于接收器的输入阻抗很高，故整个电流实际上全部流过100Ω的终接电阻，于是在接收器输入端产生了350mV(标称值)的电压。图中4个NMOS管是完全相同的，作为开关管，起到控制电流方向转换的作用。接收器的电压输入范围为0V-2.4V，在此范围内，接收器输入阈值电压可以保证为±100mV。在一个大面阵CMOS图像传感系统中，通常包含多个并行LVDS，以满足数据传输速率的要求。

下面进一步介绍本发明的原理：

读出电路的作用就是将像元光生微弱信号放大，并尽可能的降低信号中的噪声成分，图像传感器包含多种噪声源，比如光子散粒噪声、随机噪声、暗电流噪声、列FPN等等，这么多噪声源直接影响到系统信噪比，使成像质量变差。所以读出电路第一级采用可编程增益放大器2和相关双采样电路3，相关双采样电路3的目的是降低像元的噪声和抑制读出电路噪声等效到像元FD点的成分。所以，在CMOS图像传感器读出电路设计中，相关双采样电路3是非常重要的，可编程增益放大器2另外一项功能就是可以将像元输出摆幅转换成为与源跟随器SF两次输出绝对值无关的信号，这样设计的优点在于SF输出的工作点不会影响后级电路的直流工作状态。可编程增益放大器2在两种曝光模式下其工作原理存在差异，卷帘曝光时，第四电容202释放电荷，电荷转移到第四电容203上，产生比例放大输出，输出电压上升；全局曝光模式下，第四电容202吸收电荷，电荷从第五电容203上释放，产生比例放大输出，输出电压下降。这就使得可编程增放大器2需要两种共模电平以满足高地变化基准要求。

同样的原理，对于模拟数字转换器6来说，其输入值为前级可编程放大器2的采样输出，当前级第一次采样值为低压(卷帘曝光)时，斜坡发生电路5输出为上升斜坡，此时斜坡发生电路5中的第一电流源501向电路内部灌电流；当前级第一次采样值为高压(全局曝光)时，斜坡发生器输出为下降斜坡，此时斜坡发生电路5中的电流沉502从电路内部抽电流；结合模拟数字转换器6和计数器，此读出电路结构均可满足两种曝光模式输出，这就使得两种曝光模式集成同一相机变成可能，而且是非常有效的实现途径。

本发明工作过程：首先由增益放大器2和相关双采样电路3对列线电压(像元1输出到增益放大器2的电压值)进行对比采样，采样值为共模电压值；然后，对列线电压变化量进行采样，两次采样的差值就是像元1光电信号的输出摆幅。当采样到一个信号后，便可以断开第十一开关201(采样开关)，将第二电容305和第三电容306(采样电容)连接到模拟数字转换器6输入端进行量化，量化输出数字码由计数器和锁存器来完成，最终由LVDS接口电路高速输出。其特殊之处在于：当像元1结构满足两种曝光模式(4T、5T、6T等)时，通过切换电路4可以调整增益放大器2的共模电平，以此来实现第二电容305和第三电容306的充电/放电过程；模拟数字转换器6采用单斜式结构，通过切换电路4实现斜坡发生电路5两种斜坡的输出比较，这样的读出电路设计就可以实现两种曝光模式下的数据读出。

本发明电路的时序：当电路工作在滚筒曝光模式下，第十一开关201闭合，第十二开关204闭合，V_R的控制开关第一开关401闭合，复位信号采样开关第七开关301闭合，将V_R采样到第二电容305上，第七开关505闭合，第三开关403闭合，采样电压稳定后，第十二开关204先于第十一开关201和第七开关301断开，这是为了保证低噪声设计要求，然后第七开关301先于第十一开关201断开，第八开关302闭合，第五开关503闭合后第七开关505断开，第一运算放大器507开始输出，模拟数字转换器6开始对采样到的复位信号量化，当模拟数字转换器6翻转，翻转信号作为计数器控制信号，命令计数器从-512(这个数值是可变的)开始计数，一直计数到斜坡信号停止，在模拟数字转换器6对复位信号量化的同时，第十一开关201闭合，第九开关303闭合，第三电容306采样光电信号，第七开关505闭合，第三开关403闭合，采样电压稳定后，第九开关303先于第十一开关201断开，此时模拟数字转换器6已完成对复位信号的数字量化，第十开关304闭合，第五开关503闭合后第七开关505断开，第一运算放大器507开始输出，模拟数字转换器6开始对采样到的光电信号量化，这次斜坡使能控制信号与计数器使能控制信号相同，一直计数到斜坡信号停止，当计数器从-512变为0时，代表光电信号与复位信号差值，在此处便完成了数字域对两个信号的减法运算，当模拟数字转换器6翻转，翻转信号控制计数器和锁存器停止，锁存器数字输出作为最终的量化结果并输送到LVDS接口电路8输入端，LVDS接口电路8高速串行将数字信号输出，完成了滚筒式曝光信号处理过程。同理，将对应的第一开关401与第二开关402、第三开关403与第四开关404、第五开关503和第六开关504对换，便可完成全局曝光信号处理。

