[實用新型]一種抑制列FPN的相關雙采樣電路

有效

• 申請號: 201320760934.6
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN203554576U
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 賈曉芬;趙佰亭;高威
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H04N5/357
• 分類號: H04N5/357;H04N5/378
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種抑制圖像傳感器的列固定模式噪聲的電路，此電路可以有效減少由于圖像傳感器本身的結構及制造工藝帶來的列固定模式噪聲，從而提高圖像傳感器的成像質量，屬于研究高質量圖像獲取的技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，安防越來越受到各方面的關注。圖像傳感器作為安防監控系統的關鍵設備，承擔著獲取高質量圖像的重任。圖像采樣是圖像成像的關鍵步驟，其過程為圖像傳感器將光學鏡頭采集到的光信號轉換成電信號，然后經過模擬前端的相關數據雙采樣(CDS)，自動增益控制(AGC)和數模轉換(ADC)三個模塊將圖像傳感器輸出的圖像模擬信號處理成數字信號。這個過程中不可避免地引入各種噪聲，導致圖像質量下降。本專利所涉及的電路能抑制圖像傳感器本身的結果所引入的固定模式噪聲(FPN），有效提高圖像的成像質量。

發明內容

傳統雙采樣技術通過列差分放大器和輸出放大器的差分作用消除FPN，但在模擬域兩路差分通過不同輸出路徑存在誤差。且在像素間距的限制下，列差分放大器結構復雜、設計困難，會引入更多的隨機噪聲，達不到噪聲最小化的目的。為了有效降低FPN，在研究FPN產生機理和FPN對圖像傳感器輸出信號影響機理的基礎上，設計了一種能有效抑制列FPN的單列放大器相關雙采樣電路。主要發明內容包括兩個方面：

(1)設計了一種低功耗的相關雙采樣CDS電路

此電路改變了傳統的CDS電路的讀出結構，利用一個列放大器實現對APS的電壓讀出信號的先后采樣，然后將采樣到的光信號和復位信號取差值得到所需的有效光信號。此結構解決了將光信號和復位信號經過兩個性能不完全一樣的列放大器所帶來的列FPN的問題。同時，簡化了電路結構，降低了對制造工藝的要求，應用前景廣闊。

(2)設計了一個與PGA的接口電路

所設計的相關雙采樣CDS電路中只有一個列放大器，不能同時輸出光信號和復位信號，也就不能直接跟PGA相連，需要一個專用的接口電路。將相關雙采樣CDS電路從APS采樣的光信號和復位信號作為接口電路的輸入，接口電路采用對稱運算跨導放大器OTA及時鐘輸出光信號和復位信號，并將兩個信號取差值得到所需的有效光信號，最后將有效光信號作為可編程增益放大器(PGA)的輸入。

附圖說明

圖1是對稱運算跨導放大器圖

圖2是單列放大器相關雙采樣電路圖

圖3是相關雙采樣CDS電路與PGA的接口電路圖

具體實施方式

先采用圖1所示的對稱運算跨導放大器作為列放大器，實現對圖2中APS的光信號和復位信號兩個電壓讀出信號的采樣，然后將采樣信號作為圖3所示的相關雙采樣CDS電路與PGA的連接電路的輸入，連接電路利用對稱運算跨導放大器OTA及時鐘輸出光信號和復位信號，并將兩個信號取差值得到有效光信號。

從APS讀出信號的過程為：先利用K_s將光信號V_sig采樣到電容C_s上，然后再利用K_r將復位信號V_rst采樣到電容C_r上，最后將兩者相減得到有效光信號V_o，此過程中兩個CDS信號走同一個列放大器通路，因此列FPN會很低。

(1)采樣光信號V_sig，此過程中，Col_S有效，利用公式V_S(n)=V_stg+Δ可以得到V_s節點的電壓值；

(2)采樣復位信號V_rst，此過程中，Col_R有效，利用公式V_r(n+1)=V_rst+Δ可以得到V_r節點得電壓值；

(3)將節點V_s和V_r的電壓信號送入圖3的輸入端，圖3將采樣所得的復位信號減去光信號即可得到有效光信號V_o，即K₁有效時，采樣光信號并存在電容C₂上，接著K₁斷開，K₂有效，采樣復位信號，同時將兩者做差即可得到有效光信號V_o：

V_o(n)=V_r(n+1)-V_S(n)=V_rst-V_stg