CN112383725B - 斜坡信号发生电路和方法、cmos图像传感器及其读出电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜坡信号发生电路和方法、CMOS图像传感器及其读出电路，所述斜坡信号发生电路用于CMOS图像传感器，包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路，所述电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。通过在斜坡信号发生电路中增加初始电位补偿电流，避免了传统斜坡发生器输出斜坡信号在不同ADC增益档位下切换时，信号建立过慢的问题，使CIS能应用在更高帧率下。

Description

斜坡信号发生电路和方法、CMOS图像传感器及其读出电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其是涉及一种斜坡信号发生电路和方法、CMOS图像传感器及其读出电路。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)已广泛应用于视频、监控、工业制造、汽车、家电等成像领域。CIS主流读出电路结构是以列级单斜模数转换器(SS-ADC)为主的读出电路，SS-ADC的功能是将待量化信号与一个基准斜坡信号进行比较，比较的结果通过计数器进行最终量化，得到一个N位的二进制数字量。SS-ADC的不同增益是通过改变斜坡信号的斜率实现的，正常的CIS读取数据时每帧的增益是固定的，在一些帧率较高的应用中(例如HDR)，需要每行改变增益，当两行增益切换时会导致斜坡信号建立过程变长，为了保证斜坡信号质量只能降低帧率。

因此，需要提出一种适用于高帧率应用的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜坡信号发生电路和方法、CMOS图像传感器及其读出电路，用于解决现有技术存在当帧率较高的应用场景时，当两行增益切换时会导致斜坡信号建立过程变长，而为了保证斜坡信号质量只能降低帧率的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种斜坡信号发生电路，用于CMOS图像传感器，所述斜坡斜坡信号发生电路包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路；

所述放大器的第一输入端接入一参考电压，所述参考电压通过所述放大器、所述可调电阻模块以及所述镜像电流源电路生成一基准电流；

所述镜像电流源电路的输入侧用于生成所述基准电流，所述基准电流为流过所述可调电阻模块的电流；

所述镜像电流源电路的输出侧用于输出第一电流，所述第一电流为流过所述终端电阻的电流；

所述镜像电流源电路的输出侧与所述终端电阻间还设置有一输出端用于输出斜坡信号；

所述电流补偿电路用于在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。

可选地，所述电流补偿电路在所述增益增大时，增大所述第一电流的值；在所述增益减小时，减小所述第一电流的值。

可选地，所述镜像电流源电路的输出侧包括第一并联电路，所述第一并联电路的一端与一电源连接，所述第一并联电路的另一端与所述终端电阻的一端连接；

所述电流补偿电路与所述第一并联电路并联连接，所述电流补偿电路通过调整流过所述电流补偿电路的电流大小，以调整所述第一电流大小。

可选地，所述电流补偿电路包括若干个晶体管以及若干个开关的第二并联电路，所述第二并联电路的每条支路均包括一个所述晶体管和一个所述开关；

在所述第二并联电路的每条支路上，所述晶体管的栅极与所述放大器的输出连接，所述晶体管的漏极与所述第一并联电路的一端连接，所述晶体管的源极与所述开关的一端连接，所述开关的另一端与所述第一并联电路的另一端连接。

可选地，所述第二并联电路包括三条支路，分别为第一支路、第二支路以及第三支路。

基于同一发明构思，本发明提出一种斜坡信号发生方法，用于CMOS图像传感器，所述斜坡信号发生方法包括以下步骤：

镜像电流源电路的输入侧生成基准电流；

所述镜像电流源电路的输出侧基于所述基准电流输出第一电流以及斜坡信号；

电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。

基于同一发明构思，本发明提出一种CMOS图像传感器，包括上述特征描述中任一项所述的斜坡信号发生电路生成斜坡信号；或，

利用所述的斜坡信号发生方法生成斜坡信号。

基于同一发明构思，本发明还提出一种CMOS图像传感器读出电路，包括像素阵列、ADC、斜坡发生器；

所述像素阵列用于获取图像数据，所述斜坡发生器用于输出斜坡信号，所述ADC用于将所述图像数据转换为数字信号以读出所述图像数据；

其中，斜坡发生器利用上述特征描述中任一项所述的斜坡信号发生电路生成斜坡信号；或，

利用所述的斜坡信号发生方法生成斜坡信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的一种斜坡信号发生电路，用于CMOS图像传感器，包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路，所述电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。通过在斜坡信号发生电路中增加初始电位补偿电流，避免了传统斜坡发生器输出斜坡信号在不同ADC增益档位下切换时，信号建立过慢的问题，使CIS能应用在更高帧率下。