当系统需要高动态范围输出时，采用卷帘曝光设计，此时，增益放大器2和斜坡发生电路5的共模电平为V_R(低压)，在第一次采用时，RST闭合，FD点列线输出一个电压值，该值被第四电容202采样并保持，PGA同时以单位增益负反馈形式输出共模电平V_R+V_OS，V_OS为失调电压，该值被第二电容305采样，当RST断开，同时TX管打开，光生电荷转移到了FD点，稳定后列线输出一个电压值，该电压值小于之前第四电容202上的采样值，故引起电荷转移到第五电容203上，输出电压值V_R+V_OS+A△V并被第三电容306采样，两次采样的差值就是A△V，当A＝1时，输出的就是列线变化值△V。

当系统需要高帧频输出时，采用全局曝光设计，此时，增益放大器2和斜坡发生电路5的共模电平为V_G(高压)，在第一次采用时，RST先快速闭合后断开，将FD点电荷清空，然后TX管打开，光生电荷转移到FD点，稳定后列线输出一个电压值，该值被第四电容202采样并保持，增益放大器2同时以单位增益负反馈形式输出共模电平V_G+V_OS，该值被第二电容305采样，然后RST再次闭合，同时TX管断开，FD点电荷被清空被，稳定后列线输出一个电压值，该电压值大于之前第四电容202上的采样值，故第四电容202将从第五电容203吸收电荷，输出电压值VG+VOS-A△V并被第三电容306采样，两次采样的差值就是A△V，当A＝1时，输出的就是列线变化值△V。

两次过程对应的都需要斜坡发生电路5输出的配合，当卷帘曝光时，斜坡发生电路5产生由低变高的上升斜坡，进而利用模拟数字转换器6先对V_R+V_OS(低压)进行量化，然后对V_R+V_OS+A△V(高压)进行量化；当全局曝光时，斜坡发生电路5产生由高变低的下降斜坡，进而利用模拟数字转换器6先对V_G+V_OS(高压)进行量化，然后对V_G+V_OS-A△V(低压)进行量化，两次量化的差值由计数器7完成并输送至LVDS接口电路。

V_G为输出摆幅上限，提供给增益放大器2作为输入共模电平，V_G可作为斜坡发生电路5的积分起始电压，也可以用其他输入电压源替换，替换值应大于V_G电压值；V_R为输出摆幅下限，提供给增益放大器2作为输入共模电平，V_R可作为斜坡发生电路5的积分起始电压，也可以用其他输入电压源替换，替换值应小于V_R电压值一个固定值(约0.1V～0.2V)。

和目前主流CMOS/CCD图像传感器产品功能相比，本发明不仅可实现图像传感器高帧频动态拍摄，而且可实现低噪声静止/同步拍摄(低帧频)，其设计目的是使图像传感器不仅可以实现对动态目标的跟踪拍摄，而且可以对静态(相对)目标实现高动态范围图像采集，更利于对拍照目标进行分析(比如地球同步卫星对地面的侦查)。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，包括像元(1)、增益放大器(2)、相关双采样电路(3)、切换电路(4)、斜坡发生电路(5)、模拟数字转换器(6)和计数锁存电路(7)；像元(1)输出端连接增益放大器(2)的第一输入端；增益放大器(2)的第二输入端连接切换电路(4)的第一输出端，增益放大器(2)的输出端连接相关双采样电路(3)的输入端，相关双采样电路(3)的输出端连接模拟数字转换器(6)的第一输入端，模拟数字转换器(6)的第二输入端连接斜坡发生电路(5)的输出端，斜坡发生电路(5)的输入端连接切换电路(4)的第二输出端；计数锁存电路(7)包括计数器和锁存器，模拟数字转换器(6)的输出端连接计数器的输入端，计数器的输出端连接锁存器的输入端；

