CN112188125A - 一种噪声抵消电路以及图像传感器 - Google Patents
一种噪声抵消电路以及图像传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种噪声抵消电路以及图像传感器,噪声抵消电路包括放大器电路以及信号补偿电路;放大器电路分别与像素单元和信号补偿电路连接;当像素电源的电压信号变化时,放大器电路基于像素单元提供的第一电源噪声信号和信号补偿电路提供的第二电源噪声信号生成第一抵消信号;当像素地的电压信号变化时,放大器电路基于像素单元提供的第一地噪声信号和信号补偿电路提供的第二地噪声信号生成第二抵消信号;第一抵消信号相对于像素电源的电压变化信号的增益小于1,第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。本发明提供的噪声抵消电路的去噪质量高,不会引入额外的噪声,可以确保图像的成像质量,且成本较低,适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器模拟电路设计领域,特别涉及一种噪声抵消电路以及图像传感器。
背景技术
图像传感器(例如CMOS图像传感器)中的像素单元通常会连接至像素电源和像素地。其中,在利用图像传感器处理图像数据的过程中,像素电源和像素地的电压信号通常会由于扰动而发生变化,则会产生电源噪声和地噪声,并会对图像传感器所输出的图像数据信号造成干扰而产生噪声信号(例如行纹噪声),最终会影响到图像的成像质量。因此,通常需要对图像的噪声信号进行消除。
相关技术中,消除图像的噪声信号的方法主要为:
方法一、采用耦合偏置的方式消除图像噪声。图1为相关技术中所提供的一种噪声抵消电路的结构示意图,如图1所示,所述噪声抵消电路中包括有偏置晶体管和电压转电流模块。所述偏置晶体管分别与电压转电流魔块、以及像素单元中的电流镜M1的栅极连接,所述电压转电流模块与像素电源连接。其中,当像素电源的电压信号由于扰动而变化时,会使得像素单元的节点a处的电压信号的幅值发生变化而产生噪声信号。此时,通过调节所述电压转电流模块的转换系数以及偏置晶体管的跨导gm即可调节所述电流镜M1漏极的电压信号的幅值,以使得所述电流镜M1漏极的电压信号的幅值和所述节点a出的电压信号的幅值相反,从而以抵消所述节点a处由于像素电源变化而产生的噪声信号。
方法二、采用DAC抵消结构消除图像噪声。图2为相关技术中所提供的另一种噪声抵消电路的结构示意图,如图2所示,所述噪声抵消电路中包括有电压转电流模块。所述电压转电流模块与像素电源连接,所述电压转电流模块还通过一电容连接至比较器的正相输入端,以及,所述电压转电流模块还通过一电阻R连接至DAC地。所述比较器的负相输入端通过一电容与放大器电路连接,所述放大器电路还与所述像素单元连接。其中,当像素电源的电压信号、像素地的电压信号、DAC地的电压信号由于扰动而变化时,所述像素单元会输出噪声信号,所述噪声信号会经由所述放大器电路传输至所述比较器的负相输入端。此时,可以调节所述电压转电流模块的转换系数,以使得比较器的正相输入端所接收到的电压信号的幅值和所述比较器的负相输入端所接收到的噪声信号的幅值相同、相位相同,从而抵消所述放大器电路所输出的噪声信号。
但是,相关技术中,采用方法一和方法二的结构消除图像噪声时均需引入电压转电流模块,而电压转电流模块会产生较大的噪声,因此通常需要对所述电压转电流模块进行折中处理以压低电压转电流模块的噪声。所述折中处理一般包括:添加一电容值较大的片内电容或者添加一阻值较大的电阻以降低偏置电流。其中,当添加电容值较大的片内电容时会增大芯片制造面积,提高成本。当添加一阻值较大的电阻则可能引入更多的电流噪声从而导致图像传感器所输出的噪声信号更强,则影响图像的成像质量。并且,采用方法二消除图像噪声时,所述放大器电路的正相输入端所接收到的参考电压信号Vref1会产生噪声,影响去噪质量以及图像成像质量。此外,方法二中的电路仅适用于单斜模数转换器中,适用范围较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种噪声抵消电路以及图像传感器,以解决相关技术中的噪声抵消电路的去噪质量低、无法确保图像成像质量低、成本较高、适用范围较小的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种噪声抵消电路,所述噪声抵消电路包括:
放大器电路,所述放大器电路的负相输入端与像素单元的输出端连接,所述像素单元分别与像素电源和像素地连接;
信号补偿电路,所述信号补偿电路包括至少两个电容元件,所述电容元件为可变电容或固定电容;所述至少两个电容元件中的部分电容元件的一端与所述像素电源连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;所述至少两个电容元件中的其他电容元件的一端与所述像素地连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;
其中,当像素电源的电压信号发生扰动而变化时,像素单元向放大器电路的负相输入端提供第一电源噪声信号,信号补偿电路向放大器电路的正相输入端提供第二电源噪声信号,放大器电路基于第一电源噪声信号和第二电源噪声信号生成第一抵消信号并输出,所述第一抵消信号相对于像素电源的电压变化信号的增益小于1;当像素地的电压信号发生扰动而变化时,像素单元向放大器电路的负相输入端提供第一地噪声信号,信号补偿电路向放大器电路的正相输入端提供第二地噪声信号,放大器电路基于第一地噪声信号和第二地噪声信号生成第二抵消信号并输出,第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
可选的,通过调节与所述像素电源连接的电容元件的电容值或者调节与所述像素电源连接的电容元件的个数来调节所述第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1;通过调节与所述像素地连接的电容元件的电容值或者调节与所述像素地连接的电容元件的个数来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
可选的,当所述电容元件为可变电容时,通过调节与像素电源连接的所述电容元件的电容值来调节第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1;以及,通过调节与像素地连接的电容元件的电容值来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1;
当所述电容元件为固定电容时,通过调节与像素电源连接的电容元件的个数来调节第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于像素电源的电压变化信号的增益小于1;以及,通过调节与像素地连接的电容元件的个数来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
