CN113271420A - 一种用于消除固定图案噪声的电路和图像传感器 - Google Patents

一种用于消除固定图案噪声的电路和图像传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于消除固定图案噪声的电路，包括：明像素，用于感应入射光并输出模拟图像信号电压；暗像素，其输出电压作为可变增益差分放大电路的参考电压；可变增益差分放大电路，其将暗像素输出的参考电压及明像素输出的信号电压进行差分比较，实现对图像传感器像素阵列中噪声的去除以及明像素所感应到的入射光光强信号的读取；开关电路，与暗像素、明像素及可变增益差分放大电路分别连接，用于控制电路的连通或断开。本发明通过黑暗条件下的随机读取暗像素电压与明像素的信号电压进行差分，通过可变增益差分放大电路设计，消除或最大限度降低固定图案噪声，同时读取光强的大小。本发明还提供一种包含该电路的图像传感器。

Description

一种用于消除固定图案噪声的电路和图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器的信号处理技术领域，特别是涉及一种用于消除固定图案噪声的电路和图像传感器。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)的结构一般由像素阵列、相关双采样电路(Correlated Double Sampling,CDS)、放大器(Amplifier,AMP)、模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)、时序控制逻辑、信号处理单元和外部接口单元等组成，如图1。其中，像素阵列由排成阵列的m×n个像素构成，现有CIS的像素电路主要包括无源像素、有源像素或者随机读取有源像素电路。典型的无源像素电路通常由一个MOS管和一个光电二极管组成；典型的有源像素电路主要由光电二极管、复位MOS管，源极跟随器MOS管和选择开关MOS管组成；随机读取有源像素电路主要由光电二极管、MOS放大管、开关MOS管组成。
在CMOS图像传感器读出电路的设计中，抑制和消除图像传感器的噪声，提高信噪比是图像传感器电路设计中需重点考虑的一个问题。图像传感器的噪声主要包括器件本身的固有噪声和由于工艺流程、电路结构和工作模式引入的一些附加噪声。一般而言，前者引入了热噪声和闪烁噪声，而后者则表现为KTC噪声和固定模式噪声(Fixed Pattern Noise,FPN)。
传统的图像传感器像素电路通常采用相关双采样技术来抑制低频噪声，由于电容上的电荷不能突变，也就是说，来自同一电路的噪声和电压在时间上具有相关性，对同一电路的信号电压和复位电压分别作两次采样，把两次采样值的差作为输出信号的值，这样就能够去除噪声。但相关双采样技术也存在一些问题：电容和大量的晶体管的使用会占用较大的面积，同时也会引入附加的噪声；另外，对于在光电转换过程中，不需要对光生电荷进行时间积分的随机读取图像传感器而言，例如通常提到的采用对数像素电路的图像传感器，该类图像传感器的像素电路内部的器件连接方式使得后端的信号读出和处理电路需要进行重新设计，该电路无法实现相关双采样，无法消除固定图案噪声的影响。另外，对于具有全局电子快门功能的图像传感器，也很难实现相关双采样以及对固定图案噪声的去除。
发明内容
基于此，为了去除上述情况下的固定图案噪声并读取光强信号，本发明提供了一种用于消除固定图案噪声的电路。
本发明采用以下技术方案解决该现有技术所存在问题：
一种用于消除固定图案噪声的电路，包括：
明像素，其为图像传感器像素阵列中任一像素，用于感应入射光并输出模拟图像信号电压；
暗像素，其尺寸、结构和像素电路与所述明像素相同，其输出电压作为可变增益差分放大电路的参考电压；
可变增益差分放大电路，其分别与所述明像素及暗像素连接，将暗像素输出的参考电压及明像素输出的信号电压进行差分比较，实现对图像传感器像素阵列中噪声的去除以及明像素所感应到的入射光光强信号的读取；
开关电路，分别连接于所述暗像素与可变增益差分放大电路之间以及所述明像素与可变增益差分放大电路之间，用于控制电路的连通或断开。
