CN111464765B - 全差分像素读出电路、像素电路以及像素数据读出方法 - Google Patents

Abstract

一种全差分像素读出电路、像素电路以及像素数据读出方法，像素读出电路包括：M组像素读出子电路，其中：第i组像素读出子电路包括：第i组像素电路及第i组全差分读出电路阵列；第i组像素电路包括N个像素电路以及第一位线、第二位线；第i组像素电路中的第j个像素电路包括第一行选择管以及第二行选择管，第一行选择管与第一位线耦接，第二行选择管与第二位线耦接；第一行选择管接收对第j个像素的选择信号，第二行选择管接收参考信号；第i组全差分读出电路阵列包括全差分放大器以及ADC电路；全差分放大器的第一输入端与第一位线耦接，第二输入端与第二位线耦接，输出端与ADC电路耦接。上述方案能够有效地抑制电源干扰。

Description

全差分像素读出电路、像素电路以及像素数据读出方法

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种全差分像素读出电路、像素电路以及像素数据读出方法。

背景技术

对于面阵的图像传感器，其读出方式通常为逐行进行读出。由于噪声信号随时间变化而不断变化，在读出不同的行信号时噪声可能会发生变化，导致不同行的信号叠加进而呈现横线状的噪声，称之为横纹噪声。横纹噪声与单个像素表现的“雪花点”状的噪声不同，其在图像上对图像的质量影响更为严重。

在现有技术中可知，电源干扰和图像传感器芯片内部的器件噪声是横纹噪声的主要来源。在消除横纹噪声时，可以通过电路设计优化的方式削弱器件噪声，但是外部的电源干扰难以消除。

发明内容

本发明实施例解决的技术问题是电源干扰无法被完全抑制，对图像的质量影响较为严重。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种全差分像素读出电路，包括：M组像素读出子电路，其中：每一组像素读出子电路的结构相同，且第i组像素读出子电路包括：第i组像素电路以及第i组全差分读出电路阵列；所述第i组像素电路与第i组像素连接，包括N个像素电路；所述第i组像素电路中的第j个像素电路包括第一行选择管以及第二行选择管，所述第一行选择管的输出端与第一位线耦接，所述第二行选择管的输出端与第二位线耦接；在选取第j个像素时，所述第j个像素电路的第一行选择管输入选择信号，且参考像素电路的第二行选择管输入参考信号，所述参考信号适于选取与所述参考像素电路对应的参考像素，所述参考像素在所述第j个像素被选取之前被选取；所述第i组全差分读出电路阵列包括全差分放大器以及ADC电路；所述全差分放大器的第一输入端与所述第一位线耦接，第二输入端与所述第二位线耦接，输出端与所述ADC电路的输入端耦接；1≤i≤M，1≤j≤N，N为像素总行数。

可选的，所述参考像素为：所述第i组像素中选取顺序早于所述第j个像素的像素。

可选的，所述参考像素为：与所述第j个像素之间间隔n个像素的像素。

可选的，所述第j个像素电路还包括：复位管、传输管以及源极跟随管、二极管，其中：所述复位管，栅极输入复位信号，漏极与预设的电压源耦接，源极与所述传输管的漏极以及所述源极跟随管的栅极耦接；所述传输管，栅极输入传输信号，源极与所述二极管的负极耦接；所述源极跟随管，漏极与所述电压源耦接，源极与所述第一行选择管的漏极、所述第二行选择管的漏极耦接；所述第一行选择管，栅极输入所述选择信号，源极与所述第一位线耦接；所述第二行选择管，栅极输入所述参考信号，源极与所述第二位线耦接；所述二极管，正极与地耦接。

本发明实施例还提供了一种像素电路，包括：4T像素电路以及第二行选择管，其中：所述4T像素电路，包括复位管、传输管、源极跟随管、第一行选择管以及二极管，其中：所述复位管，栅极输入复位信号，漏极与预设的电压源耦接，源极与所述传输管的漏极以及所述源极跟随管的栅极耦接；所述传输管，栅极输入传输信号，源极与所述二极管的负极耦接；所述源极跟随管，漏极与所述电压源耦接，源极与所述第一行选择管的漏极、所述第二行选择管的漏极耦接；所述第一行选择管，栅极输入对第j个像素的选择信号，源极与所述第一位线耦接；所述二极管，正极与地耦接；所述第二行选择管，栅极输入参考信号，源极与所述第二位线耦接；所述参考信号为：当第k个像素被选取时选取第j个像素的信号，所述第j个像素为所述第k个像素的参考像素；所述第j个像素在所述第k个像素之前被选取。