可选的,所述放大器电路包括可编程增益放大器、第一可变电容、第一固定电容、第二固定电容、第一开关、第二开关;
所述可编程增益放大器的正相输入端与所述信号补偿电路的输出端连接,所述可编程增益放大器的正相输入端还通过所述第一开关与一参考电压源连接;所述可编程增益放大器的负相输入端与所述第一固定电容的一端连接,所述第一固定电容的另一端与所述像素单元的输出端连接,所述可编程增益放大器的负相输入端还通过所述第二开关与所述可编程增益放大器的输出端连接,所述可编程增益放大器的负相输入端还与所述第一可变电容的一端连接,所述第一可变电容的另一端与所述可编程增益放大器的输出端连接;所述可编程增益放大器的输出端作为所述放大器电路的输出端与所述第二固定电容的一端连接,所述第二固定电容的另一端连接至模拟地;其中,所述第一固定电容的电容值大于所述第一可变电容的电容值;
以及,当所述像素单元向所述放大器电路输出图像数据信号时,所述第一开关与所述第二开关均断开。
可选的,
所述至少两个电容元件包括第二可变电容和第三可变电容,所述第二可变电容的一端与所述像素电源连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;所述第三可变电容的一端与所述像素地连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;其中,通过调节所述第二可变电容的电容值来调节第二电源噪声信号的幅值;通过调节所述第三可变电容的电容值来调节第二地噪声信号的幅值;
或者,所述至少两个电容元件包括n个固定电容,n为整数,且n>1;以及,所述信号补偿电路还包括n个2选1开关;所述n个固定电容中的每个固定电容均通过一2选1开关连接至所述像素电源或像素地;通过调节各个2选1开关的开合状态来调节所述n个固定电容中连接至所述像素电源的固定电容的个数和连接至所述像素地的固定电容的个数,以分别调节第二电源噪声信号和第二地噪声信号的幅值;
以及,所述至少两个电容元件的电容值之和为预设电容值。
可选的,所述信号补偿电路还包括一第四可变电容;所述第四可变电容的一端连接至基准地,所述第四可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端。
可选的,所述信号补偿电路还包括第五可变电容;所述第五可变电容的一端连接至基准地,所述第五可变电容的另一端连接至所述放大器电路的正相输入端;
所述至少两个电容元件、以及所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值。
可选的,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等。
可选的,所述放大器电路的输出端还通过一第三固定电容连接至一比较器的负相输入端,所述比较器的正相输入端与第四固定电容的一端连接,所述第四固定电容的另一端连接至第二节点,所述第二节点通过一电阻连接至DAC地,所述第二节点还连接至一电流镜DAC的输出端,所述电流镜DAC的输入端连接至DAC电压源。
可选的,所述信号补偿电路还包括第四可变电容和第五可变电容,所述第四可变电容的一端连接至DAC地,所述第四可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;所述第五可变电容的一端连接至基准地,所述第五可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;
所述至少两个电容元件、以及所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等;
其中,当所述DAC地的电压信号发生扰动而变化时,所述比较器的正相输入端接收到第一DAC地噪声信号,以及所述信号补偿电路向所述放大器电路提供第二DAC地噪声信号,所述放大器电路基于所述第二DAC地噪声信号生成放大DAC地噪声信号后输出至所述比较器的负相输入端,所述比较器将所述第一DAC地噪声信号和所述放大DAC地噪声信号组合为第三抵消信号;通过调节所述第四可变电容的电容值来调节所述放大DAC地噪声信号的幅值,以使得第三抵消信号相对于DAC地的电压变化信号的增益小于1。
可选的,通过调节所述第四可变电容的电容值,使得所述放大DAC地噪声信号的幅值与所述第一DAC地噪声信号的幅值相同。
可选的,所述第二节点还与一低通电容的一端连接,所述低通电容的另一端与所述DAC地连接。
可选的,所述信号补偿电路还包括第四可变电容和第五可变电容,所述第四可变电容的一端连接至DAC地,所述第四可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;所述第五可变电容的一端连接至基准地,所述第五可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;
所述至少两个电容元件、以及所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等;
其中,当所述DAC地的电压信号发生扰动而变化时,所述比较器的正相输入端接收到第一DAC地噪声信号,以及所述信号补偿电路向所述放大器电路提供第二DAC地噪声信号,所述放大器电路基于所述第二DAC地噪声信号生成放大DAC地噪声信号后输出至所述比较器的负相输入端,所述比较器将所述第一DAC地噪声信号和所述放大DAC地噪声信号组合为第三抵消信号;通过调节所述第四可变电容的电容值来调节所述放大DAC地噪声信号的幅值,以及通过调节所述低通电容的电容值来调节所述第一DAC地噪声信号的相位,以使得第三抵消信号相对于DAC地的电压变化信号的增益小于1。
可选的,通过调节所述第四可变电容、所述低通电容的电容值,使得所述放大DAC地噪声信号的幅值与所述第一DAC地噪声信号的幅值相同、相位相同,以使得所述第三抵消信号的电压值为0。
此外,本发明还提供一种图像传感器,所述图像传感器包括像素单元以及如上所述的噪声抵消电路;所述像素单元与所述噪声抵消电路连接。
综上所述,本发明实施例提供的噪声抵消电路中包括有信号补偿电路,其中,当像素电源、像素地的电压扰动而使得像素单元向放大器电路输出第一电源噪声信号和第一地噪声信号时,所述信号补偿电路会向放大器电路提供第二电源噪声信号和第二地噪声信号,并且所述第二电源噪声信号和所述第二地噪声信号的幅值还可以自由调节。由此,可以调节所述第二电源噪声信号和所述第二地噪声信号的幅值,以使得所述放大器电路所输出的第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1,以及使得所述放大器电路所输出的第二抵消信号相对于所述像素地的电压变化信号的增益小于1。则,所述第二电源噪声信号会在一定程度上抵消所述第一电源噪声信号,所述第二地噪声信号也会在一定程度上抵消第一地噪声信号,如此可以降低噪声信号对图像数据信号的影响,确保图像的成像质量。并且,所述噪声抵消电路中主要包括有电容元件,电容为无源器件,不会产生额外噪声,则可以确保去噪质量。