本发明还提出一种斜坡信号发生方法、CMOS图像传感器以及CMOS图像传感器读出电路，与所述斜坡信号发生电路属于同一发明构思，因此具有相同的有益效果。

附图说明

图1为相关技术中一种CIS读出电路的架构示意图；

图2为CIS读出电路的操作时序；

图3为相关技术中一种斜坡信号发生电路示意图；

图4为图3中斜坡信号发生原理示意图；

图5为不同增益档位切换时的斜坡信号输出示意图；

图6为斜坡信号输出与比较器连接的示意图；

图7为本发明实施例提出的一种斜坡信号发生电路的示意图；

图8为利用图7中斜坡信号发生电路后不同增益档位切换时斜坡信号的输出示意图；

图9为本发明另一实施例提出的一种斜坡信号发生方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

为了便于本领域技术人员理解本申请的技术方案，先对本申请有关的相关技术进行阐述，具体如下：

请参考图1，图1为CIS读出电路结构示意图，包括像素阵列、ADC(比较器、计数器)、斜波发生器、时序控制、行选译码驱动、输出信号处理。像素阵列由若干个图1中示出的像素单元P组成，像素阵列按逐行的方式读出，具体顺序为ROW[0]、ROW[1]、……ROW[n-1]、ROW[n]，像素阵列的每一列有一个输出总线，分别为PIX_OUT[0]、PIX_OUT[1]、…PIX_OUT[N-1]、PIX_OUT[N]。PIX_OUT输出接到ADC。ADC由比较器、计数器组成，比较器将像素输出与斜波信号RAMP进行比较，比较结果决定了计数器计数值的大小。像素P先把像素中感光二极管的光电子量转换为电压量，先后输出一个复位电压V1和一个积分电压V2，V1、V2电压将依次输入到列级ADC，再由列级ADC将上述V1、V2电位分别进行判断，并将V2-V1差值转换为数字量输出到系统，完成光照强度至数字量的转化。

请参考图2，图2为图1所示CIS读出电路对应的工作时序。RST_CMP为比较器复位控制，RST_CMP先拉“高”使所有的列级ADC比较器进入复位状态。RST_CMP由“高”变“低”，ADC进入正常工作状态。ADC工作过程由比较和计数两个过程组成，首先斜波RAMP开始下降时计数器CNT开始计数，直到比较器信号发生“低”到“高”的翻转时，CNT停止计数并存储当前计数值。要完成像素信号的模数转换，ADC需要进行两次上述操作，斜波作为ADC基准会产生两次，第一次斜波阶段(也即图4的“VR”阶段)ADC将判断并存储复位电位V1，ADC计数器CNT将在t1时间内计数并存储该t1时间段对应的计数值CN1；第二次斜波阶段(也即图4的“VS”阶段)ADC将判断并存储积分电位V2，ADC计数器CNT将在t2时间内计数并存储该t2时间段对应的计数值CN2。最终计数器CNT将输出计数差值ΔCN＝CN2-CN1，对应V1-V2的差值量。