本发明实施例还提供了一种像素数据读出方法，适于对上述所述的全差分像素读出电路进行控制，所述方法包括：在读取所述j个像素时，生成控制信号并输出；所述控制信号包括：输入至所述第j个像素电路的第一行选择管的所述选择信号，输入至所述参考像素电路的第二行选择管的所述参考信号；输入至所述第j个像素电路的复位管的第一复位信号，输入至所述参考像素电路的复位管的第二复位信号；输入至所述第j个像素电路的传输管的传输信号；接收所述第i组像素读出子电路的输出，获取所述第j个像素的数据。

可选的，所述控制信号还适于：控制所述参考像素电路中的传输管处于关闭状态。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

第j个像素电路包括第一行选择管以及第二行选择管。在选取第j个像素电路时，第j个像素电路的第一行选择管输入选择信号，且参考像素电路的第二行选择管输入参考信号。此时，第一位线上的信号主要包括第j个像素的数据以及电源噪声，第二位线上的信号主要包括电源噪声。全差分放大器分别获取第一行选择管输出的信号以及第二行选择管输出的信号，得到二者的差值，因此能够将电源噪声去除，因此能够有效地抑制电源干扰。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种像素电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种全差分像素电路的结构示意图；

图3是本发明实施例中的一种像素数据读出方法的示意图；

图4是本发明实施例中的一种控制信号对应的时序图。

具体实施方式

由上述内容可知，电源干扰和图像传感器芯片内部的器件噪声是横纹噪声的主要来源。在消除横纹噪声时，可以通过电路设计优化的方式削弱器件噪声，但是外部的电源干扰难以消除。

在本发明实施例中，第j个像素电路包括第一行选择管以及第二行选择管。在选取第j个像素电路时，第j个像素电路的第一行选择管输入选择信号，且参考像素电路的第二行选择管输入参考信号。此时，第一位线上的信号主要包括第j个像素的数据以及电源噪声，第二位线上的信号主要包括电源噪声。全差分放大器分别获取第一行选择管输出的信号以及第二行选择管输出的信号，得到二者的差值，因此能够将电源噪声去除，因此能够有效地抑制电源干扰。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，给出了本发明实施例提供的一种像素电路的结构示意图。

在本发明实施例中所提供的像素电路，包括4T像素电路以及第二行选择管Row_sel2。4T像素电路可以为现有技术中的4T像素电路，由4个MOS管以及一个二极管组成。与现有技术中的4T像素电路所不同的是，本发明实施例中提供的像素电路多了一个第二行选择管Row_sel2以及第二位线Bit-line2。

在具体实施中，4T像素电路可以包括复位管RST、传输管TX、源极跟随管SF、第一行选择管Row_sel1以及二极管，其中：

复位管RST的栅极可以输入复位信号，漏极与预设的电压源耦接，源极与传输管TX的漏极以及源极跟随器的栅极耦接；

传输管TX的栅极可以输入传输信号，传输信号可以为需要输出的像素的信号；传输管TX的源极可以与二极管的负极耦接；

源极跟随管SF的漏极可以与预设的电压源耦接，源极可以与第一行选择管Row_sel1的漏极、第二行选择管Row_sel2的漏极耦接；

第一行选择管Row_sel1的栅极可以输入选取第j个像素进行数据输出的选择信号，源极连接预设的第一位线Bit-line1；

第二行选择管Row_sel2的栅极可以输入参考信号，源极连接预设的第二位线Bit-line2。

在具体实施中，参考信号可以为：当第k个像素被选取时选取第j个像素的信号，第j个像素为第k个像素的参考像素；第j个像素在第k个像素之前被选取。第k个像素可以与第j个像素同一列，也可以与第j个像素不同列，只要满足第j个像素在第k个像素被选取之前已经被选取即可。

