可編程器增益放大器及降低列固定模式噪聲方法技術

本發明專利技術可編程器增益放大器，通過將放大器輸出共模電壓和采樣復位信號時刻的輸出電壓做模擬域信號相減或模數轉換后做數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，從而降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲。本發明專利技術可編程器增益放大器及降低列固定模式噪聲方法的有益技術效果是通過負反饋的直流失調消除電路減少運算放大器失調電壓對可編程增益放大器輸出的影響，通過模擬域或數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，有效的降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲，從而提高了圖像成像質量。

【技術實現步驟摘要】
專利
本專利技術涉及到圖像傳感器
，特別涉及到一種用于圖像傳感器的可編程器增益放大器及降低列固定模式噪聲方法。
技術介紹
隨著現代計算機技術以及信息處理技術的發展，智能系統正在越來越多地幫助人類處理外界的各種復雜信息，這些信息包括自然界的聲、光、溫度、壓力以及氣味等等。人類通過五官接受外界信息，其中人眼通過獲取圖像得到的信息量最大，據統計，人類獲取信息的75％是通過視覺器官得到?；谝曈X圖像巨大的信息量，先進的圖像獲取技術也就成了現代智能系統的重要組成部分。圖像傳感器是圖像獲取設備的核心，目前主流的固體圖像傳感器主要包括CCD和CMOS兩種圖像傳感器。CCD圖像傳感器由于其較高的填充因子和較低的固定模式噪聲已經得到廣泛的應用。但因其存在著多電壓、高功耗、低速度、不易與CMOS集成等缺點，限制了它的應用。CMOS圖像傳感器正是解決了CCD存在的問題而得到了廣泛的應用。但是，CMOS圖像傳感器應用環境的變化(例如溫度與光線強度的變化)會直接影響CMOS圖像傳感器的信號強度及其性能。為了適應信號強度的變化，通常在CMOS圖像傳感器輸出端設置一個可編程增益放大器調節信號強度，滿足信號較大的動態范圍要求。目前，現有技術可編程器增益放大器通常采用帶有失調消除技術的可編程器增益放大器，內部可實現采樣保持、相關雙采樣、失調校準等功能，這樣，減小了像素內的固定模式噪聲、復位管的KTC噪聲、可編程器增益放大器引入的列固定模式噪聲。附圖1為帶有失調消除技術的可編程器增益放大器的電路圖。工作過程分兩步：第一步采樣像素復位信號和放大器的失調電壓信號；第二步采樣積分后的像素信號，將兩次采樣的模擬信號做差，消除了像素單元的固定模式噪聲、復位管的KTC噪聲，同時做了失調校準處理，減小了列固定模式噪聲的影響。由于實際的運算放大器增益為有限值的影響，由此造成帶有失調消除技術的可編程器增益放大器只能減小運放失調電壓引起的列固定模式噪聲，且不能完全消除，列固定模式噪聲仍可能為一個較大的值，對圖像成像質量仍有大的影響。顯然，現有技術可編程器增益放大器存在著只能減小運放失調電壓引起的列固定模式噪聲，且不能完全消除，導致列固定模式噪聲仍可能對圖像成像質量有較大的影響等問題。
技術實現思路
為解決現有技術可編程器增益放大器存在的只能減小運放失調電壓引起的列固定模式噪聲，且不能完全消除，導致列固定模式噪聲仍可能對圖像成像質量有較大的影響等問題，本專利技術提出一種可編程器增益放大器及降低列固定模式噪聲方法。本專利技術可編程器增益放大器，通過將放大器輸出共模電壓和采樣復位信號時刻的輸出電壓做模擬域信號相減或模數轉換后做數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，從而降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲。進一步的，本專利技術可編程器增益放大器，包括主放大器、負反饋的直流失調消除電路、放大功能的開關電容電路；所述主放大器為差分輸入、單端輸出放大器；并且，所述主放大器為一級差分結構或者二級差分結構，用作緩沖和放大功能；所述負反饋的直流失調消除電路用于最小化運算放大器失調電壓對圖像傳感器引起的列固定模式噪聲；電路包括主放大器、直流失調消除電容CC、開關S1和S2；所述主放大器正輸入端接共模電壓，負輸入端與直流失調消除電容CC和開關S1一端相接，輸出端為可編程增益放大器的輸出端；所述的直流失調消除電容CC另一端接采樣開關S2的一端；所述的采樣開關S2另一端接共模電平VCM；所述開關S1另一端接可編程增益放大器的輸出端；所述放大功能的開關電容電路與主放大器組成可編程放大功能，開關電容電路包括可編程電容CS、可編程電容CF、開關S3；所述可編程電容CS一端接圖像傳感器像素列的輸出，另一端與可編程電容CF的一端、開關S3的一端相接；所述可編程電容CS和S3另一端接可編程增益放大器的輸出端；所述放大功能的開關電容電路與負反饋的直流失調消除電路有公有節點；可編程電容CS、可編程電容CF、開關S3端口相連節點與一端開關S2一端與直流失調消除電容CC相連節點相連接；所述主放大功能的開關電容電路、負反饋的直流失調消除電路與主放大器有公共節點，公共節點為可編程增益放大器的輸出端。本專利技術降低列固定模式噪聲方法，采用本專利技術可編程器增益放大器對圖像傳感器的信號進行處理，在時序控制中采樣復位信號時刻的輸出電壓V為：式中，V為時序控制中采樣復位信號時刻的輸出電壓，單位為伏特；A為放大器的放大倍數，無量綱；VCM為放大器輸出共模電壓，單位為伏特；VOS為失調電壓，單位為伏特；所述采樣復位信號時刻的輸出電壓V和用于圖像傳感器的可編程增益放大器的放大器輸出共模電壓VCM和失調電壓VOS項差別很?。粚⒎糯笃鬏敵龉材ｋ妷篤CM和采樣復位信號時刻的輸出V做模擬域信號相減或模數轉換后做數字相減，相減后的輸出只剩下放大后有效信號項，由此減小運算放大器失調電壓作用于圖像傳感器列固定模式噪聲。進一步的，本專利技術降低列固定模式噪聲方法，采用本專利技術可編程器增益放大器對圖像傳感器的信號進行處理，包括以下步驟：S1、開關S1和開關S2閉合，直流失調消除電容CC采樣運算放大器的失調電壓，并存儲在直流失調消除電容CC中；S2、開關S1和開關S2斷開，開關S3閉合，圖像傳感器的復位信號存儲于采樣電容CS中；此時，運算放大器的輸出為采樣復位信號時刻的輸出電壓V；S3、開關S1、開關S2和開關S3都斷開，圖像傳感器的光電信號從pixle_in端輸入，通過開關電容電路的放大，用于圖像傳感器的可編程增益放大器放大后輸出達到圖像傳感器的有效圖像信號，從而消除了像素固定模式噪聲和復位熱噪聲，進而最小化運算放大器的失調電壓對圖像傳感器列固定模式噪聲的影響，即降低了失調電壓所引起的圖像傳感器列固定模式噪聲。本專利技術可編程器增益放大器及降低列固定模式噪聲方法的有益技術效果是通過負反饋的直流失調消除電路減少運算放大器失調電壓對可編程增益放大器輸出的影響，通過模擬域或數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，有效的降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲，從而提高了圖像成像質量。附圖說明附圖1是現有技術帶有失調消除技術的可編程器增益放大器的電路圖；附圖2是本專利技術用于圖像傳感器的可編程器增益放大器的電路圖；附圖3是本專利技術降低列固定模式噪聲方法的步驟示意圖。下面結合附圖及具體實施例對本專利技術可編程器增益放大器及降低列固定模式噪聲方法作進一步的說明。具體實施方式附圖2是本專利技術可編程器增益放大器的電路圖，由圖可知，本專利技術可編程器增益放大器，通過將放大器輸出共模電壓和采樣復位信號時刻的輸出電壓做模擬域信號相減或模數轉換后做數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，從而降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲。進一步的，本專利技術可編程器增益放大器，包括主放大器、負反饋的直流失調消除電路、放大功能的開關電容電路；所述主放大器為差分輸入、單端輸出放大器；并且，所述主放大器為一級差分結構或者二級差分結構，用作緩沖和放大功能；所述負反饋的直流失調消除電路用于最小化運算放大器失調電壓對圖像傳感器引起的列固定模式噪聲；電路包括主放大器、直流失調消除電容CC、開關S1和S2；所述主放大器正輸入端接共模電壓，負輸入端與直流失調消除電容CC和開本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可編程器增益放大器，其特征在于，通過將放大器輸出共模電壓和采樣復位信號時刻的輸出電壓做模擬域信號相減或模數轉換后做數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，從而降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲。

