[發(fā)明專利]一種可消除失調(diào)的相關(guān)雙采樣電路

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510799823.X
• 申請(qǐng)日: 2015-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN105306845A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王向展;謝林森;雷曉;陳同少
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N5/378
• 分類號(hào): H04N5/378
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像傳感器中的相關(guān)雙采樣電路，屬于高精度、高質(zhì)量信號(hào)采集和圖像獲取電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該電路可消除采樣系統(tǒng)中由于電路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱及集成電路制造工藝偏差帶來(lái)的失調(diào)，提高圖像系統(tǒng)的成像質(zhì)量。

背景技術(shù)

作為獲取圖像信息的重要電子元器件，CMOS圖像傳感器在光電探測(cè)和成像等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS圖像傳感器中，探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后由讀出電路陣列對(duì)探測(cè)器的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、采樣等處理后，再進(jìn)行后續(xù)處理。讀出電路陣列雖不直接參與探測(cè)信號(hào)，但它的性能卻直接影響成像系統(tǒng)的性能指標(biāo)。其中，失調(diào)是影響讀出電路性能的重要因素之一，它主要來(lái)自于采樣保持電路中的運(yùn)算放大器。采樣保持電路通常采用相關(guān)雙采樣技術(shù)以減小噪聲，提高圖像傳感器的信噪比，但同時(shí)雙采樣電路中的運(yùn)放會(huì)引入失調(diào)，影響輸出精度。一個(gè)信號(hào)處理陣列一般有比較多的雙采樣電路，而每一個(gè)雙采樣電路中的運(yùn)放失調(diào)的值是隨機(jī)的，失調(diào)電壓會(huì)對(duì)采樣輸出端造成影響，增大信號(hào)處理的難度。

Y.(文獻(xiàn)1，Y.,etal.,ColumnreadoutcircuitwithglobalchargeamplifierforCMOSAPSimagers.,Electronicsletters36.17(2000):1457-1459.)等提出了一種采用電荷轉(zhuǎn)移方式的相關(guān)雙采樣保持電路，先通過(guò)兩次采樣得到復(fù)位信號(hào)和積分信號(hào)，再通過(guò)第三次電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)作差，最終得到凈的積分信號(hào)。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于大規(guī)模成像陣列；但并無(wú)失調(diào)消除，會(huì)在最終的輸出端引入運(yùn)放的失調(diào)。

楊棟(文獻(xiàn)2，楊棟,趙毅強(qiáng),廖俊；線列紅外探測(cè)器讀出電路的研究；中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集，2010)等提出了一種可抑制失調(diào)的相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)，利用雙采樣電路中的運(yùn)放增益使失調(diào)電壓下降到某個(gè)量級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)抑制大部分失調(diào)的目的。由于失調(diào)的減少跟運(yùn)放增益關(guān)系密切，而文中結(jié)果表明增益大，則失調(diào)小；增益小，失調(diào)則相對(duì)較大。但運(yùn)放增益越大，意味著結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度提高，且運(yùn)放本身的失調(diào)更加難以控制；此外，因?yàn)橹圃旃に嚨脑颍赡軙?huì)導(dǎo)致運(yùn)放的輸入對(duì)管有微小的不匹配，從而使運(yùn)放增益發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致失調(diào)減小的幅度不均勻。

Song,Bongsub等(文獻(xiàn)3，Song,Bongsub,etal.Anautofocussensorwithglobalshutterusingoffset-freeframememory.CircuitsandSystemsII:ExpressBriefs,IEEETransactionson57.11(2010):878-882.)提出一種通過(guò)電荷守恒關(guān)系消除失調(diào)的相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)運(yùn)放以及時(shí)序的配合，可同時(shí)消除兩個(gè)運(yùn)放的失調(diào)電壓。然而，該結(jié)構(gòu)中運(yùn)放數(shù)目相比常規(guī)的雙采樣結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)，既增加了功耗，也占用了面積。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，提出了一種可消除失調(diào)的相關(guān)雙采樣電路。通過(guò)調(diào)整電容的比例實(shí)現(xiàn)運(yùn)放失調(diào)的消除，與運(yùn)放增益無(wú)關(guān)，既減小了運(yùn)放設(shè)計(jì)的難度，又實(shí)現(xiàn)了低增益運(yùn)放失調(diào)的消除。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種可消除失調(diào)的相關(guān)雙采樣電路，包括運(yùn)算放大器、反饋電容C、第一行導(dǎo)通開關(guān)S1、第二行導(dǎo)通開關(guān)S2、第一采樣電容C1、第二采樣電容C2、第三采樣電容C3、第一采樣開關(guān)S3、第二采樣開關(guān)S4、第三采樣開關(guān)S5、第四采樣開關(guān)S6、固定電位保持電容C4、第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)S7、第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)S8；

所述反饋電容C和第一行導(dǎo)通開關(guān)S1并聯(lián)且跨接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端Vn和輸出端Vout之間；

所述第一采樣電容C1一端通過(guò)第一采樣開關(guān)S3連接到相關(guān)雙采樣電路的輸入端Vin，另一端連接運(yùn)算放大器負(fù)輸入端Vn的同時(shí)，也通過(guò)第二采樣開關(guān)S4連接到第三采樣電容C3；

所述第二采樣電容C2一端通過(guò)第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)S7連接到第一采樣開關(guān)S3、通過(guò)第三采樣開關(guān)S5連接到相關(guān)雙采樣電路的輸入端Vin，另一端通過(guò)第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)S8連接到第三采樣電容C3、通過(guò)第四采樣開關(guān)S6連接第二行導(dǎo)通開關(guān)S2；

所述第三采樣電容C3一端連接第二采樣開關(guān)S4和第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)S8，另一端通過(guò)第二行導(dǎo)通開關(guān)S2連接到參考電位Vb；

所述固定電位保持電容C4一端連接運(yùn)算放大器的正輸入端Vp，另一端通過(guò)第二行導(dǎo)通開關(guān)S2連接到參考電位Vb。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大器可以采用普通的五管放大器、套筒式共源共柵放大器、折疊式共源共柵放大器、兩級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)等。