在本发明实施例中，在当前读取第k个像素的数据时，将第j个像素作为第k个像素的参考像素。也就是说，参考像素与当前进行数据读取的像素对应，参考像素是一个相对的概念。当前进行数据读取的像素不同，其对应的参考像素也可以不同。

在实际应用中，可以预先设置参考像素与当前进行数据读取的像素之间的对应关系。

在本发明实施例中，参考像素可以与第j个像素在同一列。具体而言，参考像素可以为第i组像素中选取顺序早于第j个像素的像素。换而言之，第i组像素中任意一个在读取第j个像素之前已经被读取的像素均可以作为第j个像素的参考像素。

例如，当前进行数据读取的像素为第一列第5行的像素，进行数据读取的像素的读取顺序排列为：最先读取第一列第1行像素的数据，之后读取第一列第2行像素的数据，再读取第一列第3行像素的数据，之后读取第一列第4行像素的数据。则第一列第4行、第3行、第2行以及第1行对应的像素均可以作为第一列第5行像素的参考像素。

在本发明实施例中，可以设置参考像素与当前进行数据读取的像素之间的关系为：在当前进行数据读取的像素之前最近第n个完成数据读取的像素，n≥1。

例如，n＝1，则当前进行数据读取的像素为第一列第5行的像素时，参考像素为第一列像素的第4行的像素。

又如，n＝3，则当前进行数据读取的像素为第一列第5行的像素时，参考像素为第一列像素的第2行的像素。

下面对本发明实施例中提供的全差分像素读出电路的结构进行详细说明。参照图2，给出了本发明实施例提供了一种全差分像素读出电路，

在具体实施中，全差分像素读出电路可以包括M组像素读出子电路，每一组像素读出子电路的结构均相同，下面以第i组像素读出子电路的结构进行说明。

在本发明实施例中，第i组像素读出子电路包括：第i组像素电路以及第i组全差分读出电路阵列，第i组像素电路包括N个像素电路以及第一位线Bit-line1、第二位线Bit-line2，每一个像素电路的结构可以参照本发明上述实施例中所提供的像素电路，且每一个像素电路的第一行选择管Row_sel1的输出端均与第一位线Bit-line1耦接，每一个像素电路的第二行选择管Row_sel2的输出端均与第二位线Bit-line2耦接。第i组像素电路可以与第i组像素连接，以读取第i组像素的信号。

对于第i组像素电路的第j个像素电路，其对应的第一行选择管Row_sel1适于接收对第j个像素的选择信号，其对应的第二行选择管Row_sel2适于接收选择参考像素的参考信号。参考信号以及参考像素的定义可以参照上述关于像素电路的说明，此处不再赘述。

在本发明实施例中，i与j均为正整数，且N为第i组像素中的总行数。例如，第i组像素包括600行，则N＝600。

具体而言，每一个像素电路可以存在与之一一对应的像素，以读取对应像素的信号。具体的，像素电路与像素之间的对应关系、像素电路如何读取像素的信号等可以参照现有技术，本发明实施例不做赘述。

在具体实施中，第i组全差分读出电路可以包括全差分放大器21以及ADC电路，其中：全差分放大器21的第一输入端可以与第一位线Bit-line1耦接，全差分放大器21的第二输入端可以与第二位线Bit-line2耦接，全差分放大器21的输出端可以与ADC电路的输出端耦接。

全差分放大器21的工作原理及结构、ADC电路的工作原理及结构均可以参照现有技术，本发明实施例不做赘述。

参照图3，给出了本发明实施例中的一种像素数据读出方法；参照图4，给出了本发明实施例中的一种控制信号对应的时序图。下面结合图3与图4，对本发明上述实施例中提供的全差分像素电路的具体工作过程进行详细说明。

步骤S301，在读取第j个像素时，生成控制信号并输出。

在具体实施中，在读取第j个像素时，控制器可以生成控制信号，并将控制信号输出至第i组全差分像素读出电路阵列，以及参考像素电路对应的全差分像素读出电路阵列。当参考像素电路对应的参考像素与第j个像素处于同一列时，参考像素电路也同样属于第i组全差分像素读出电路阵列。

在本发明实施例中，控制信号可以包括输入至第j个像素电路的第一行选择管的选择信号，输入至参考像素电路的第二行选择管的参考信号；输入至第j个像素电路的复位管的第一复位信号，输入至参考像素电路的复位管的第二复位信号；输入至第j个像素电路的传输管的传输信号。