请参考图3，图3为现有的一种斜坡信号发生电路，该电路由放大器AMP，可调电阻R1，终端电阻R2，PMOS管P₀、P₁、…、P_N、P_X组成。P₀、P₁、…P_N的PMOS管M因子数分别为2⁰、2¹、…2^N、X，所以流过P₀、P₁、…P_N的电流比例为2⁰：2¹：…：2^N。参考电压V_REF通过AMP、R1和P_X产生基准电流I_R，I_R通过P_X管镜像到P0、P1、…PN并产生流过R2的总电流I_Z＝I₀+I₁+…+I_N，对应的RAMP输出电压为V_RAMP＝R2×I_Z，由于P₀、P₁、…P_N与P_X成镜像关系，每个支路电流大小与I_X成比例，I_N＝(N/X)×I_X(N＝2⁰、2¹、…2^N)，若P₀流过的电流为I₀，P₁、P₂、…P_N支路流过的电流分别为2¹×I₀、2²×I₀、…、2^N×I₀。开关K₀、K₁、…、K_N分别控制I₀、I₁、…、I_N电流支路的通断。电阻R1由4个电阻串联组成，这4个电阻值分别为R、R、2R、4R。开关G0、G1、G2控制斜坡信号斜率，具体控制逻辑如下：

1、当G0导通G1、G2关闭时，R1＝R，I_R＝V_REF/R，对应1倍ADC增益的斜率；

2、当G1导通G0、G2关闭时，R1＝R+R＝2R，I_R＝V_REF/2R，对应2倍ADC增益的斜率；

3、当G2导通G0、G1关闭时，R1＝R+R+2R＝4R，IR＝V_REF/4R，对应4倍ADC增益的斜率；

4、当G0、G1、G2均关闭时，R1＝8R，I_R＝V_REF/8R，对应8倍ADC增益的斜率。

由于不同增益档位下，I_R是不同的，所以不同增益档位对应的斜坡信号初始电位是不一样的，增益越低，I_R越大，I_Z就越大，初始电位越高；增益越高，I_R越小，I_Z越小，初始电位越低。

请参考图4，图4为斜坡信号产生原理示意图，在初始状态，与R2相接的所有电流支路均导通，I_Z＝(2⁰+2¹+…+2^N)×I₀，RAMP输出初始电位保持在RAMP0。之后，在时钟CLK_R控制下，每个时钟周期Ts内，开关K₀、K₁、…、K_N依次关断，RAMP输出类似台阶形状的电压。在第一个Ts内，仅K₀关断，流过R2电流I_Z将减少I₀；在第二个Ts内，仅开关K₁关断，其他开关保持导通，流过R2电流I_Z将减少2×I₀；…第N个Ts内，仅开关K_N关断，其他开关保持导通，流过R2电流I_Z将减少N×I₀。在上述第一种情况时，斜坡信号为RAMP1；在上述第二种情况时，斜坡信号为RAMP2。实际应用时，CLK_R频率较高，Ts很短，所以类似台阶式的斜坡信号可以近似看作一条直线。

请参考图5，在CIS高速应用中，会存在多行连续读取的情况。图5为三行连续读取的时序，斜坡信号第一行读取时是低增益(高斜率)，第二行读取时切换为高增益(低斜率)，第三行读取时又切回到低增益(高斜率)。其中，每一行的读取过程详细时序可以参考图2。每一行读取完成后，RAMP电位将跳到下一个行读周期增益档位所对应的初始电位。可以看到高低增益切换过程中，RST_CMP信号为高时RAMP会出现较大的尖峰信号，由图5可以看到信号达到稳定需要的建立时间从低增益切换到高增益为td，由高增益切换到低增益为tu。