以及,在利用本发明中的噪声抵消电路去除噪声信号的过程中,当所述像素单元向所述放大器电路发送图像数据时,所述第一开关会断开,从而所述参考电压源所提供的参考电压信号不会传递至所述可编程增益放大器的正相输入端,则可以避免所述参考电压源对图像数据的影响,进一步确保图像的成像质量。
此外,本发明的噪声抵消电路的第四可变电容的一端可以连接至所述DAC地,则通过调节所述第四可变电容的电容值大小可以消除DAC地电压信号的变化对图像数据信号的影响,从而可以避免DAC地电压信号的变化影响图像的成像质量。
并且,本发明的噪声抵消电路的适用范围也较广。
附图说明
图1为相关技术中所提供的一种噪声抵消电路的结构示意图;
图2为相关技术中所提供的另一种噪声抵消电路的结构示意图;
图3为本发明实施例一提供的一种噪声抵消电路的结构示意图;
图4为本发明实施例一提供的另一种噪声抵消电路的结构示意图;
图5为本发明实施例二提供的一种噪声抵消电路的结构示意图;
图6为本发明实施例三提供的一种噪声抵消电路的结构示意图;
图7为本发明实施例四提供的一种噪声抵消电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种噪声抵消电路以及图像传感器作进一步详细说明。根据下面说明书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例所提供的噪声抵消电路应用于图像传感器中,所述图像传感器中还包括有与所述噪声抵消电路连接的像素单元。其中,图3为本发明实施例提供的一种噪声抵消电路的结构示意图,如图3所示,所述噪声抵消电路10可以包括:
放大器电路11,所述放大器电路11的负相输入端与像素单元20的输出端连接,所述像素单元20分别与像素电源和像素地连接。
信号补偿电路12,所述信号补偿电路12包括至少两个电容元件,所述电容元件为可变电容或固定电容;所述至少两个电容元件中的部分电容元件的一端与所述像素电源连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;所述至少两个电容元件中的其他电容元件的一端与所述像素地连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接。
其中,当像素电源的电压信号发生扰动而变化时,像素单元20会向放大器电路11的负相输入端提供第一电源噪声信号,信号补偿电路12会向放大器电路11的正相输入端提供第二电源噪声信号,放大器电路11基于第一电源噪声信号和第二电源噪声信号生成第一抵消信号并输出。当像素地的电压信号发生扰动而变化时,像素单元20会向放大器电路11的负相输入端提供第一地噪声信号,信号补偿电路12会向放大器电路11的正相输入端提供第二地噪声信号,放大器电路11基于第一地噪声信号和第二地噪声信号生成第二抵消信号并输出。
当所述电容元件为可变电容时,通过调节与像素电源连接的所述电容元件的电容值来调节第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1;以及,通过调节与像素地连接的电容元件的电容值来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
当所述电容元件为固定电容时,通过调节与像素电源连接的电容元件的个数来调节第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于像素电源的电压变化信号的增益小于1;以及,通过调节与像素地连接的电容元件的个数来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
以及,在本实施例中,具体可以使得所述第二电源噪声信号与所述第一电源噪声信号的幅值相等,以使得所述第一抵消信号的电压值为0。以及,可以使得所述第二地噪声信号与所述第一地噪声信号的幅值相等,以使得所述第二抵消信号的电压值为0。
以下对本发明实施例所提供的噪声抵消电路做进一步向详细介绍。
实施例一
如图3所示,所述像素电路20可以包括有光电二极管(图中未示出)、第一晶体管TX、第二晶体管RST、第三晶体管SF、第四晶体管SEL以及电流镜M2。
所述第一晶体管TX的栅极连接驱动电压源,用于接收驱动电压,所述驱动电压用于控制所述第一晶体管TX导通或关闭,所述第一晶体管TX的漏极与光电二极管(图中未示出)连接,用于接收光电二极管所输出的图像数据信号,所述第一晶体管TX的源极与所述第二晶体管RST的源极以及所述第三晶体管SF的栅极连接。所述第二晶体管RST的栅极连接复位电压源,用于接收复位信号,所述复位信号用于控制所述第二晶体管RST导通或关闭。所述第二晶体管RST的漏极和所述第三晶体管SF的漏极均连接所述像素电源。所述第三晶体管SF的衬底端与所述像素地连接,所述第三晶体管SF的源极与所述第四晶体管SEL的漏极连接。所述第四晶体管SEL的栅极用于接收行选择信号,所述第四晶体管SEL的源极与所述放大器电路11的负相输入端连接,所述第四晶体管SEL的源极还与所述电流镜M2的输入端连接,所述电流镜M2的输出端与模拟地连接。
所述第一晶体管TX、第二晶体管RST、第三晶体管SF以及第四晶体管SEL可以均为NMOS管。
以及,在所述像素电源与所述第三晶体管SF的栅极之间存在有第一寄生电容C5,在所述像素地与所述第三晶体管SF的栅极之间存在第二寄生电容C6。也即是:所述第一寄生电容C5和第二寄生电容C6分别为FD(float diode,浮动二极管)点(也即是第三晶体管SF的栅极)的对电源寄生电容和对地寄生电容。
进一步地,如图3所示,所述放大器电路11可以包括可编程增益放大器111、第一可变电容Cc1、第一固定电容C1、第二固定电容C2、第一开关S1、第二开关S2。
所述可编程增益放大器111的正相输入端作为所述放大器电路11的正相输入端(或者可以作为公共端)与所述信号补偿电路12的输出端连接,所述可编程增益放大器111的正相输入端还通过所述第一开关S1与一参考电压源连接,用于接收参考电压信号Vref1。所述可编程增益放大器111的负相输入端(例如可以作为私有端)与所述第一固定电容C1的一端连接,所述第一固定电容C1的另一端作为所述放大器电路11的负相输入端与所述像素单元20的输出端连接,所述可编程增益放大器111的负相输入端还通过所述第二开关S2与所述可编程增益放大器111的输出端连接,所述可编程增益放大器111的负相输入端还与所述第一可变电容Cc1的一端连接,所述第一可变电容Cc1的另一端与所述可编程增益放大器的输出端连接。所述可编程增益放大器的输出端作为所述放大器电路11的输出端与所述第二固定电容C2的一端连接,所述第二固定电容C2的另一端连接至模拟地。
其中,针对所述放大器电路11而言,其可以起到稳定信号以及放大信号的作用。以及,如图3所示,所述放大器电路11的增益为第一固定电容C1的电容值C1与第一可变电容Cc1的电容值Cc1的比值(也即是C1/Cc1),则,应当使得所述第一固定电容的电容值C1大于所述第一可变电容的电容值Cc1,以确保所述可编程增益放大器111的增益大于1,从而实现放大信号的作用。