在本发明实施例中，选择信号可以为高电平信号，当第j个像素电路的第一行选择管接收到选择信号时，第j个像素电路的第一行选择管导通；相应地，参考信号也可以为高电平信号，当参考像素电路的第二行选择管输入参考信号时，参考像素电路的第二行选择管导通；第一复位信号可以为高电平信号，当第j个像素电路的复位管输入第一复位信号时，第j个像素电路的复位管导通；第二复位信号可以为高电平信号，参考像素电路的复位管输入第二复位信号时，参考像素电路的复位管导通；传输信号可以为高电平信号，当第j个像素电路的传输管输入传输信号时，第j个像素电路的传输管导通。

在具体实施中，选择信号可以与参考信号同时分别输入至第j个像素电路的第一行选择管、参考像素电路的第二行选择管，在第j个像素电路的第一行选择管、参考像素电路的第二行选择管均导通后，分别将第一复位信号以及第二复位信号同时输入至第j个像素电路的复位管、参考像素电路的复位管。在第j个像素电路的复位管、参考像素电路的复位管均导通且完成复位之后，再向第j个像素电路的传输管输入传输信号。

也就是说，在本发明实施例中，通过控制信号先控制第j个像素电路的第一行选择管、参考像素电路的第二行选择管导通，再控制第j个像素电路的复位管、参考像素电路的复位管导通。在第j个像素电路的复位管、参考像素电路的复位管完成复位后，再向第j个像素电路的传输管输入传输信号。

步骤S302，接收第i组像素读出子电路的输出，获取所述第j个像素的数据。

参照图2可知，第j个像素电路的第一行选择管输出第j个像素的数据以及其对应的噪声信号至第一位线连接，第一位线与第i组全差分像素读出电路阵列中的全差分放大器的第一输入端连接。第j个像素电路的第二行选择管输出其对应的噪声至第二位线，第二位线与第i组全差分像素读出电路阵列中的全差分放大器的第二输入端连接。

因此，第i组全差分像素读出电路阵列中的全差分放大器，能够对两个输入端输入的信号进行差分运算，并将得到的运算结果输出至ADC电路。ADC电路可以将上述的运算结果进行模数转换，并将模数转换结果输出至控制器。由此，控制器可以获取到第j个像素的数据。

图4中，参考像素为第i组像素中的第j-1个像素。

参照图4，在t0时刻，选择信号Row_sel1(j)以及参考信号Row_sel2(j-1)均从低电平跳变至高电平。此时，第j个像素电路的第一行选择管以及第j-1个像素电路的第二行选择管均导通。

在t1时刻，第j个像素电路的复位管输入的第一复位信号RST(j)从低电平跳变至高电平，第j个像素电路的复位管导通；第j-1个像素电路的复位管输入的第二复位信号RST(j-1)也从低电平跳变至高电平，第j-1个像素电路的复位管也导通。第一复位信号输入至第j个像素电路的复位管的栅极，第二复位信号输入至第j-1个像素电路的复位管的栅极。

通过控制第j个像素电路的复位管导通，以控制第j个像素电路的FD点(浮空节点)的电位复位；同时，控制第j-1个像素电路的复位管导通，以控制参考像素电路的FD点的电位复位。在第j个像素电路的FD点以及第j-1个像素电路的FD点的电位复位之后，将第j个像素电路的FD点的复位电压与第j-1个像素电路的FD点的复位电压相减，得到量化信号。此时量化信号为：V_rst(n)＝V_r(n)-V_r(n-1)，其中，V_rst(n)为量化信号，V_r(n)为第j个像素电路的FD点的复位电压，V_r(n-1)为第j-1个像素电路的FD点的复位电压。

在t2时刻，第j个像素电路的复位管以及第j-1个像素电路的复位管的栅极的输入信号跳变至低电平，第j个像素电路的复位管以及第j-1个像素电路的复位管均断开。

在t3时刻，向第j个像素电路的传输管的栅极输入传输信号，控制第j个像素电路的传输管导通，得到第j个像素电路的输出信号。此时，由于是读取第j个像素的数据，因此，第j-1个像素电路的传输管处于断开状态。在t4时刻，控制第j个像素电路的传输管断开，完成数据的读出。