请参考图6，图6为斜坡信号发生电路与ADC比较器连接示意图。斜坡信号发生电路输出可以等效看作电流源I_Z串联终端电阻R2，RAMP输出电压等于I_Z×R2。当第一行读取操作完成后，低增益往高增益切换，电位由最高电位Vp(Vp约2V)跌至Vb(Vb约1V)。根据电容两端电荷守恒原则，电容CAP两端电压差保持不变，在RAMP电位下掉时，ADC比较器的A点电位会跟随RAMP往下掉至Vb，此后比较器复位(即RST_CMP为高)，A点电位会被拉高(因为比较器采用自复位，复位电位约为电源电压减去PMOS管栅源电压，如果电源电压VDD＝3.3V，复位电压大约为2.2V)到2.2V，这样电容CAP左侧RAMP端也会瞬间被拉至高电位，之后电容CAP左侧极板电荷会被电阻R2泄放到GND，泄放过程取决于Vp-Vb压差以及电阻R2大小，Vp-Vb压差越大、R2越大泄放过程越长，反之亦然，泄放到稳定的时间为td。第二行比较器复位时，A点被复位到2.2V，第二行读取过程中，A点会跟随RAMP往下掉(RAMP由Vk下掉到Vx)。在第二行高增益读取完成切换到第三行低增益时，A点会跟随RAMP往上抬(RAMP由Vx上抬到Vy)，所以A点由复位电压值2.2V上抬到2.2+(Vy-Vx)，到第三行读时，比较器复位(RST_CMP高)又将A点下拉到复位电压值2.2V，此时RAMP端会跟随A点下掉Vy-Vx，之后I_Z充电的作用又将RAMP充电到Vy，充电的过程取决于I_Z和CAP的大小，I_Z越大，CAP越小充电越快；反之亦然。充电到稳定的时间为tu。上述td、tu稳定时间一般在1us左右。由此可见，由于高低增益切换时，RAMP电位会随之相应的抬高或降低，导致RAMP电位有一个建立稳定的过程，由于该过程会占用一定的时间，不适用于高帧率的应用。

斜坡发生电路输出的基准斜坡信号不同增益的初始电位不同，在增益档位切换时会有电位的跳变，该跳变会使得斜坡信号建立速度变慢，电位跳变幅度越大新的斜坡信号建立过程越长。基于这些发现，申请人考虑如果想要避免增益切换引起的信号建立过程，可以将不同增益初始电位保持一致。本发明则是基于这个思想，在斜坡信号输出端增加一路电流补偿支路，根据不同斜坡增益补偿不同的电流，使得不同增益下斜坡初始电位保持一致，从而避免了上述建立过程，使CIS能有效的在高帧率应用下正常工作。

请参考图7和图8，本发明实施例提出一种斜坡信号发生电路，用于CMOS图像传感器，所述斜坡斜坡信号发生电路包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路。所述放大器的第一输入端接入一参考电压，所述参考电压通过所述放大器、所述可调电阻模块以及所述镜像电流源电路生成一基准电流。所述镜像电流源电路的输入侧用于生成所述基准电流，所述基准电流为流过所述可调电阻模块的电流。所述镜像电流源电路的输出侧用于输出第一电流，所述第一电流为流过所述终端电阻的电流。所述镜像电流源电路的输出侧与所述终端电阻间还设置有一输出端用于输出斜坡信号。所述电流补偿电路用于在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。

与现有技术不同之处在于，本发明实施例提出的一种斜坡信号发生电路，用于CMOS图像传感器，包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路，所述电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。通过在斜坡信号发生电路中增加初始电位补偿电流，避免了传统斜坡发生器输出斜坡信号在不同ADC增益档位下切换时，信号建立过慢的问题，使CIS能应用在更高帧率下。通过本实施例中提出的在所述斜坡信号发生电路中加入所述电流补偿电路，可以在当前行的数据读出完成后立刻将所述斜坡信号调整到与初始电位相等的状态，这时图6中的电容CAP就无需进行充放电来维持稳定，从而避免了出现图5中尖峰信号。当采用图7新的斜坡信号发生电路时，没有了电位差导致的信号建立过程，每一行之间读取切换操作没有了进行电位建立的等待时间，所以更有利于应用于高帧率的CIS应用。