此外,需要说明的是,在本实施例中,所述图像传感器的工作状态可以包括有复位状态和工作状态。并且,所述复位状态主要通过开合所述第一开关S1和第二开关S2以实现。其中,所述第一开关S1和所述第二开关S2具体可以采用一时序信号来控制闭合状态。例如,当所述时序信号为高电平信号时,所述第一开关S1和所述第二开关S2均闭合,当所述时序信号为低电平信号时,所述第一开关S1和所述第二开关S2均断开。
基于此,当需要所述图像传感器处于复位状态时,可以控制所述第一开关S1和所述第二开关S2均闭合,控制所述驱动电压源输出低电平信号。此时,所述第一晶体管TX栅极接收到低电平信号,所述第一晶体管TX截止,则所述图像数据信号无法传送至所述像素单元中。同时,基于所述第一开关S1闭合,则所述可编程增益放大器111的正相输入端会接收到参考电压信号Vref1,所述可编程增益放大器111的输出端所输出的信号会被复位为参考电压信号Vref1,以及基于所述第二开关S2闭合,使得所述可编程增益放大器111的负相输入端所接收到的信号也为参考电压信号Vref1,以此实现对图像传感器的复位。
当需要所述图像传感器处于工作状态时,可以控制所述第一开关S1和所述第二开关S2均断开,同时控制所述驱动电压源输出高电平信号。则所述第一晶体管TX的栅极接收到高电平信号,所述第一晶体管TX导通,此时,所述图像数据信号会通过所述第一晶体管TX传输至所述像素单元20的输出端,进而传输至所述放大器电路10中,以使得所述放大器电路10对所述图像数据信号进行放大并输出,以进行后续的处理。
需要说明的是,本实施例中,当所述像素单元在复位之后或者接收图像数据信号时(也即是处于工作状态时),所述第一开关S1会断开,则所述参考电压信号Vref1无法传递至所述可编程增益放大器111的正相输入端,从而可以避免“参考电压信号Vref1引入噪声而影响图像数据信号”这一情况的发生,确保了后续图像的成像质量。
再进一步地,参考图3,本实施例一中,所述电容元件可以为可变电容,此时,所述信号补偿电路12中的至少两个电容元件可以包括第二可变电容Cc2和第三可变电容Cc3。所述第二可变电容Cc2的一端与所述像素电源连接,所述第二可变电容Cc2的另一端与第一节点a1连接,所述第一节点a1连接至所述可编程增益放大器111的正相输入端。所述第三可变电容Cc3的一端与所述像素地连接,所述第三可变电容Cc3的另一端与所述第一节点a1。
以及,参考图3所示,所述信号补偿电路12还可以包括有一第四可变电容Cc4和第五可变电容Cc5。所述第四可变电容Cc4的一端连接至基准地,所述第四可变电容Cc4的另一端连接所述第一节点a1。所述第五可变电容Cc5的一端连接至基准地,所述第五可变电容Cc5的另一端连接所述第一节点a1。
其中,所述第二可变电容Cc2、第三可变电容Cc3、以及所述第五可变电容Cc5的电容值之和等于所述预设电容值Cc。并且,所述预设电容值Cc与所述第四可变电容Cc4的电容值Cc4的比值和所述第一固定电容C1的电容值C1与所述第一可变电容Cc1的电容值Cc1的比值相等,即:Cc/Cc4=C1/Cc1。
以及,在图3所示的结构中,可编程增益放大器111的输出阻抗极大,则针对所述可编程增益放大器111而言,其输出信号Vpga的信号值Vpga与其正相输入端所接收到的信号Vref的信号值Vref以及负相输入端所接收到的信号Vpix的信号值Vpix之间的对应关系为:
vpga=p1×vpix+p2×vref
vpix=a1×vpixin+a2×vpixvdd+a3×vpixgnd
vref=b1×vpixvdd+b2×vpixgnd+(b3+b4)×vrefgnd
其中,Vpixin为所述像素单元20所接收到的图像数据信号的信号值,Vpixvdd为所述像素电源的电压信号的信号值,Vpixgnd为所述像素地的电压信号的信号值,Vrefgnd为所述基准地的电压信号的信号值,gm、gmb分别为第三晶体管SF的栅极电压、像素地的电压相对于所述第三晶体管SF的源极的跨导,a1、a2、a3分别为像素单元20对于Vpixin、Vpixvdd、Vpixgnd的放大系数。C1、Cc1、C5、C6、Cc2、Cc3、Cc4、Cc5分别为第一固定电容C1、第一可变电容Cc1、第一寄生电容C5、第二寄生电容C6、第二可变电容Cc2、第三可变电容Cc3、第四可变电容Cc4、第五可变电容Cc5的电容值。
由此可知,当所述像素电源的电压、像素地的电压、基准地的电压发生扰动时,会影响到放大器电路11的正相输入端和负相输入端所接收到的电压信号,进而会影响到所述放大器电路11的输出端所输出的图像数据信号,从而会影响后续的成像质量。因此,需要对像素电源的电压、像素地的电压、基准地的电压扰动时所带来的噪声信号进行消除。其中,由于所述基准地的电压较为稳定,不会产生太多扰动,因此可以忽略所述基准地电压变化所引起的噪声信号。则本实施例一中,主要描述消除像素电源和像素地的电压信号的扰动所带来的噪声信号的方法。
具体而言,当所述像素电源的电压信号发生扰动而变化时,所述像素单元20会向所述放大器电路10的负相输入端输入第一电源噪声信号Vvdd1,所述信号补偿电路12会向所述放大器电路10的正相输入端输入第二电源噪声信号Vvdd2,所述第一电源噪声信号Vvdd1的信号值Vvdd1、第二电源噪声信号Vvdd2的信号值Vvdd2为:
Vvdd1=a2×ΔVpixvdd
Vvdd2=b1×ΔVpixvdd
其中,△Vpixvdd为像素电源的电压变化信号△Vpixvdd的信号值,△Vpixvdd=Vpixvdd(t1)-Vpixvdd(t0),Vpixvdd(t0)为所述像素单元复位状态之后的t0时刻下的像素电源电压信号的值,Vpixvdd(t1)为所述像素单元复位状态之后的t1时刻下的像素电源电压信号的值,t0<t1。
之后,所述放大器电路11会基于所述第一电源噪声信号Vvdd1、第二电源噪声信号Vvdd2生成第一抵消信号Vno1并输出。其中,所述第一抵消信号Vno1的电压值Vno1为:
Vno1=p1×Vvdd1+p2×Vvdd2
由此,通过调节所述第二可变电容Cc2的电容值Cc2,即可调节所述第二电源噪声信号Vvdd2的幅值,进而可以调节所述第一抵消信号Vno1相对于所述像素电源的电压变化信号的增益。以及,本实施例中,可以使得所述第一抵消信号Vno1相对于所述像素电源的电压变化信号的增益尽可能的小,例如小于1,则会使得所述第一电源噪声信号Vvdd1与所述第二电源噪声信号Vvdd2两者的抵消部分越多,从而可以降低像素电源的电压信号扰动所产生的噪声信号对图像数据信号的影响,确保了后续的图像成像质量。
示例的,在本实施例中,具体可以使得所述第二电源噪声信号Vvdd2和所述第一电源噪声信号Vvdd1的幅值相同,如此,所述第一电源噪声信号Vvdd2与所述第二电源噪声信号Vvdd2可以全部抵消,所述第一抵消信号的电压值即为0,也即是,将所述像素电源扰动所引起的噪声信号完全抵消,则确保了图像的成像质量。