进一步地，所述可变增益差分放大电路包括采样电容器、第二电容器以及运算放大器，所述开关电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4以及用于产生开关电路时序以控制各开关的双相非交叠时钟信号发生器；所述第二电容器两端分别与所述运算放大器的反向输入端和正向输出端相连，并通过开关S2与采样电容器连接；所述开关S1为两个，其中第一开关S1连接于明像素与采样电容器之间，第二开关S1连接于暗像素与运算放大器的正向输入端之间；所述开关S3一端连接于第一开关S1与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间；所述开关S4一端连接于开关S2与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间。所述采样电容器由第一电容器和第三电容器并联组成。
进一步地，所述可变增益差分放大电路包括第一电阻器、可变电阻器以及运算放大器；所述开关电路包括开关S0以及用于产生开关电路时序以控制开关S0的双相非交叠时钟信号发生器；所述开关S0为两个，其中第一开关S0与第一电阻器串联后连接于明像素与运算放大器的反向输入端之间，第二开关S0串联连接于暗像素与运算放大器的正向输入端之间；所述可变电阻器一端与第一电阻器串联后与所述运算放大器的反向输入端连接，其另一端与所述运算放大器的正向输出端连接。所述可变电阻器由第二电阻器与第三电阻器串联组成。
本发明的另一目的在于提供一种图像传感器，所述图像传感器中设有上述用于消除固定图案噪声的电路。
本发明的电路可适用于现有CIS的像素架构，包括无源像素、有源像素或者随机读取有源像素电路。所述无源像素通常由一个MOS管和一个光电二极管组成。所述有源像素主要由光电二极管、复位MOS管，源极跟随器MOS管和选择开关MOS管组成。
进一步地，所述随机读取有源像素电路结构包括光电二极管、MOS放大管及开关MOS管；所述光电二极管负极由复位信号控制，其正极与MOS放大管衬底相连；所述MOS放大管源极与开关MOS管漏极相连，其栅极由偏置电压控制；所述开关MOS管源极与一恒定电流源连接以将明像素或暗像素的输出电流转变为输出电压。该恒定电流源钳制了电流大小的变化，将明、暗像素的电流变化转换为输出端电压的变化。
由于所述暗像素尺寸、结构和像素电路与明像素相同，将光照条件下的随机读取明像素的信号电压与黑暗条件下的随机读取暗像素的输出电压，通过可变增益差分放大电路进行差分，就可以消除或大大减低固定图案噪声，同时输出当前光强变化的电压信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过引入光照条件下的随机读取明像素电压与黑暗条件下的随机读取暗像素电压进行差分，通过可变增益差分放大电路设计，消除或最大限度降低固定图案噪声，并读取光强的大小。同时，通过改变电容值或电阻值的大小，实现运算放大器增益的改变。
附图说明
图1为现有图像传感器的结构示意图；
图2为本发明所述图像传感器的结构示意图
图3示出了本发明工作在开关电容可变增益放大模式下的电路原理框图；
图4示出了本发明工作在电阻网络可变增益放大模式下的电路原理框图；
图5示出了本发明实施例1的电路图；
图6示出了本发明实施例2的电路图；
图7示出了本发明实施例3的电路图；
图8示出了本发明所述双相非交叠时钟信号发生器产生的开关电路时序图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但并非对本发明保护范围的限制。基于本申请实施例的描述，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
请参考图2所示，图2示出了本申请所述图像传感器的结构示意图。
本发明所述的图像传感器，包括明像素02、暗像素01、可变增益差分放大电路以及开关电路。明像素02是图像传感器像素阵列中任意一个像素，用于感应入射光并输出模拟图像信号电压。暗像素01是设在明像素02阵列中的非光照条件下的像素，其尺寸、结构和像素电路与明像素02完全相同，暗像素01的输出电压作为可变增益差分放大电路的参考电压。
可变增益差分放大电路分别与明像素02及暗像素01连接，用于将暗像素01输出的参考电压和明像素02输出的信号电压进行差分比较，从而实现对图像传感器像素阵列中噪声的去除并读出明像素02所感应到的入射光光强信号；
开关电路连接于暗像素01与可变增益差分放大电路之间，以及连接于明像素02与可变增益差分放大电路之间，用于控制电路的连通或断开。
