[發明專利]一種基于相關雙采樣的像素單元電路及其相關雙采樣方法

有效

• 申請號: 201810241809.1
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108881749B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 羅永鴻;魯文高;羅凌子;金美岑;陳中建;張雅聰
• 申請（專利權）人: 北京大學（天津濱海）新一代信息技術研究院
• 主分類號: H04N5/369
• 分類號: H04N5/369;H04N5/374;H04N5/378
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本發明公開了一種基于相關雙采樣的像素單元電路及其相關雙采樣方法，屬于集成電路技術領域。所述像素單元電路包括：積分電路、相關雙采樣電路和源跟隨器電路；相關雙采樣電路包括采樣開關、第一電容、第二電容和第一復位開關；積分電路的輸出端與采樣開關的輸入端相連，采樣開關的輸出端分別與第一電容的一端、第二電容的一端相連，第一電容的另一端接地，第二電容的另一端分別與第一復位開關的輸出端、源跟隨器電路的輸入端相連，第一復位開關的輸入端與第一復位電壓相連。本發明中的單元像素電路，整體結構簡單，其中的相關雙采樣電路不僅有效的抑制了積分電容的KTC噪聲和積分運算放大器的1/f噪聲，提高了信噪比，而且時序控制易操作。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種基于相關雙采樣的像素單元電路及其相關雙采樣方法。

背景技術

隨著科技的發展，紅外成像技術日益成熟，得益于其隱蔽性好，作用距離遠，不受電磁干擾，探測能力強等特點，在國防、科研、民用、工業等相關領域都有著日益廣泛的應用。紅外成像系統的核心組成部分是紅外焦平面探測器組件，由紅外探測器組件和紅外焦平面讀出電路兩部分組成；通過紅外探測器組件采集紅外信號，然后利用紅外焦平面讀出電路實現信號轉換，最后再通過機芯組件對獲得的原始圖像進行處理并將信號輸出，從而得到優化后的紅外圖像。

近年來，紅外焦平面陣列規模不斷擴大，如640x512，1280x1024等，大陣列的焦平面陣列需要與其規模相匹配的讀出電路，而大規模讀出電路則對像素單元電路的面積、噪聲和功耗提出了更苛刻的要求。在像素單元電路中，由于紅外探測器輸出的是微弱的電流，通常為納安甚至皮安量級，因而要想獲得較大的輸出電壓，像素單元電路中的積分電容需要很小，而這必然會導致因積分電路復位開關的通斷而引入很大的KTC噪聲，再加上積分運算放大器會有熱噪聲和1/f噪聲等，這些噪聲會對像素單元電路的性能產生很大影響；并且傳統的像素單元電路的輸出電壓起始值由積分運算放大器的偏置電壓V_cm決定，對于擺幅小的積分運算放大器，積分時間過長時，積分電壓不再線性增加，而是緩慢增加，然后趨近于一個電壓值，因此能夠自由設置輸出電壓起始值也顯得很有必要。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提供一種基于相關雙采樣的像素單元電路及其相關雙采樣方法。

一方面，本發明提供了一種基于相關雙采樣的像素單元電路，包括：

積分電路、相關雙采樣電路和源跟隨器電路；所述相關雙采樣電路包括采樣開關、第一電容、第二電容和第一復位開關；

所述積分電路的輸出端與所述采樣開關的輸入端相連，所述采樣開關的輸出端分別與所述第一電容的一端、所述第二電容的一端相連，所述第一電容的另一端接地，所述第二電容的另一端分別與所述第一復位開關的輸出端、所述源跟隨器電路的輸入端相連，所述第一復位開關的輸入端與第一復位電壓相連。

可選地，所述積分電路包括：積分運算放大器、積分電容、第二復位開關和第三復位開關；

所述積分運算放大器的正向輸入端分別與偏置電壓、所述第二復位開關的輸出端相連，所述積分運算放大器的負向輸入端分別與紅外探測器的輸出端、所述第二復位開關的輸入端、所述積分電容的一端相連，所述積分運算放大器的輸出端分別與所述積分電容的另一端、所述第三復位開關的輸出端、所述相關雙采樣電路的輸入端相連；

所述積分電容的一端分別與所述積分運算放大器的負向輸入端、所述第二復位開關的輸入端、所述紅外探測器的輸出端相連，所述積分電容的另一端分別與所述積分運算放大器的輸出端、所述第三復位開關的輸出端、所述相關雙采樣電路的輸入端相連；

所述第二復位開關的輸入端與所述積分運算放大器的負向輸入端、所述積分電容的一端、所述紅外探測器的輸出端相連，所述第二復位開關的輸出端分別與所述積分運算放大器的正向輸入端、偏置電壓相連；