需要注意的是，所述镜像电流源电路可利用现有技术中提供的镜像电流源电路实现，在此不对镜像电流源电路的具体电路进行限制，具体可根据实际需要来选择。

优选地，所述电流补偿电路可通过以下方式来调整所述第一电流的大小：当所述电流补偿电路在所述增益增大时，增大所述第一电流的值；在所述增益减小时，减小所述第一电流的值。具体地，所述镜像电流源电路的输出侧包括第一并联电路，所述第一并联电路的一端与一电源连接，所述第一并联电路的另一端与所述终端电阻的一端连接。所述电流补偿电路与所述第一并联电路并联连接，所述电流补偿电路通过调整流过所述电流补偿电路的电流大小，以调整所述第一电流大小。所述电流补偿电路的主要作用是用来调整所述第一电流的大小，因此，具有类似功能的电路结构均可用于实现，例如，可利用晶体管构成的电路，或者利用外接电源的方式来调整所述第一电流的大小，具体可根据实际需要来选择。所述电流补偿电路优选利用晶体管构成的电路来实现，在本发明实施例中，仅给出以晶体管构成的电路来实现，可以理解的是，在其它实施例中，所述电流补偿电路还可以利用其它电路结构实现，在此不做限制，具体可根据实际需要来选择。另外，所述第一并联电路可利用图7中所示出的结构，也即利用晶体管P0、P1....PN构成的并联电路结构，在此不做限制。

具体地，所述电流补偿电路包括若干个晶体管以及若干个开关的第二并联电路，所述第二并联电路的每条支路均包括一个所述晶体管和一个所述开关。在所述第二并联电路的每条支路上，所述晶体管的栅极与所述放大器的输出连接，所述晶体管的漏极与所述第一并联电路的一端连接，所述晶体管的源极与所述开关的一端连接，所述开关的另一端与所述第一并联电路的另一端连接。在本实施例中，所述晶体管优选利用PMOS管，可以理解的是，在其它实施例中，所述晶体管还可选择其它类型的功率管实现，例如，还可选用NMOS管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)实现，在此不做限制。

请继续参考图7，所述第二并联电路包括三条支路，分别为第一支路、第二支路以及第三支路。

可选地，所述第一支路包括第一晶体管以及第一开关，所述第二支路包括第二晶体管以及第二开关，所述第三支路包括第三晶体管以及第三开关，所述终端电阻的阻值为R2；

当所述ADC的增益由其它倍数变为2倍时，所述第一开关导通，所述第二开关以及所述第三开关均关断，此时所述第一电流增加I_Y0，所述I_Y0满足：

V_b+△V1＝V_y，I_Y0×R2＝△V1；

其中，所述V_b为所述斜坡信号当前的电位，所述V_y为所述斜坡信号的初始电位。

可选地，当所述ADC的增益由其它倍数变为4倍时，所述第一开关以及所述第二开关导通，所述第三开关关断，此时所述第一电流增加I_Y0+I_Y1，所述I_Y1满足：

V_b+△V2＝V_y，(I_Y0+I_Y1)×R2＝△V2。

可选地，当所述ADC的增益由其它倍数变为8倍时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关均导通，此时所述第一电流增加I_Y0+I_Y1+I_Y2，所述I_Y0+I_Y1+I_Y2满足：

V_b+△V3＝V_y，(I_Y0+I_Y1+I_Y2)×R2＝△V3。

可以理解的是，上述列举的三种情况分别对应当所述ADC的增益由其它倍数变为2倍、4倍以及8倍时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关的调整方式。实际上，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关的调整方式并不局限于这一种方式，由于所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关对应的晶体管的参数并不限制，因此，可根据实际情况来选择最为合适的调整方式。另外，本申请提出的斜坡信号发生电路还可以适用其它倍数的ADC增益，并不局限于变为2倍、4倍以及8倍时的情形，同样适用于3倍、5倍、7倍等其它情况，在此不一一赘述，开关的具体调整方式可根据实际情况来选择。