本发明所述明像素02的结构，可以是现有互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)的任意一种像素结构，包括无源像素、有源像素或者随机读取有源像素电路，也包括本实施例未列举出的任意一种已知像素结构。所述无源像素通常由一个MOS管和一个光电二极管组成。所述有源像素主要由光电二极管、复位MOS管，源极跟随器MOS管和选择开关MOS管组成。所述随机读取有源像素电路的结构主要由光电二极管、MOS放大管、开关MOS管组成。同理，所述暗像素01的结构与上述所列举的明像素02一致。参考图3及图4，其中图3示出了本发明工作在开关电容可变增益放大模式下的电路原理框图，图4示出了本发明工作在电阻网络可变增益放大模式下的电路原理框图。
本实施例所述可变增益差分放大电路的工作模式包括开关电容可变增益放大模式及电阻网络可变增益放大模式；所述开关电容可变增益放大模式主要由开关电容可变增益放大电路实现，所述电阻网络可变增益放大模式主要由电阻网络可变增益放大电路实现。本发明所述图像传感器，可采用上述两种工作模式中的任意一种，也可同时包含上述两种工作模式。两种工作模式的具体电路结构参见下列实施例1～3所述，实施例1～3将以随机读取有源像素电路作为明暗像素的结构来描述，但本发明的像素结构不仅仅限定于实施例1～3所描述的结构，采用现有任意一种像素结构代替本实施例所述随机读取有源像素电路结构，也属于本发明保护的范围。
实施例1
请参见图5所示，本实施例示例性描述开关电容可变增益放大电路结构。
本实施例所述一种用于消除固定图案噪声的电路，包括暗像素01、明像素02、恒定电流源Iref、可变增益差分放大电路以及开关电路。暗像素01设置于图像传感器像素阵列中，可以自成一列或一行，也可以根据实际需要进行排布。明像素02为图像传感器像素阵列中光照条件下的任意一个像素单元，所述暗像素01及明像素02分别与恒定电流源Iref连接以将其输出电流分别转变成输出电压，而对于输出为电压的像素结构，本电路无需设置恒定电流源Iref。开关电路分别连接于暗像素01与可变增益差分放大电路之间以及明像素02与可变增益差分放大电路之间，用于控制电路的连通或断开。
暗像素01主要由光电二极管、MOS放大管、开关MOS管构成；所述光电二极管负极由复位信号控制，其正极与MOS放大管衬底相连；所述MOS放大管源极与开关MOS管漏极相连，其栅极由偏置电压控制。所述开关MOS管源极与恒定电流源Iref连接以将暗像素的输出电流转变为输出电压。明像素02的尺寸结构和电路设计与暗像素01完全相同，在此不再赘述。
当栅极的偏置电压控制MOS放大管工作在亚阈值区时，形成了反型层沟道，当入射光从光电二极管进入后，被光电二极管吸收并转化为光生电子空穴对，在光电二极管内建电场的作用下，空穴被扫入了p型衬底区域，使得衬底的电势升高，进而对MOS放大管产生了正向体偏置作用并致MOS放大管阈值电压的降低，利用亚阈值区高跨导放大原理可实现电流的倍增。随后开关MOS管源极输出端与恒定电流源相连，将光照产生的电流变化转变为电压变化。
本实施例中可变增益差分放大电路包括采样电容器、第二电容器C2以及运算放大器OPA1。开关电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4以及用于产生开关电路时序以控制各开关的双相非交叠时钟信号发生器(图4中未示出)，所述双相非交叠时钟信号发生器产生的开关电路时序图见图8。第二电容器C2一端与运算放大器OPA1的正向输出端相连，另一端与运算放大器OPA1的反向输入端连接，且通过开关S2与采样电容器连接。开关S1为两个，其中第一开关S1连接于明像素02的恒定电流源Iref与采样电容器之间，第二开关S1连接于暗像素01的恒定电流源Iref与运算放大器OPA1的正向输入端之间。所述开关S3一端连接于第一开关S1与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间。所述开关S4一端连接于开关S2与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间。该采样电容器由第一电容器C1和第三电容器C3并联组成。上述为了方便描述，采用明像素02的恒定电流源Iref表示与明像素02连接的恒定电流源Iref，采用暗像素01的恒定电流源Iref表示与暗像素01连接的恒定电流源Iref，以下同。
在本实施例所述开关电容可变增益放大电路的工作过程及原理如下：
在第一阶段，在双相非交叠时钟信号的控制下，光照条件下明像素输出电压与黑暗条件下暗像素输出电压对由第一电容器、第三电容器组成的采样电容器进行充电，光强信息转换成由第一电容器、第三电容器组成的采样电容器两端的电压信号。
在第二阶段，在双相非交叠时钟信号的控制下，所述开关电路控制由第一容器、第三电容器组成的采样电容器进行放电，并且对由第二电容器组成的放大电容器进行充电。最后将光强信号转移到输出端。
