CN111193840B - 高速图像传感器读出电路的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明高速图像传感器读出电路的实现方法中，放大、采样保持放大后读出行的参考信号；放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对读出行放大后参考信号实现模拟数字转换；读出行放大后参考信号实现模拟数字转换的时间与读出行输出图像信号，放大模块放大读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠；采样、保持放大后读出行的图像信号；放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对读出行放大后图像信号实现模拟数字转换；放大后图像信号实现模拟数字转换的时间，与图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块放大新的参考信号的时间至少有部分重叠；提高图像传感器读出速度。

Description

高速图像传感器读出电路的实现方法
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种高速图像传感器读出电路的实现方法。
背景技术
图像传感器是数字摄像头的重要组成部分，是一种将光学图像转换成电学信号的设备，它被广泛地应用在数码相机、移动终端、便携式电子装置和其他电子光学设备中。图像传感器按照元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体元件)图像传感器两大类。CCD图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪、以及工业领域等。而CMOS图像传感器由于其高度集成化、低功率损耗和局部像素可编程随即读取、速度快、成本低等优点，可适用于数码相机、PC摄像机、移动通信产品等领域。
通常CMOS图像传感器都是采用滚筒式读出方式，这种方法时序简单，易于实现，广泛应用于各种CMOS图像传感器中。滚筒式读出的时序示意图如图1所示，首先对像素阵列的第i行像素单元的光生电荷进行清零操作，然后第i行像素单元开始曝光收集光生电荷，此时光信号转化为了电压信号。第i行像素单元清零操作结束之后，对像素阵列的第j行进行读出，分别包括对参考信号的采样、CDS操作、ADC量化和行数据扫描读出的时间，图像信号的采样、CDS操作、ADC量化和行数据扫描读出的时间。在第j行像素读出操作结束之后，对第i+1行像素单元的光生电荷进行清零操作，然后第i+1行像素单元开始曝光收集光生电荷。图1中所示的读出方式中，像素单元清零、参考信号读出、图像信号读出串行进行，使得像素阵列的整体读出耗时长、速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速图像传感器读出电路的实现方法，提高图像传感器读出速度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高速图像传感器读出电路的实现方法，所述读出电路包括：放大模块、采样模块、模拟数字转换模块；感光单元信号输入至所述放大模块、放大后的感光单元信号输入至所述采样模块、采样后的信号输入至所述模拟数字转换模块；
S100：读出行输出参考信号，放大、采样保持放大后的所述读出行的参考信号；
S200：所述放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换；所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与所述读出行输出图像信号，放大模块放大所述读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠；
S300：采样、保持放大后的所述读出行的图像信号；
S400：所述放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对所述读出行放大后的图像信号实现模拟数字转换；所述放大后的图像信号实现模拟数字转换的时间，与所述图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块放大新的参考信号的时间至少有部分重叠；
通过所述时间的重叠，提高图像传感器读出速度。
可选的，在S200步骤采样模块与模拟数字转换模块对放大后的参考信号实现模拟数字转换过程中，减少或避免模拟数字转换过程对读出行放大后的参考信号大小的改变；使得在后续采样放大后的该读出行图像信号时，该读出行的放大后的图像信号与该读出行放大后的参考信号具有相关性，从而提高精度。
可选的，采用同一电容电路采样放大后的同一行的参考信号和图像信号。
可选的，控制放大模块，使得放大后的参考信号不稳定值在N*LSB之内，使得放大后的图像信号不稳定值在M*LSB之内，在大信号满量程时，M是N的两倍以上，提高读出速度。
可选的，所述放大模块为可变增益放大器，大增益时采样电容小于小增益时采样电容20％以上，提高图像传感器性能。
可选的，设置某一预定电压，与放大后的参考信号值相差小于等于0.3V；在采样放大后的参考信号前，预置采样电压至所述预定电压，提高采样放大后的参考信号的稳定速度。
可选的，在量程的1/64之内，放大后的图像信号不稳定值在N’*LSB之内，N’小于等于2N。
相对于现有技术，本发明的高速图像传感器读出电路的实现方法具有以下有益效果：
本发明中，所述放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换；所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与所述读出行输出图像信号，放大模块放大所述读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠；所述放大后的图像信号实现模拟数字转换的时间，与所述图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块放大新的参考信号的时间至少有部分重叠；通过所述时间的重叠，提高图像传感器读出速度。
附图说明
图1为现有技术中图像传感器读出方式的时序图；
图2为本发明一实施例中高速图像传感器读出电路的示意图；
图3为本发明一实施例中高速图像传感器读出电路的实现方法的流程图；
图4为本发明一实施例中图像传感器读出方式的时序图；
图5为本发明另一实施例中图像传感器读出方式的时序图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图对本发明的高速图像传感器读出电路的实现方法进行详细描述。
参考图2所示，本发明的所述读出电路包括：放大模块10、采样模块20、模拟数字转换模块30；所述感光单元信号输入至所述放大模块、放大后的感光单元信号输入至所述采样模块、采样后的信号输入至所述模拟数字转换模块。参考图3、4所示，图像传感器读出的步骤包括：