【技術特征摘要】
1.一種可編程器增益放大器，其特征在于，通過將放大器輸出共模電壓和采樣復位信號時刻的輸出電壓做模擬域信號相減或模數轉換后做數字域相減，最小化運算放大器的失調電壓對輸出電壓的影響，從而降低運放失調電壓引起的圖像列固定模式噪聲。2.根據權利要求1所述可編程器增益放大器，其特征在于，該可編程器增益放大器包括主放大器、負反饋的直流失調消除電路、放大功能的開關電容電路；所述主放大器為差分輸入、單端輸出放大器；并且，所述主放大器為一級差分結構或者二級差分結構，用作緩沖和放大功能；所述負反饋的直流失調消除電路用于最小化運算放大器失調電壓對圖像傳感器引起的列固定模式噪聲；電路包括主放大器、直流失調消除電容CC、開關S1和S2；所述主放大器正輸入端接共模電壓，負輸入端與直流失調消除電容CC和開關S1一端相接，輸出端為可編程增益放大器的輸出端；所述的直流失調消除電容CC另一端接采樣開關S2的一端；所述的采樣開關S2另一端接共模電平VCM；所述開關S1另一端接可編程增益放大器的輸出端；所述放大功能的開關電容電路與主放大器組成可編程放大功能，開關電容電路包括可編程電容CS、可編程電容CF、開關S3；所述可編程電容CS一端接圖像傳感器像素列的輸出，另一端與可編程電容CF的一端、開關S3的一端相接；所述可編程電容CS和S3另一端接可編程增益放大器的輸出端；所述放大功能的開關電容電路與負反饋的直流失調消除電路有公有節點；可編程電容CS、可編程電容CF、開關S3端口相連節點與一端開關S2一端與直流失調消除電容CC相連節點相連接；所述主放大功能的開關電容電路、負反饋的直流失調消除電路與主放大器有公共節點，公共節點為可編程增益放大...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳治軍，朱斌，張靖，李毅強，李夢萄，劉昌舉，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第四十四研究所，
類型：發明
國別省市：重慶;50