由于所述明暗像素的尺寸和电路设计与暗像素完全一致，通过可变增益放大器的差分比较，通过改变由第一容器、第三电容器组成的采样电容器电容值与由第二电容器组成的放大电容器的电容值之比的大小来便可实现增益值的改变，从而消除固定图案噪声并读取当前光强变化大小。
本实施例所述开关S1、开关S2、开关S3、开关S4主要由MOS互补管开关电路构成。
当MOS互补管开关电路的控制端的控制信号为低电平时，开关处于关断状态，无法完成信号的传输；当MOS互补管开关电路的控制端的控制信号为高电平时，开关处于导通状态，能够完成信号从输入到输出端的传输过程。双相非交叠时钟提供开关电路工作的相应时序信号。
实施例2
请参见图6所示，本实施例示例性描述电阻网络可变增益放大电路结构。
本本实施例所述一种用于消除固定图案噪声的电路，包括暗像素01、明像素02、恒定电流源Iref、可变增益差分放大电路以及开关电路。所述暗像素01及明像素02分别与恒定电流源Iref连接以将其输出电流分别转变成输出电压，而对于输出为电压的像素结构，本电路无需设置恒定电流源Iref。开关电路分别连接于暗像素01与可变增益差分放大电路之间以及明像素02与可变增益差分放大电路之间，用于控制电路的连通或断开。本实施例中暗像素01及明像素02的结构及排列方式如实施1所述。
本实施例中，可变增益差分放大电路包括第一电阻器R1、可变电阻器以及运算放大器OPA2。所述开关电路包括开关S0以及用于产生开关电路时序以控制开关S0的双相非交叠时钟信号发生器(图6中未示出)。开关S0为两个，其中第一开关S0与第一电阻器R1串联后连接于明像素02的恒定电流源Iref与运算放大器OPA2的反向输入端之间，第二开关S0串联连接于暗像素01的恒定电流源Iref与运算放大器OPA2的正向输入端之间。可变电阻器一端与第一电阻器R1串联后与所述运算放大器OPA2的反向输入端连接，其另一端与所述运算放大器OPA的正向输出端连接。可变电阻器由第二电阻器R2与第三电阻器R3串联组成。上述为了方便描述，采用明像素02的恒定电流源Iref表示与明像素02连接的恒定电流源Iref，采用暗像素01的恒定电流源Iref表示与暗像素01连接的恒定电流源Iref，以下同。
本实施例所采用的运算放大器OPA2结构与功能与实施例1所述运算放大器OPA1完全相同。
在本实施例所述电阻网络可变增益放大模式下，光照条件下的明像素所输出的模拟图像信号电压与黑暗条件下的暗像素所输出的参考电压差分后输出。此时增益的大小为第二电阻器与第三电阻器的电阻值之和与第一电阻器的电阻值之比，通过改变第二电阻器与第三电阻器的电阻值之和与第一电阻器的电阻值之比的大小来实现增益值的改变。
实施例3
请参见图7，本实施例所述一种用于消除固定图案噪声的电路，包括暗像素01、明像素02、恒定电流源Iref、可变增益差分放大电路以及开关电路。所述暗像素01及明像素02分别与恒定电流源Iref连接以将其输出电流分别转变成输出电压，而对于输出为电压的像素结构，本电路无需设置恒定电流源Iref。开关电路分别连接于暗像素01与可变增益差分放大电路之间以及明像素02与可变增益差分放大电路之间，用于控制电路的连通或断开。本实施例中暗像素01及明像素02的电路结构及排列方式如实施1所述。
本实施例所述可变增益差分放大电路同时包含开关电容可变增益放大电路及电阻网络可变增益放大电路。
如图7，开关电容可变增益放大电路包括采样电容器、第二电容器C2以及运算放大器OPA1。开关电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4以及用于产生开关电路时序以控制各开关的双相非交叠时钟信号发生器，其所产生的开关电路时序图见图8。
第二电容器C2两端分别与所述运算放大器OPA1的反向输入端和正向输出端相连，并通过开关S2与采样电容器连接。开关S1为两个，其中第一开关S1连接于明像素02的恒定电流源Iref与采样电容器之间，第二开关S1连接于暗像素01的恒定电流源Iref与运算放大器OPA1的正向输入端之间。开关S3一端连接于第一开关S1与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器OPA1的正向输入端之间。所述开关S4一端连接于采样电容器与开关S2之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器OPA1的正向输入端之间。该采样电容器由第一电容器C1和第三电容器C3并联组成。