需要注意的是，所述斜坡信号发生电路在初始状态，也即在进行第一行读出操作时，不需要利用所述电流补偿电阻对所述第一电流进行补偿，只有在读出过程中发生ADC增益变化时才会对所述第一电流进行补偿。本领域技术人员应当理解的是，ADC的增益变化是由CMOS图传感器外的ISP(Image Signal Processor，图像处理)实现，ISP主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理，主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等，依赖于ISP才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节，通过ISP可以调整ADC的增益大小，ISP将ADC的增益变化情况反馈给斜坡信号发生电路，进而通过所述电流补偿电路来调整所述第一电流大小。另外，请参考图7，在本发明实施例中，所述电流补偿电路中共包含了三条支路，分别用于调整ADC的增益由其它倍数变为2倍、4倍以及8倍时的情况，可以理解的是，在其它实施例中，所述电流补偿电路还可以包含更多条支路，例如还可以包含四条支路、五条支路等等，在此不做限制，具体可根据ADC的增益变化范围来选择。

为了更好地理解本申请提出的斜坡信号发生电路，以下提供一种更为具体的实施例，请参考图7，图7为本发明提出的斜坡信号发生电路，该电路是在图3通用斜坡信号发生电路基础上，增加了电流补偿电路CPST。CPST由PMOS电流源管P_Y0、P_Y1、P_Y2，支路开关K_Y0、K_Y1、K_Y2组成。由于P_Y0、P_Y1、P_Y2的M因子数分别为Y0、Y1、Y2。当增益设置为1倍时，此时斜坡信号斜率最大，假设图5第一行读为1倍增益下，从图5可以看到电位最高点为Vp，此时终端不需要补偿电流，K_Y0、K_Y1、K_Y2均为0关闭，P_Y0、P_Y1、P_Y2无电流流过；假设图5第一行读为2倍增益下，当增益设置为2倍时，K_Y0＝“1”使PY0导通，其余均关闭，流到R2上的电流增加了I_Y0，并且I_Y0×R2＝△V1。通过设置P_Y0与P_X比例，确定I_Y0大小，进而可以使得Vb+△V1＝Vy，也即在2倍增益下，斜坡信号初始电位由Vb增加到Vy，与1倍增益时的初始电位一致。同理，在4倍增益时，K_Y0＝K_Y1＝“1”使P_Y0、P_Y1导通，P_Y2关闭，流到R2上的电流增加了I_Y0+I_Y1，并且(I_Y0+I_Y1)×R2＝△V2，通过设置P_Y1与P_X比例，可以确定I_Y1大小，假如4倍增益时斜坡信号初始电位是Vm，Vm+△V2＝Vy，那么就可以使得4倍增益下，斜坡信号初始电位保持在Vy。同样的，8倍增益时，K_Y0＝K_Y1＝K_Y2＝“1”使P_Y0、P_Y1、P_Y2均导通，流到R2上的电流增加了I_Y0+I_Y1+I_Y2，并且(I_Y0+I_Y1+I_Y2)×R2＝△V3，通过设置P_Y2与P_X比例，可以使得8倍增益时斜坡信号初始电位与1倍增益时保持一致。

由于通过设置电流补偿电路来补偿电流，可以使斜坡信号在不同增益档位下初始电位保持一致，这样就避免了普通斜坡信号发生电路带来的不同增益切换时的建立过程。请参考图8，当采用图7新的斜坡信号发生电路时，没有了电位差导致的信号建立过程，每一行之间读取切换操作没有了进行电位建立的等待时间，所以更有利于应用于高帧率的CIS应用。

基于同一发明构思，请参考图9，本发明另一实施例提出一种斜坡信号发生方法，用于CMOS图像传感器，所述斜坡信号发生方法包括以下步骤：

S1：镜像电流源电路的输入侧生成基准电流；

S2：所述镜像电流源电路的输出侧基于所述基准电流输出第一电流以及斜坡信号；

S3：电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。

基于同一发明构思，本发明提出一种CMOS图像传感器，包括上述特征描述中任一项所述的斜坡信号发生电路生成斜坡信号；或，

利用所述的斜坡信号发生方法生成斜坡信号。

基于同一发明构思，本发明还提出一种CMOS图像传感器读出电路，包括像素阵列、ADC、斜坡发生器；

所述像素阵列用于获取图像数据，所述斜坡发生器用于输出斜坡信号，所述ADC用于将所述图像数据转换为数字信号以读出所述图像数据；

其中，斜坡发生器利用上述特征描述中任一项所述的斜坡信号发生电路生成斜坡信号；或，

利用所述的斜坡信号发生方法生成斜坡信号。

综上所述，本发明提出的一种斜坡信号发生电路，用于CMOS图像传感器，包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路，所述电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变。通过在斜坡信号发生电路中增加初始电位补偿电流，避免了传统斜坡发生器输出斜坡信号在不同ADC增益档位下切换时，信号建立过慢的问题，使CIS能应用在更高帧率下。