同理的,针对图3所示的结构而言,当所述像素地的电压信号发生扰动而变化时,所述像素单元20会向所述放大器电路10的负相输入端的第一地噪声信号Vgnd1,所述信号补偿电路12会向所述放大器电路10的正相输入端的第二地噪声信号Vgnd2,其中,第一地噪声信号Vgnd1的电压值Vgnd1、第二地噪声信号Vgnd2的电压值Vgnd2为:
Vgnd1=a3×ΔVpixgnd
Vgnd2=b2×ΔVpixvdd
其中,△Vpixgnd为像素地的电压变化信号△Vpixgnd的电压值,△Vpixgnd=Vpixgnd(t1)-Vpixgnd(t0),Vpixgnd(t0)为所述像素单元复位状态之后的t0时刻下的像素地电压信号的值,Vpixgnd(t1)为所述像素单元复位状态之后的t1时刻下的像素地电压信号的值。
之后,所述放大器电路11会基于所述第一地噪声信号Vgnd1、第二地噪声信号Vgnd2生成为第二抵消信号Vno2并输出。所述第二抵消信号Vno2的电压值Vno2为:
Vno2=p1×Vgnd1+p2×Vgnd2
则,通过调节所述第三可变电容Cc3的电容值Cc3,即可调节所述第二地噪声信号Vgnd2的幅值,进而可以调节所述第二抵消信号Vno2相对于所述像素电源的电压变化信号的增益。其中,本实施例中,主要是使得所述第二抵消信号Vno2相对于所述像素电源的电压变化信号的增益尽可能的小,例如小于1,则会使得所述第一地噪声信号Vgnd1与所述第二地噪声信号Vgnd2两者的抵消部分尽可能的多,从而可以降低像素地的电压信号扰动所产生的噪声信号对图像数据信号的影响,确保了后续的图像成像质量。
其中,本实施例中,具体可以使得所述第二地噪声信号Vgnd2和所述第一地噪声信号Vgnd1的幅值相同,如此,所述第一地噪声信号Vgnd1和所述第二地噪声信号Vgnd2即可全部抵消,所述第二抵消信号的电压值即为0,也即是,将所述像素地扰动所引起的噪声信号完全抵消,则确保了图像的成像质量。
此外,需要说明的是,本实施例二中也可以不设置所述第五可变电容Cc5,其中,图4为本发明实施例一提供的另一种噪声抵消电路的结构示意图,相比于图3所示的结构而言,图4中未设置第五可变电容Cc5,此时,所述第二可变电容Cc2、所述第三可变电容Cc3的电容值之和为所述预设电容值Cc。并且,Cc/Cc4=C1/Cc1。
实施例二
在本实施例二中,所述像素单元与所述放大器电路的结构与实施例一中的像素单元和放大器电路的结构相同,不同于实施例一之处在于:信号补偿电路不同。其中,图5为本发明实施例二提供的一种噪声抵消电路的结构示意图,如图5所示,所述噪声抵消电路的信号补偿电路中的至少两个电容元件包括n个固定电容Cp,例如可以包括有固定电容Cp1、Cp2、Cp3....Cpn,n为整数,且n>1。所述固定电容Cpn....Cp3、Cp2、Cp1的电容值可以分别为2n-1C、2n-2C、…21C、20C。
以及,所述信号补偿电路还可以包括n个2选1开关S3。所述n个固定电容Cp中的每个固定电容均通过一2选1开关S3连接至所述像素电源或像素地。由此,通过调节各个2选1开关S3的开合状态即可调节所述n个固定电容Cp中连接至所述像素电源的固定电容的个数和连接至所述像素地的固定电容的个数,以分别调节所述信号补偿电路所输出的第二电源噪声信号和第二地噪声信号的幅值。
进一步地,所述信号补偿电路12还可以包括有第四可变电容Cc4,所述第四可变电容Cc4的一端连接至第一节点a1,所述第四可变电容Cc4的另一端连接至所述基准地。
其中,所述固定电容Cp1-Cpn的电容值之和为所述预设电容值Cc。并且,所述预设电容值Cc与所述第四可变电容的电容值Cc4的比值和所述第一固定电容的电容值C1与所述第一可变电容的电容值Cc1的比值相等,或者,所述预设电容值Cc与所述第四可变电容的电容值Cc4的比值和a2与a3的比值相等。
以及,针对图5所示的结构而言,可编程增益放大器111的输出阻抗极大,则所述可编程增益放大器的输出信号Vpga的电压值Vpga与其正相输入端所接收到的信号Vref的电压值Vref以及负相输入端所接收到的信号Vpix的电压值Vpix之间的对应关系为:
vpga=p1×vpix+p2×vref
vpix=a1×vpixin+a2×vpixvdd+a3×vpixgnd
vref=b1×vpixvdd+b2×vpixgnd+b4×vrefgnd
其中,在本实施例二中,p1、p2、a1、a2、a3、b1、b2、b4的表达式与实施例一中的p1、p2、a1、a2、a3、b1、b2、b4的表达式相同。但是不同于实施例一的是,本实施例二中,Cc2为所述n个固定电容中连接至所述像素电源的所有固定电容的电容值之和。Cc3为所述n个固定电容中连接至所述像素地的所有固定电容的电容值之和,以及,C1、Cc1、C5、C6、Cc4、分别为第一固定电容C1、第一可变电容Cc1、第一寄生电容C5、第二寄生电容C6、第四可变电容Cc4的电容值。
由此可知,当所述像素电源的电压、像素地的电压、基准地的电压发生扰动时,会影响到放大器电路11的正相输入端和负相输入端所接收到的电压信号,进而会影响到所述放大器电路11的输出端所输出的图像数据信号,从而会影响后续的成像质量。因此,需要对像素电源的电压、像素地的电压、基准地的电压扰动时所带来的噪声信号进行消除。其中,由于所述基准地的电压较为稳定,不会产生太多扰动,因此可以忽略所述基准地电压变化所引起的噪声信号。则本实施例二中,主要描述消除像素电源和像素地的电压信号的扰动所带来的噪声信号的方法。
具体而言,当所述像素电源的电压信号发生扰动而变化时,所述像素单元20会向所述放大器电路10的负相输入端输出第一电源噪声信号Vvdd1为,所述信号补偿电路会向所述放大器电路的正相输入端输出第二电源噪声信号Vvdd2,第一电源噪声信号Vvdd1的电压值Vvdd1、第二电源噪声信号Vvdd2的电压值Vvdd2为:
Vvdd1=a2×ΔVpixvdd
Vvdd2=b1×ΔVpixvdd
之后,所述放大器电路11会基于所述第一电源噪声信号Vvdd1、第二电源噪声信号Vvdd2生成第一抵消信号Vno1并输出。其中,所述第一抵消信号Vno1的电压值Vno1满足:
Vno1=p1×Vvdd1+p2×Vvdd2
由此,通过调节所述n个固定电容中连接至所述像素电源的固定电容的个数,即可调节Cc2的值,进而可以调节所述第二电源噪声信号的幅值,并调节第一抵消信号Vno1相对于所述像素电源的电压变化信号的增益。在本实施例中,主要是使得所述第一抵消信号Vno1相对于所述像素电源的电压变化信号的增益尽可能的小,例如小于1,则会使得所述第一电源噪声信号Vvdd1与所述第二电源噪声信号Vvdd2两者的抵消部分越多,从而可以降低像素电源的电压信号扰动所产生的噪声信号对图像数据信号的影响,确保了后续的图像成像质量。
其中,例如可以使得所述第二电源噪声信号Vvdd2和所述第一电源噪声信号Vvdd1的幅值相同,如此,所述第二电源噪声信号Vvdd2和所述第一电源噪声信号Vvdd1即可完全抵消,所述第一抵消信号的电压值即为0,也即是可以将所述像素电源扰动所引起的噪声引号完全抵消,确保了图像的成像质量。
同理的,针对图5所示的结构而言,当所述像素低的电压信号发生扰动而变化时,所述像素单元20会向所述放大器电路10的负相输入端提供的第一地噪声信号Vgnd1,所述信号补偿电路会向所述放大器电路的正相输入端提供第二地噪声信号Vgnd2,第一地噪声信号Vgnd1的电压值Vgnd1、第二地噪声信号Vgnd2的电压值Vgnd2为:
Vgnd1=a3×ΔVpixvdd
Vgnd2=b2×ΔVpixvdd
之后,所述放大器电路11会基于所述第一地噪声信号Vgnd1、第二地噪声信号Vgnd2生成第一抵消信号Vno2并输出。其中,所述第二抵消信号Vno2的电压值Vno2为:
Vno2=p1×Vgnd1+p2×Vgnd2
由此,通过调节所述n个固定电容中连接至所述像素地的固定电容的个数,即可调节Cc3的值,从而可以调节所述第二地噪声信号的幅值,并调节所述第二抵消信号Vno2相对于所述像素地的电压变化信号的增益。本实施例中,主要是使得所述第二抵消信号Vno2相对于所述像素地的电压变化信号的增益尽可能的小,例如小于1,则会使得所述第一地噪声信号Vgnd1与所述第二地噪声信号Vgnd2两者的抵消部分越多,从而可以降低像素地的电压信号扰动所产生的噪声信号对图像数据信号的影响,确保了后续的图像成像质量。
其中,例如可以使得所述第二地噪声信号Vgnd2和所述第一地噪声信号Vgnd1的幅值相同,如此,第二地噪声信号Vgnd2和所述第一地噪声信号Vgnd1可以完全抵消,所述第一抵消信号的电压值即为0,也即是,可以将所述像素地扰动所引起的噪声引号完全抵消,确保了图像的成像质量。
此外,本实施例二中也可以设置第五可变电容,所述第五可变电容的一端连接至基准地、另一端连接至第一节点a1,此时,所述n个固定电容、第五可变电容的电容值之和为所述预设电容值Cc。并且,Cc/Cc4=C1/Cc1。
实施例三
本实施例三中不同于实施例一和实施例二之处主要在于信号补偿电路的结构不同以及放大器电路11还连接有其他器件。其中,图6为本发明实施例三提供的一种噪声抵消电路的结构示意图,如图6所示,所述放大器电路11的输出端还通过一第三固定电容C3连接至一比较器40的负相输入端,所述比较器40的正相输入端与第四固定电容C4的一端连接,所述第四固定电容C4的另一端连接至第二节点a2,所述第二节点a2通过一电阻R连接至DAC地,所述第二节点a2还连接至一电流镜DAC的输出端,所述电流镜DAC的输入端连接至DAC电压源。
以及,在本实施例三中,所述信号补偿电路12中除所述至少两个电容元件外还可以包括有第四可变电容Cc4和第五可变电容Cc5,所述第五可变电容Cc5的连接方式与实施例一中的第五可变电容Cc5的连接方式相同,即:所述第五可变电容Cc5的一端连接至基准地、另一端连接所述第一节点a1。第四可变电容Cc4的连接方式与上述实施例一和实施例二中第四可变电容Cc4的连接方式不同,具体而言,本实施例三中,第四可变电容Cc4的一端连接至DAC地、另一端连接所述第一节点a1。
以及,所述至少两个电容元件、所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值Cc,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等。
需要说明的是,本实施例三中所述至少两个电容元件的设置方式与如实施例一或者实施例二中的中至少两个电容元件的设置方法一致,本发明实施例在此不做赘述。其中,图6主要以实施例一中的所述至少两个电容元件的设置方式为例进行说明。
以及,在图6所示的结构中,可编程增益放大器111的输出阻抗极大,则针对所述可编程增益放大器111而言,其输出信号Vpga的电压值Vpga与其正相输入端所接收到的信号Vref的电压值Vref以及负相输入端所接收到的信号Vpix的电压值Vpix之间的对应关系为:
vpga=p1×vpix+p2×vref
vpix=a1×vpixin+a2×vpixvdd+a3×vpixgnd
vref=b1×vpixvdd+b2×vpixgnd+b3×vrefgnd+b4×vdacgnd
其中,Vdacgnd为所述DAC地的电压信号Vdacgnd的电压值。以及,在本实施例二中,p1、p2、a1、a2、a3、b1、b2、b3、b4的表达式与实施例一中的p1、p2、a1、a2、a3、b1、b2、b3、b4的表达式相同,且C1、Cc1、C5、C6、Cc2、Cc3、Cc4、Cc5分别为第一固定电容C1、第一可变电容Cc1、第一寄生电容C5、第二寄生电容C6、第二可变电容Cc2、第三可变电容Cc3、第四可变电容Cc4、第五可变电容Cc5的电容值。
以及,有上述公式可知,当所述像素电源的电压、像素地的电压、基准地的电压、DAC地的电压发生扰动时,会影响到放大器电路11的正相输入端和负相输入端所接收到的电压信号,进而会影响到所述放大器电路11的输出端所输出的图像数据信号,从而会影响后续的成像质量。因此,需要对像素电源的电压、像素地的电压、基准地的电压扰动时所带来的噪声信号进行消除。其中,由于所述基准地的电压较为稳定,不会产生太多扰动,因此可以忽略所述基准地电压变化所引起的噪声信号。以及,消除像素电源和像素地的电压信号的扰动所带来的噪声信号的方法具体可以参见上述实施例一或实施例二的描述,本实施例在此不做赘述,本实施例三中,主要描述消除DAC地的电压信号的扰动所带来的噪声信号的方法。
具体而言,当图6所示的DAC地的电压发生扰动而变化时,会使得第二节点a2处的电压发生变化,其中,第二节点a2的电压的变化值△Va2为:
ΔVa2=(IDACr+vdacgnd(t1))-(IDACr+vdacgnd(t0))=Δvdacgnd
其中,IDAC为流经电阻R的电流值,r为电阻R的阻值。△Vdacgnd为DAC地的电压变化信号△Vdacgnd的信号值,Vdacgnd(t0)为所述像素单元复位状态之后的t0时刻下的DAC地电压信号的值,Vdacgnd(t1)为所述像素单元复位状态之后的t1时刻下的DAC地电压信号的值。
以及,当所述第二节点a2的电压变化时,会使得所述比较器的正相输入端会接收到第一DAC地噪声信号Vdac1,所述第一DAC地噪声信号Vdac1的电压值Vdac1为:
Vdac1=ΔVa2=Δvdacgnd
以及,当所述DAC地的电压信号扰动变化时,所述信号补偿电路会向所述放大器电路提供第二DAC地噪声信号Vdac2,所述放大器电路基于所述第二DAC地噪声信号生成放大DAC地噪声信号Vdac3后输出至所述比较器的负相输入端,所述负相输入端将所述第一DAC地噪声信号Vdac1与所述放大DAC地噪声信号Vdac3组合为第三抵消信号Vcmin。
其中,第二DAC地噪声信号Vdac2的电压值Vdac2为:
Vdac2=b4×Δvdacgnd
所述放大DAC地噪声信号Vdac3的电压值Vdac3为:
Vdac3=p2×Δvdac2
所述第三抵消信号Vcmin的电压值Vcmin为:
Vcmin=Vdac1-Vdac3
此时,第三抵消信号Vcmin相对于DAC地的电压变化△Vdacgnd的增益为:
由此,通过调节所述第四可变电容Cc4的电容值Cc4,即可调节所述放大DAC地噪声信号的幅值,进而调节第三抵消信号Vcmin相对于DAC地的电压变化信号△Vdacgnd的增益。以及,本实施例中,主要是使得所述第三抵消信号Vcmin相对于所述DAC地的电压变化信号的增益尽可能的小,例如小于1,则会使得所述第一DAC地噪声信号Vdac1与所述放大DAC地噪声信号Vdac3两者的抵消部分越多,从而可以降低DAC地的电压信号扰动所产生的噪声信号对图像数据信号的影响,确保了后续的图像成像质量。
示例的,可以使得所述第一DAC地噪声信号Vdac1与所述放大DAC地噪声信号Vdac3的幅值相同,如此,所述第一DAC地噪声信号Vdac1与所述放大DAC地噪声信号Vdac3可以基本全部抵消,从而可以在一定程度上避免DAC地电压信号的变化影响图像的成像质量,保证了图像的成像质量。
实施例四
本实施例四所提供的结构与实施例三的结构有所不同。图7为本发明实施例四所提供的一种噪声抵消电路的结构示意图,其中,图7所示中的像素单元20以及信号补偿电路10与图6所示的结构中的像素单元20以及信号补偿电路10均相同,不同之处主要在于,在图7所示的结构中,所述第二节点a2还通过一低通电容Cdac连接至所述DAC地。
其中,通过调节所述低通电容Cdac的电容值可以调节所述第一DAC地噪声信号Vdac1的相位。基于此,针对图7所示的结构而言,通过调节所述第四可变电容Cc4的电容值Cc4以及所述低通电容Cdac的电容值,即可调节所述放大DAC地噪声信号的幅值和所述第一DAC地噪声信号的相位,以调节所述第三抵消信号Vcmin相对于DAC地的电压变化的增益,使得所述第三抵消信号Vcmin相对于所述DAC地的电压变化信号的增益尽可能的小,例如小于1,则会可以确保后续的图像成像质量。
示例的,在本实施例中,具体可以使得所述第一DAC地噪声信号Vdac1与所述放大DAC地噪声信号Vdac3的幅值相同、相位相同,如此,所述第一DAC地噪声信号Vdac1与所述放大DAC地噪声信号Vdac3可以全部抵消,从而可以避免DAC地电压信号的变化影响图像的成像质量,保证了图像的成像质量。
此外,在本实施例四中,通过调节所述低通电容Cdac的电容值或所述电阻R的电阻值可以调节所述电流镜DAC的极点,以使得所述电流镜DAC的极点与所述可编程增益放大器111的极点一致,从而使得电流镜DAC的带宽和所述可编程增益放大器111的带宽一致,则可以使得所述放大DAC地噪声信号与所述第一DAC地噪声信号的抵消效果更好,从而确保去噪质量,以进一步确保图像的成像质量。
综上所述,本发明实施例提供的噪声抵消电路中包括有信号补偿电路,其中,当像素电源、像素地的电压扰动而使得像素单元向放大器电路输出第一电源噪声信号和第一地噪声信号时,所述信号补偿电路会向放大器电路提供第二电源噪声信号和第二地噪声信号,并且所述第二电源噪声信号和所述第二地噪声信号的幅值还可以自由调节。由此,可以调节所述第二电源噪声信号和所述第二地噪声信号的幅值,以使得所述放大器电路所输出的第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1,以及使得所述放大器电路所输出的第二抵消信号相对于所述像素地的电压变化信号的增益小于1。则,所述第二电源噪声信号会在一定程度上抵消所述第一电源噪声信号,所述第二地噪声信号也会在一定程度上抵消第一地噪声信号,如此可以降低噪声信号对图像数据信号的影响,确保图像的成像质量。并且,所述噪声抵消电路中主要包括有电容元件,电容为无源器件,不会产生额外噪声,则可以确保去噪质量。
以及,在利用本发明中的噪声抵消电路去除噪声信号的过程中,当所述像素单元向所述放大器电路发送图像数据时,所述第一开关会断开,从而所述参考电压源所提供的参考电压信号不会传递至所述可编程增益放大器的正相输入端,则可以避免所述参考电压源对图像数据的影响,进一步确保图像的成像质量。
此外,本发明的噪声抵消电路的第四可变电容的一端可以连接至所述DAC地,则通过调节所述第四可变电容的电容值大小可以消除DAC地电压信号的变化对图像数据信号的影响,从而可以避免DAC地电压信号的变化影响图像的成像质量。
并且,本发明的噪声抵消电路的适用范围也较广。
最后,本发明还提供一种图像传感器,所述图像传感器包括像素单元以及如上任一实施例所述的噪声抵消电路(例如图3-图7任一所示的噪声抵消电路),所述像素单元与所述噪声抵消电路连接。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (15)
1.一种噪声抵消电路,其特征在于,所述噪声抵消电路包括:
放大器电路,所述放大器电路的负相输入端与像素单元的输出端连接,所述像素单元分别与像素电源和像素地连接;
信号补偿电路,所述信号补偿电路包括至少两个电容元件,所述电容元件为可变电容或固定电容;所述至少两个电容元件中的部分电容元件的一端与所述像素电源连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;所述至少两个电容元件中的其他电容元件的一端与所述像素地连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;
其中,当像素电源的电压信号发生扰动而变化时,像素单元向放大器电路的负相输入端提供第一电源噪声信号,信号补偿电路向放大器电路的正相输入端提供第二电源噪声信号,放大器电路基于第一电源噪声信号和第二电源噪声信号生成第一抵消信号并输出,所述第一抵消信号相对于像素电源的电压变化信号的增益小于1;当像素地的电压信号发生扰动而变化时,像素单元向放大器电路的负相输入端提供第一地噪声信号,信号补偿电路向放大器电路的正相输入端提供第二地噪声信号,放大器电路基于第一地噪声信号和第二地噪声信号生成第二抵消信号并输出,第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
2.如权利要求1所述的噪声抵消电路,其特征在于,通过调节与所述像素电源连接的电容元件的电容值或者调节与所述像素电源连接的电容元件的个数来调节所述第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1;通过调节与所述像素地连接的电容元件的电容值或者调节与所述像素地连接的电容元件的个数来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
3.如权利要求2所述的噪声抵消电路,其特征在于,
当所述电容元件为可变电容时,通过调节与像素电源连接的所述电容元件的电容值来调节第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于所述像素电源的电压变化信号的增益小于1;以及,通过调节与像素地连接的电容元件的电容值来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1;
当所述电容元件为固定电容时,通过调节与像素电源连接的电容元件的个数来调节第二电源噪声信号的幅值,以使得第一抵消信号相对于像素电源的电压变化信号的增益小于1;以及,通过调节与像素地连接的电容元件的个数来调节第二地噪声信号的幅值,以使得第二抵消信号相对于像素地的电压变化信号的增益小于1。