如图5，本实施所述电阻网络可变增益放大电路包括第一电阻器R1、可变电阻器以及运算放大器OPA2。所述开关电路包括开关S0以及用于产生开关电路时序以控制开关S0的双相非交叠时钟信号发生器；其所产生的开关电路时序图见图8。
开关S0为两个，其中第一开关S0与第一电阻器R1串联后连接于明像素02的恒定电流源Iref与运算放大器OPA2的反向输入端之间，第二开关S0串联连接于暗像素01的恒定电流源Iref与运算放大器OPA2的正向输入端之间。可变电阻器一端与第一电阻器R1串联后与运算放大器OPA2的反向输入端连接，其另一端与所述运算放大器OPA2的正向输出端连接。可变电阻器由第二电阻器R2与第三电阻器R3串联组成。
本实施例中，运算放大器OPA1与运算放大器OPA2的结构与功能完全相同。
下面对开关电容可变增益放大模式及电阻网络可变增益放大模式的工作原理进行描述。
当开关S0断开时，可变增益差分放大电路工作在开关电容可变增益放大器模式。
具体地，当在图8所示的双相非交叠时钟信号发生器产生的开关电路时序控制下，在开关电容可变增益放大工作模式下，在第一阶段，此时开关S1、S4接通，开关S2、S3断开，第一电容器C1与第三电容器C3两端电压为光照条件下的随机读取明像素02的输出电压与黑暗条件下的随机读取暗像素01的输出电压。此时所述运算放大器OPA1输入端电荷量大小为
Q＝(VCM-VIN)(C1+C3)
在第二阶段，此时开关S1、S4断开，开关S2、S3接通，此时输入端电荷转移至C2，由于电荷守恒
(VCM-VIN)(C1+C3)＝(VOUT-VCM)C2
通过所述运算放大器OPA1，将光照条件下的随机读取明像素02的输出电压与黑暗条件下的随机读取暗像素01的输出电压差分后输出。此时输出电压增益的大小为第一电容器C1与第三电容器C3的电容值之和与第二电容器C2的电容值之比(C1+C3)/C2。
通过调整第一电容器与第三电容器的电容值之和与第二电容器的电容值的比例系数，便可调节所述运算放大器输出电压与光照条件下的随机读取明像素的输出电压与黑暗条件下的随机读取暗像素的输出电压差的放大倍数，实现电压增益随着比例系数的大小的变化而变化。
可选地，当需要实现信号缩小时，也可以设置第一电容器与第三电容器的电容值之和小于第二电容器的电容值。总之，无论是信号放大或缩小，本申请实施例中的可变增益放大器电路均可以单独实现，而无需专用的放大或缩小电路。
当开关S0闭合时，可变增益差分放大电路工作在电阻网络可变增益放大器模式。
在该电阻网络可变增益放大器工作模式下，利用运算放大器的“虚短”工作原理，运算放大器OPA2的反相输入端电压VX＝VCM。根据基尔霍夫电流定理可得
Figure BDA0003119419770000081
将VX＝VCM代入上式可得，
Figure BDA0003119419770000091
通过所述运算放大器，将光照条件下的随机读取明像素02的输出电压与黑暗条件下的随机读取暗像素01的输出电压差分后输出。此时电压增益的大小为第二电阻器与第三电阻器的电阻值之和与第一电阻器的电阻值之比(R2+R3)/R1。
通过调整第二电阻器与第三电阻器的电阻值之和与第一电阻器的电阻值之比例系数，可调节所述运算放大器输出电压与光照条件下的随机读取明像素02的输出电压及黑暗条件下的随机读取暗像素01的输出电压的放大倍数，实现增益随着比例系数的大小的变化而变化。
可选地，当需要实现信号缩小时，也可以设置第二电阻器与第三电阻器的电阻值之和小于第一电阻器的电阻值。总之，无论是信号放大或缩小，本申请实施例中的可变增益放大器电路均可以单独实现，而无需专用的放大或缩小电路。
需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于包括：
明像素，其为图像传感器像素阵列中任一像素，用于感应入射光并输出模拟图像信号电压；
暗像素，其尺寸、结构和像素电路与所述明像素相同，其输出电压作为可变增益差分放大电路的参考电压；
可变增益差分放大电路，其分别与所述明像素及暗像素连接，将暗像素输出的参考电压及明像素输出的信号电压进行差分比较，实现对图像传感器像素阵列中噪声的去除以及明像素所感应到的入射光光强信号的读取；
开关电路，分别连接于所述暗像素与可变增益差分放大电路之间以及所述明像素与可变增益差分放大电路之间，用于控制电路的连通或断开。