本发明还提出一种斜坡信号发生方法、CMOS图像传感器以及CMOS图像传感器读出电路，与所述斜坡信号发生电路属于同一发明构思，因此具有相同的有益效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种斜坡信号发生电路，其特征在于，用于CMOS图像传感器，所述斜坡信号发生电路包括放大器、可调电阻模块、终端电阻、镜像电流源电路、电流补偿电路；

所述放大器的第一输入端接入一参考电压，所述参考电压通过所述放大器、所述可调电阻模块以及所述镜像电流源电路生成一基准电流；

所述镜像电流源电路的输入侧用于生成所述基准电流，所述基准电流为流过所述可调电阻模块的电流；

所述镜像电流源电路的输出侧用于输出第一电流，所述第一电流为流过所述终端电阻的电流；

所述镜像电流源电路的输出侧与所述终端电阻间还设置有一输出端用于输出斜坡信号；

所述电流补偿电路用于在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变，所述ADC的增益发生变化通过ISP实现，ISP将ADC的增益变化情况反馈给所述斜坡信号发生电路。

2.如权利要求1所述的斜坡信号发生电路，其特征在于，所述电流补偿电路在所述增益增大时，增大所述第一电流的值；在所述增益减小时，减小所述第一电流的值。

3.如权利要求2所述的斜坡信号发生电路，其特征在于，所述镜像电流源电路的输出侧包括第一并联电路，所述第一并联电路的一端与一电源连接，所述第一并联电路的另一端与所述终端电阻的一端连接；

所述电流补偿电路与所述第一并联电路并联连接，所述电流补偿电路通过调整流过所述电流补偿电路的电流大小，以调整所述第一电流大小。

4.如权利要求3所述的斜坡信号发生电路，其特征在于，所述电流补偿电路包括若干个晶体管以及若干个开关的第二并联电路，所述第二并联电路的每条支路均包括一个所述晶体管和一个所述开关；

在所述第二并联电路的每条支路上，所述晶体管的栅极与所述放大器的输出连接，所述晶体管的漏极与所述第一并联电路的一端连接，所述晶体管的源极与所述开关的一端连接，所述开关的另一端与所述第一并联电路的另一端连接。

5.如权利要求4所述的斜坡信号发生电路，其特征在于，所述第二并联电路包括三条支路，分别为第一支路、第二支路以及第三支路。

6.一种斜坡信号发生方法，其特征在于，用于CMOS图像传感器，所述斜坡信号发生方法包括以下步骤：

镜像电流源电路的输入侧生成基准电流；

所述镜像电流源电路的输出侧基于所述基准电流输出第一电流以及斜坡信号；

电流补偿电路在所述CMOS图像传感器中ADC的增益发生变化时调整所述第一电流大小，以保持所述斜坡信号的初始电位不变，所述ADC的增益发生变化通过ISP实现，ISP将ADC的增益变化情况反馈给所述斜坡信号发生电路。

7.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的斜坡信号发生电路生成斜坡信号；或，

利用如权利要求6所述的斜坡信号发生方法生成斜坡信号。

8.一种CMOS图像传感器读出电路，其特征在于，包括像素阵列、ADC、斜坡发生器；

所述像素阵列用于获取图像数据，所述斜坡发生器用于输出斜坡信号，所述ADC用于将所述图像数据转换为数字信号以读出所述图像数据；

其中，斜坡发生器利用如权利要求1-5中任一项所述的斜坡信号发生电路生成斜坡信号；或，

利用如权利要求6所述的斜坡信号发生方法生成斜坡信号。

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