4.如权利要求2所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述放大器电路包括可编程增益放大器、第一可变电容、第一固定电容、第二固定电容、第一开关、第二开关;
所述可编程增益放大器的正相输入端与所述信号补偿电路的输出端连接,所述可编程增益放大器的正相输入端还通过所述第一开关与一参考电压源连接;所述可编程增益放大器的负相输入端与所述第一固定电容的一端连接,所述第一固定电容的另一端与所述像素单元的输出端连接,所述可编程增益放大器的负相输入端还通过所述第二开关与所述可编程增益放大器的输出端连接,所述可编程增益放大器的负相输入端还与所述第一可变电容的一端连接,所述第一可变电容的另一端与所述可编程增益放大器的输出端连接;所述可编程增益放大器的输出端作为所述放大器电路的输出端与所述第二固定电容的一端连接,所述第二固定电容的另一端连接至模拟地;其中,所述第一固定电容的电容值大于所述第一可变电容的电容值;
以及,当所述像素单元向所述放大器电路输出图像数据信号时,所述第一开关与所述第二开关均断开。
5.如权利要求4所述的噪声抵消电路,其特征在于,
所述至少两个电容元件包括第二可变电容和第三可变电容,所述第二可变电容的一端与所述像素电源连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;所述第三可变电容的一端与所述像素地连接、另一端与所述放大器电路的正相输入端连接;其中,通过调节所述第二可变电容的电容值来调节第二电源噪声信号的幅值;通过调节所述第三可变电容的电容值来调节第二地噪声信号的幅值;
或者,所述至少两个电容元件包括n个固定电容,n为整数,且n>1;以及,所述信号补偿电路还包括n个2选1开关;所述n个固定电容中的每个固定电容均通过一2选1开关连接至所述像素电源或像素地;通过调节各个2选1开关的开合状态来调节所述n个固定电容中连接至所述像素电源的固定电容的个数和连接至所述像素地的固定电容的个数,以分别调节第二电源噪声信号和第二地噪声信号的幅值;
以及,所述至少两个电容元件的电容值之和为预设电容值。
6.如权利要求5所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述信号补偿电路还包括一第四可变电容;所述第四可变电容的一端连接至基准地,所述第四可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端。
7.如权利要求6所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述信号补偿电路还包括第五可变电容;所述第五可变电容的一端连接至基准地,所述第五可变电容的另一端连接至所述放大器电路的正相输入端;
所述至少两个电容元件、以及所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值。
8.如权利要求6或7所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等。
9.如权利要求5所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述放大器电路的输出端还通过一第三固定电容连接至一比较器的负相输入端,所述比较器的正相输入端与第四固定电容的一端连接,所述第四固定电容的另一端连接至第二节点,所述第二节点通过一电阻连接至DAC地,所述第二节点还连接至一电流镜DAC的输出端,所述电流镜DAC的输入端连接至DAC电压源。
10.如权利要求9所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述信号补偿电路还包括第四可变电容和第五可变电容,所述第四可变电容的一端连接至DAC地,所述第四可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;所述第五可变电容的一端连接至基准地,所述第五可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;
所述至少两个电容元件、以及所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等;
其中,当所述DAC地的电压信号发生扰动而变化时,所述比较器的正相输入端接收到第一DAC地噪声信号,以及所述信号补偿电路向所述放大器电路提供第二DAC地噪声信号,所述放大器电路基于所述第二DAC地噪声信号生成放大DAC地噪声信号后输出至所述比较器的负相输入端,所述比较器将所述第一DAC地噪声信号和所述放大DAC地噪声信号组合为第三抵消信号;通过调节所述第四可变电容的电容值来调节所述放大DAC地噪声信号的幅值,以使得第三抵消信号相对于DAC地的电压变化信号的增益小于1。
11.如权利要求10所述的噪声抵消电路,其特征在于,通过调节所述第四可变电容的电容值,使得所述放大DAC地噪声信号的幅值与所述第一DAC地噪声信号的幅值相同。
12.如权利要求9所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述第二节点还与一低通电容的一端连接,所述低通电容的另一端与所述DAC地连接。
13.如权利要求12所述的噪声抵消电路,其特征在于,所述信号补偿电路还包括第四可变电容和第五可变电容,所述第四可变电容的一端连接至DAC地,所述第四可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;所述第五可变电容的一端连接至基准地,所述第五可变电容的另一端连接所述放大器电路的正相输入端;
所述至少两个电容元件、以及所述第五可变电容的电容值之和等于所述预设电容值,所述预设电容值与所述第四可变电容的电容值的比值和所述第一固定电容的电容值与所述第一可变电容的电容值的比值相等;
其中,当所述DAC地的电压信号发生扰动而变化时,所述比较器的正相输入端接收到第一DAC地噪声信号,以及所述信号补偿电路向所述放大器电路提供第二DAC地噪声信号,所述放大器电路基于所述第二DAC地噪声信号生成放大DAC地噪声信号后输出至所述比较器的负相输入端,所述比较器将所述第一DAC地噪声信号和所述放大DAC地噪声信号组合为第三抵消信号;通过调节所述第四可变电容的电容值来调节所述放大DAC地噪声信号的幅值,以及通过调节所述低通电容的电容值来调节所述第一DAC地噪声信号的相位,以使得第三抵消信号相对于DAC地的电压变化信号的增益小于1。
14.如权利要求13所述的噪声抵消电路,其特征在于,通过调节所述第四可变电容、所述低通电容的电容值,使得所述放大DAC地噪声信号的幅值与所述第一DAC地噪声信号的幅值相同、相位相同,以使得所述第三抵消信号的电压值为0。
15.一种图像传感器,其特征在于,所述图像传感器包括像素单元以及如权利要求1-14任一所述的噪声抵消电路;所述像素单元与所述噪声抵消电路连接。
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