2.根据权利要求1所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述可变增益差分放大电路包括采样电容器、第二电容器以及运算放大器，所述开关电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4以及用于产生开关电路时序以控制各开关的双相非交叠时钟信号发生器；所述第二电容器两端分别与所述运算放大器的反向输入端和正向输出端相连，并通过开关S2与采样电容器连接；所述开关S1为两个，其中第一开关S1连接于明像素与采样电容器之间，第二开关S1连接于暗像素与运算放大器的正向输入端之间；所述开关S3一端连接于第一开关S1与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间；所述开关S4一端连接于开关S2与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间。
3.根据权利要求2所述的所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述采样电容器由第一电容器和第三电容器并联组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述可变增益差分放大电路包括第一电阻器、可变电阻器以及运算放大器；所述开关电路包括开关S0以及用于产生开关电路时序以控制开关S0的双相非交叠时钟信号发生器；所述开关S0为两个，其中第一开关S0与第一电阻器串联后连接于明像素与运算放大器的反向输入端之间，第二开关S0串联连接于暗像素与运算放大器的正向输入端之间；所述可变电阻器一端与第一电阻器串联后与所述运算放大器的反向输入端连接，其另一端与所述运算放大器的正向输出端连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述可变电阻器由第二电阻器与第三电阻器串联组成。
6.根据权利要求1所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述可变增益差分放大电路包括开关电容可变增益放大电路及电阻网络可变增益放大电路；
所述开关电容可变增益放大电路包括采样电容器、第二电容器以及运算放大器，所述开关电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4以及用于产生开关电路时序以控制各开关的双相非交叠时钟信号发生器；所述第二电容器两端分别与所述运算放大器的反向输入端和正向输出端相连，并通过开关S2与采样电容器连接；所述开关S1为两个，其中第一开关S1连接于明像素与采样电容器之间，第二开关S1连接于暗像素与运算放大器的正向输入端之间；所述开关S3一端连接于第一开关S1与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间；所述开关S4一端连接于开关S2与采样电容器之间，另一端连接于第二开关S1及运算放大器的正向输入端之间；
所述电阻网络可变增益放大电路包括第一电阻器、可变电阻器以及运算放大器；所述开关电路包括开关S0以及用于产生开关电路时序以控制开关S0的双相非交叠时钟信号发生器；所述开关S0为两个，其中第一开关S0与第一电阻器串联后连接于明像素与运算放大器的反向输入端之间，第二开关S0串联连接于暗像素与运算放大器的正向输入端之间；所述可变电阻器一端与第一电阻器串联后与所述运算放大器的反向输入端连接，其另一端与所述运算放大器的正向输出端连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，，其特征在于：所述采样电容器由第一电容器和第三电容器并联组成；所述可变电阻器由第二电阻器与第三电阻器串联组成。
8.根据权利要求2、4或6任一所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述明像素与暗像素主要由无源像素、有源像素或者随机读取有源像素电路组成。
9.根据权利要求8所述的一种用于消除固定图案噪声的电路，其特征在于：所述明像素与暗像素主要由随机读取有源像素电路结构组成，包括光电二极管、MOS放大管及开关MOS管；所述光电二极管负极由复位信号控制，其正极与MOS放大管衬底相连；所述MOS放大管源极与开关MOS管漏极相连，其栅极由偏置电压控制；所述开关MOS管源极与一恒定电流源连接以将明像素或暗像素的输出电流转变为输出电压。
10.一种图像传感器，其特征在于：所述图像传感器中设有权利要求1所述的电路。
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