增益放大器(2)用于增益像元(1)发送的复位信号和曝光信号，得到增益复位信号和增益曝光信号；

相关双采样电路(3)用于采样增益放大器(2)发送的增益复位信号和增益曝光信号，得到采样复位信号和采样曝光信号并发送至模拟数字转换器(6)的第一输入端；

切换电路(4)用于两种曝光模式下增益放大器(2)和斜坡发生电路(5)的共模电平切换；

斜坡发生电路(5)用于生成由高到低的斜坡信号或由低到高的斜坡信号并发送至模拟数字转换器(6)的第二输入端；

模拟数字转换器(6)用于通过由高到低的斜坡信号或由低到高的斜坡信号依次将采样复位信号和采样曝光信号量化，得到复位时钟脉冲和曝光时钟脉冲；当采样曝光信号量化完成时生成翻转信号并发送至锁存器；

计数器用于计数曝光时钟脉冲和复位时钟脉冲的差值，得到计数结果并输出至锁存器；

锁存器用于当接收到翻转信号时，锁存计数结果并输出。

2.根据权利要求1所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，所述切换电路(4)包括四个开关和两个输出端；

第一开关(401)和第二开关(402)的一端均连接切换电路(4)的第一输出端，另一端分别为第一共模电平输入端和第二共模电平输入端；

第三开关(403)和第四开关(404)的一端均连接切换电路(4)的第二输出端，另一端分别为第三共模电平输入端和第四共模电平输入端。

3.根据权利要求2所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，所述第一共模电平输入端和第二共模电平输入端连接，第三共模电平输入端和第四共模电平输入端连接。

4.根据权利要求1所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，所述斜坡发生电路(5)包括第一电流源(501)、电流沉(502)、第一运算放大器(507)、第一电容(506)和三个开关；

第一运算放大器(507)的第一输入端连接切换电路(4)的第二输出端；第一运算放大器(507)的输出端连接模拟数字转换器(6)的第二输入端；

第一电容(506)一端连接第一运算放大器(507)的第二输入端，另一端连接第一运算放大器(507)的输出端；

第一电流源(501)通过第五开关(503)与第一运算放大器(507)的第二输入端连接；

电流沉(502)通过第六开关(504)与第一运算放大器(507)的第二输入端连接；

第七开关(505)与第一电容(506)并联。

5.根据权利要求1所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，所述相关双采样电路(3)包括四个开关和两个电容；

四个开关依次串联，第七开关(301)和第九开关(303)之间连接增益放大器(2)的输出端；第八开关(302)和第十开关(304)之间连接模拟数字转换器(6)的第一输入端；第二电容(305)一端连接第七开关(301)和第八开关(302)之间的连接线，另一端接地；第三电容(306)一端连接第九开关(303)和第十开关(304)之间的连接线，另一端接地。

6.根据权利要求1所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，还包括LVDS接口电路(8)；

LVDS接口电路(8)输入端与锁存器输出端连接，LVDS接口电路(8)用于将锁存器锁存的计数结果输出。

7.根据权利要求1所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，所述LVDS接口电路(8)包括四个NMOS管；

四个NMOS管串联连接；第一NMOS管和第二NMOS管之间设置第二电流源；第一NMOS管和第三NMOS管之间设置LVDS接口电路(8)第一输出端，第二NMOS管和第四NMOS管之间设置LVDS接口电路(8)第二输出端；

第三NMOS管和第四NMOS管之间设置LVDS接口电路(8)输入端，LVDS接口电路(8)输入端与锁存器输出端连接。

8.根据权利要求1所述的兼容两种曝光模式的CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，所述像元(1)为4T像元、5T像元或6T像元。