[發(fā)明專利]一種寬動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器像素單元電路

在審

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• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN107071313A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李禮夫;戶晉文;周輝;黃煥立;謝植松
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/353;H04N5/355
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種寬動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器像素單元電路，其特征在于：包括像素積分電路和積分時間控制電路；

所述像素積分電路用于接收光信號，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號后由行/列選通輸出電路輸出；

所述積分時間控制電路用于控制像素積分電路中光電二極管的曝光時間，并將高光強下的曝光時間記錄下來，最終由行/列選通輸出電路輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器像素單元電路，其特征在于：

所述像素積分電路包括光電二極管、積分信號控制晶體管M1、復(fù)位信號控制晶體管M2、源跟隨晶體管M5、行選擇晶體管M8和積分電容Cint，

所述光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為光生電荷；

所述積分信號控制晶體管M1用于控制光電二極管與積分電容Cint之間的導(dǎo)通；

所述復(fù)位信號控制晶體管M2用于接收復(fù)位脈沖信號，使積分電容Cint在光電二極管曝光前復(fù)位到高電平電壓；

所述源跟隨晶體管M5用于將積分電容Cint的電壓信號進行緩沖并放大，輸出給行選擇晶體管M8；

所述積分電容Cint用于接收光電二極管曝光產(chǎn)生的光生電荷，并產(chǎn)生電壓信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器像素單元電路，其特征在于：

所述積分時間控制電路包括電壓比較器CAMP、粗定位時間-電壓編碼信號發(fā)生器、精定位時間-電壓編碼信號發(fā)生器、粗定位時間-電壓編碼脈沖讀入電路、精定位時間-電壓編碼脈沖讀入電路，

所述電壓比較器CAMP用于將像素積分電路中積分電容Cint的電壓與曝光時間閾值電壓比較，若積分電容Cint電壓低于曝光時間閾值電壓，則電壓比較器CAMP翻轉(zhuǎn)，輸出單邊下降脈沖；

所述粗定位時間-電壓編碼信號發(fā)生器用于發(fā)生粗定位時間-電壓編碼信號，該信號由V型波組成，在時間點T、2T、4T、8T、16T、32T^……2ⁿT上波形斜率交替變化，V型波的變化范圍為1V~2V；

所述精定位時間-電壓編碼信號發(fā)生器用于發(fā)生精定位時間-電壓編碼信號，該信號在每個時間間隔中線性下降1/2ⁿV，逐漸由高電平2V電壓信號變?yōu)榈碗娖?V電壓信號；

所述粗定位時間-電壓編碼脈沖讀入電路用于接收和讀入單邊下降脈沖信號及粗定位時間-電壓編碼信號，并將對應(yīng)曝光時間的電壓信號進行儲存、緩沖和放大后由行/列選通輸出電路輸出；

所述精定位時間-電壓編碼脈沖讀入電路用于接收和讀入單邊下降脈沖信號及精定位時間-電壓編碼信號，并將對應(yīng)曝光時間的電壓信號進行儲存、緩沖和放大后由行/列選通輸出電路輸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器像素單元電路，其特征在于：

所述精定位時間-電壓編碼脈沖讀入電路包括采樣開關(guān)晶體管M4和信號儲存電容C2、源跟隨晶體管M7和行選擇晶體管M10，用于接收單邊下降脈沖信號，此時采樣開關(guān)晶體管M4接通，讀入精定位時間-電壓編碼信號，并將對應(yīng)曝光時間的電壓信號保存在信號儲存電容C2中，儲存在信號儲存電容C2中的電壓信號經(jīng)由源跟隨晶體管M7緩沖并放大，接著輸出給行選擇晶體管M10，最終由行/列選通輸出電路輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬動態(tài)范圍CMOS圖像傳感器像素單元電路，其特征在于：

所述粗定位時間-電壓編碼脈沖讀入電路包括采樣開關(guān)晶體管M3、信號儲存電容C1、源跟隨晶體管M6和行選擇晶體管M9，用于接收單邊下降脈沖信號，此時采樣開關(guān)晶體管M3接通，讀入粗定位時間-電壓編碼信號，并將對應(yīng)曝光時間的電壓信號保存在信號儲存電容C1中，儲存在信號儲存電容C1中的電壓信號經(jīng)由源跟隨晶體管M6緩沖并放大，接著輸出給行選擇晶體管M9，最終由行/列選通輸出電路輸出。