[發明專利]浮柵型圖像傳感器斜坡電壓的溫度校正方法及讀出電路

在審

• 申請號: 202210930097.0
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115396610A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 顧曉峰;鐘嘯宇;虞致國
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/217
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 呂永芳

本發明公開了浮柵型圖像傳感器斜坡電壓的溫度校正方法及讀出電路，屬于集成電路技術領域。本發明通過溫度編碼及電壓發生模塊產生與器件閾值電壓具有相同溫度特性的斜坡發生電路參考電壓，控制積分時間與常溫條件下保持一致，產生與器件閾值電壓具有相同溫度特性的斜坡電壓，從而實現圖像傳感器讀出電路的片上溫度校正，在不改變像素器件工藝參數，不增加像素器件尺寸的前提下，有效地解決了溫度變化導致器件閾值電壓漂移使得讀出電路精度降低的問題，提升了圖像傳感器的成像質量。

技術領域

本發明涉及浮柵型圖像傳感器斜坡電壓的溫度校正方法及讀出電路，屬于集成電路技術領域。

背景技術

圖像傳感器被廣泛應用于科學研究、運動分析、機器視覺和航空航天等領域，廣泛的應用需求使得圖像傳感器快速發展，與此同時，當前圖像傳感器也遇到了自身技術特點的瓶頸。例如，當圖像傳感器應用于航空航天領域時，希望其成像質量越高越好，但由于太空環境的復雜性，圖像傳感器成像質量受溫度影響較大。讀出電路作為圖像傳感器的核心模塊，對成像質量起著決定性的作用，溫度特性的誤差對于讀出電路的精度影響非常大，溫度的變化會導致成像器件閾值電壓漂移甚至器件受損等，進而像素的讀出精度降低，成像質量變差。因此，對圖像傳感器讀出電路進行溫度校正，抑制溫漂對讀出電路精度的影響，從而提高圖像傳感器的成像質量變得尤為重要。

目前針對溫度造成的讀出電路精度問題大致可分為間接補償和直接補償兩種。間接補償使用圖像增強算法進行成像質量的提升，在專利CN110850500A中，圖像信息經過采集后，在片外通過單點校正算法對不同溫度段的多段校正補償參數進行修正，其對單幅圖像有著很好的效果，但對于圖像數據流，溫度的變化使其提升效果有所下降。直接補償分為物理補償和電路及工藝補償。物理補償通過增加散熱，但因圖像傳感器設備較小而不被適用。電路及工藝補償通過對圖像傳感器電路進行改進或者增加像素器件的尺寸，中國科學院大學提出在常溫下，提取成像單元的各個工藝參數并對其進行修改，使其適應不同溫度情況下像素器件特性的變化，這樣一定程度上能夠減小溫漂對讀出電路精度的影響，但是尺寸的增大使得在有限面積內集成更多像素器件變得困難，導致圖像傳感器的像素陣列規模受限，這與航空航天領域對高像素的需求是不相符的。

發明內容

為了解決溫度變化導致器件閾值電壓漂移使讀出電路精度降低的問題，本發明提供了浮柵型圖像傳感器斜坡電壓的溫度校正方法及讀出電路，所述技術方案如下：

本發明的第一個目的在于提供一種圖像傳感器讀出電路，用于讀出像素器件閾值電壓，所述圖像傳感器讀出電路包括：斜坡發生模塊、鉗位電路、讀出電容、比較器、計數器；

所述斜坡發生模塊包括依次連接的：溫度采集模塊、溫度編碼模塊、電壓發生模塊和斜坡發生電路，用于產生與所述像素器件閾值電壓具有相同溫度特性的斜坡電壓，控制所述像素器件的導通；

所述鉗位電路與所述像素器件輸出端連接，用于控制所述像素器件漏源電壓保持恒定；

所述讀出電容的上極板與所述像素器件輸出端、比較器的輸入端連接，且通過開關與電源連接，所述讀出電容的下極板接地；

所述比較器的輸出端與所述計數器的輸入端連接。

可選的，所述溫度采集模塊用于實時監測溫度變化；

所述溫度編碼模塊根據所述像素器件閾值電壓在不同溫度下的電壓值，將斜坡發生電路的參考電壓按照閾值電壓與溫度的關系進行編碼，得到不同溫度所對應的碼值；

所述電壓發生模塊包括譯碼電路與選擇電路兩部分，所述譯碼電路依據所述不同溫度所對應的碼值進行譯碼，并將譯碼結果傳遞給所述選擇電路；所述選擇電路輸出此碼值條件下所對應的斜坡參考電壓，同時控制所述斜坡發生電路的積分時間與常溫條件下保持一致，產生與像素閾值電壓具有相同溫度特性的斜坡電壓。

可選的，所述斜坡發生電路包括：斜坡發生電阻R、斜坡發生電容C和運算放大器；