S100：读出行输出参考信号，放大、采样保持放大后的所述读出行的参考信号；
S200：所述放大模块10与采样模块20分离，采样模块20与模拟数字转换模块30对所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换；所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与所述读出行输出图像信号，放大模块10放大所述读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠，如图4中所示，第j行像素放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与第j行像素图像信号输出、放大时间重叠t1时间；
S300：采样、保持放大后的所述读出行的图像信号；
S400：所述放大模块10与采样模块20分离，采样模块20与模拟数字转换模块30对所述读出行放大后的图像信号实现模拟数字转换；所述放大后的图像信号实现模拟数字转换的时间，与所述图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块10放大新的参考信号的时间，至少有部分重叠。如图4中所示，第j行像素图像信号实现模拟数字转换的时间与第i+1行像素曝光时间重叠t2时间，与第j+1像素参考信号输出、放大时间重叠t3时间。
参考图5所示，在本发明的其他实施例中，第j行像素图像信号实现模拟数字转换的时间仅与第i+1行像素曝光时间重叠t2时间，不与第j+1像素参考信号输出、放大时间重叠，并且第j行像素图像信号实现模拟数字转换的时间可以仅与第i+1行像素曝光时间重叠部分时间，不完全重叠。
本发明中，所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与所述读出行输出图像信号，放大模块10放大所述读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠，并且，所述放大后的图像信号实现模拟数字转换的时间，与所述图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块10放大新的参考信号的时间，至少有部分重叠，通过所述时间的重叠，提高图像传感器读出速度。
在所述S200步骤中，采样模块20与模拟数字转换模块30对放大后的参考信号实现模拟数字转换过程中，减少或避免模拟数字转换过程对读出行放大后的参考信号大小的改变，使得在后续采样放大后的该读出行图像信号时，该读出行的放大后的图像信号与该读出行放大后的参考信号具有相关性，从而提高精度。优选的，采用同一电容电路采样放大后的同一行的参考信号和图像信号。
控制放大模块10，使得放大后的参考信号不稳定值在N*LSB之内，使得放大后的图像信号不稳定值在M*LSB之内，其中，LSB(Least Significant Bit)，为最低有效位。在大信号满量程时，M是N的两倍以上，提高读出速度。在量程的1/64之内，放大后的图像信号不稳定值在N’*LSB之内，N’小于等于2N。
所述放大模块10为可变增益放大器，大增益时采样电容小于小增益时采样电容20％以上，提高图像传感器性能。
优选的，设置某一预定电压，与放大后的参考信号值之间的差值小于等于0.3V，在采样放大后的参考信号前，预置采样电压至所述预定电压，提高采样放大后的参考信号的稳定速度。
综上所述，本发明高速图像传感器读出电路的实现方法中，所述放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换；所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与所述读出行输出图像信号，放大模块放大所述读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠；所述放大后的图像信号实现模拟数字转换的时间，与所述图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块放大新的参考信号的时间至少有部分重叠；通过所述时间的重叠，提高图像传感器读出速度。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种高速图像传感器读出电路的实现方法，所述读出电路包括：放大模块、采样模块、模拟数字转换模块；感光单元信号输入至所述放大模块、放大后的感光单元信号输入至所述采样模块、采样后的信号输入至所述模拟数字转换模块；
其特征在于：
S100：读出行输出参考信号，放大、采样保持放大后的所述读出行的参考信号；
S200：所述放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换；所述读出行放大后的参考信号实现模拟数字转换的时间与所述读出行输出图像信号，放大模块放大所述读出行的图像信号的时间，至少有部分重叠；
S300：采样、保持放大后的所述读出行的图像信号；
S400：所述放大模块与采样模块分离，采样模块与模拟数字转换模块对所述读出行放大后的图像信号实现模拟数字转换；所述放大后的图像信号实现模拟数字转换的时间，与所述图像传感器像素阵列进行曝光行操作、读出行地址改变，新的读出行输出新的参考信号，放大模块放大新的参考信号的时间至少有部分重叠；
通过所述时间的重叠，提高图像传感器读出速度。
2.根据权利要求1所述的高速图像传感器读出电路的实现方法，其特征在于，在S200步骤采样模块与模拟数字转换模块对放大后的参考信号实现模拟数字转换过程中，减少或避免模拟数字转换过程对读出行放大后的参考信号大小的改变；使得在后续采样放大后的该读出行图像信号时，该读出行的放大后的图像信号与该读出行放大后的参考信号具有相关性，从而提高精度。
3.根据权利要求2所述的高速图像传感器读出电路的实现方法，其特征在于，采用同一电容电路采样放大后的同一行的参考信号和图像信号。
4.根据权利要求1所述的高速图像传感器读出电路的实现方法，其特征在于，控制放大模块，使得放大后的参考信号不稳定值在N*LSB之内，使得放大后的图像信号不稳定值在M*LSB之内，在大信号满量程时，M是N的两倍以上，提高读出速度。
5.根据权利要求1所述的高速图像传感器读出电路的实现方法，其特征在于，所述放大模块为可变增益放大器，大增益时采样电容小于小增益时采样电容20％以上，提高图像传感器性能。
6.根据权利要求1所述的高速图像传感器读出电路的实现方法，其特征在于，设置某一预定电压，与放大后的参考信号值相差小于等于0.3V；在采样放大后的参考信号前，预置采样电压至所述预定电压，提高采样放大后的参考信号的稳定速度。
7.根据权利要求3所述的高速图像传感器读出电路的实现方法，其特征在于，控制放大模块，使得放大后的参考信号不稳定值在N*LSB之内，使得放大后的图像信号不稳定值在M*LSB之内，在大信号满量程时，M是N的两倍以上，提高读出速度；在量程的1/64之内，放大后的图像信号不稳定值在N’*LSB之内，N’小于等于2N。
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