在本发明实施例中，由于第j个像素电路的结构与第j-1个像素电路的结构相同，因此，电压源到第一位线的传递函数与到第二位线的传递函数完全一致，第j个像素电路的第一行选择管对应的噪声与第j-1个像素电路的第二行选择管对应的电源噪声也几乎相同，因此能够有效消除电压源带来的干扰。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种全差分像素读出电路，其特征在于，包括：M组像素读出子电路，其中：

每一组像素读出子电路的结构相同，且第i组像素读出子电路包括：第i组像素电路以及第i组全差分读出电路阵列；

所述第i组像素电路与第i组像素连接，包括N个像素电路；所述第i组像素电路中的第j个像素电路包括第一行选择管以及第二行选择管，所述第一行选择管的输出端与第一位线耦接，所述第二行选择管的输出端与第二位线耦接；在选取第j个像素时，所述第j个像素电路的第一行选择管输入选择信号，且参考像素电路的第二行选择管输入参考信号，所述参考信号适于选取与所述参考像素电路对应的参考像素，所述参考像素在所述第j个像素被选取之前被选取；

所述第i组全差分读出电路阵列包括全差分放大器以及ADC电路；所述全差分放大器的第一输入端与所述第一位线耦接，第二输入端与所述第二位线耦接，输出端与所述ADC电路的输入端耦接；

1≤i≤M，1≤j≤N，N为像素总行数。

2.如权利要求1所述的全差分像素读出电路，其特征在于，所述参考像素为：所述第i组像素中选取顺序早于所述第j个像素的像素。

3.如权利要求1所述的全差分像素读出电路，其特征在于，所述参考像素为：与所述第j个像素之间间隔n个像素的像素。

4.如权利要求1所述的全差分像素读出电路，其特征在于，所述第j个像素电路还包括：复位管、传输管以及源极跟随管、二极管，其中：

所述复位管，栅极输入复位信号，漏极与预设的电压源耦接，源极与所述传输管的漏极以及所述源极跟随管的栅极耦接；

所述传输管，栅极输入传输信号，源极与所述二极管的负极耦接；

所述源极跟随管，漏极与所述电压源耦接，源极与所述第一行选择管的漏极、所述第二行选择管的漏极耦接；

所述第一行选择管，栅极输入所述选择信号，源极与所述第一位线耦接；

所述第二行选择管，栅极输入所述参考信号，源极与所述第二位线耦接；

所述二极管，正极与地耦接。

5.一种像素电路，其特征在于，包括：4T像素电路以及第二行选择管，其中：所述4T像素电路，包括复位管、传输管、源极跟随管、第一行选择管以及二极管，其中：所述复位管，栅极输入复位信号，漏极与预设的电压源耦接，源极与所述传输管的漏极以及所述源极跟随管的栅极耦接；所述传输管，栅极输入传输信号，源极与所述二极管的负极耦接；所述源极跟随管，漏极与所述电压源耦接，源极与所述第一行选择管的漏极、所述第二行选择管的漏极耦接；所述第一行选择管，栅极输入对第j个像素的选择信号，源极与第一位线耦接；所述二极管，正极与地耦接；

所述第二行选择管，栅极输入参考信号，源极与第二位线耦接；所述参考信号为：当第k个像素被选取时选取第j个像素的信号，所述第j个像素为所述第k个像素的参考像素；所述第j个像素在所述第k个像素之前被选取。

6.一种像素数据读出方法，其特征在于，适于对权利要求4所述的全差分像素读出电路进行控制，所述方法包括：

在读取所述j个像素时，生成控制信号并输出；所述控制信号包括：输入至所述第j个像素电路的第一行选择管的所述选择信号，输入至所述参考像素电路的第二行选择管的所述参考信号；输入至所述第j个像素电路的复位管的第一复位信号，输入至所述参考像素电路的复位管的第二复位信号；输入至所述第j个像素电路的传输管的传输信号；

接收所述第i组像素读出子电路的输出，获取所述第j个像素的数据。

7.如权利要求6所述的像素数据读出方法，其特征在于，所述控制信号还适于：控制所述参考像素电路中的传输管处于关闭状态。

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