[发明专利]CMOS图像传感器黑光噪声抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种黑光噪声抑制方法，特别涉及一种CMOS图像传感器黑光噪声抑制方法。

背景技术

参照图1～2。文献1“Yu-Chuan Shih，Chung-Yu Wu，A New CMOS Pixel Structure forLow-Dark-Current and Large-Array-Size Still Imager Application，IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUIT AND SYSTEM-I：REGULAR PAPERS，Vol.51，No.11November 2004.pp.2204～2214.”公开了一种黑光噪声的抑制方法，该方法对黑光电流(经过积分后即黑光噪声电压)随感光二极管反偏电压的变化进行了测量，当反偏电压接近0时，黑光电流不再随着偏压的降低按线性规律变化，而是有一个明显的斜率下降。说明在接近0反偏电压的情况下，感光二极管的黑光电流能够得到有效抑制，并能实现较高信噪比。

文献1公开的黑光噪声抑制电路和读出电路中，Cint为电流积分单元；M3是Cint的复位控制管；M4和M5构成源跟随器对积分和复位电压进行读出；像素单元采用无源像素；M1、M2和运放A用来实现像素内感光二极管0反偏电压，以抑制黑光电流。具体做法是：运放A的正相端连接电压Vcom，这一电压的值设置为与M1的阈值电压Vth1大小相同。根据运放的虚短原理，运放A的负相端电位也近似等于Vth1。由于正常工作时像素提供的光电流非常小，M1工作在临界阈值状态，此时M1的栅源电压VGS1≈Vth1，因此M1的源端电位接近0。再者像素内的MOS管为开关管，尺寸较大，其源漏电位近似相等。这样一来就实现了像素内感光二极管的0反偏电压，从而达到抑制黑光噪声的目的。

文献1公开的黑光噪声抑制方法存在的缺点是，其采用的无源像素的噪声特性比有源像素差。这是因为无源像素的积分单元在像素外，光电流积分运算时，M1、M2中除了流过被选中的像素的电流，M1源端较大的并联寄生pn结会产生很大的寄生电流，从而使信噪比严重受损。而在文献1公开的黑光噪声抑制方法中无法使用文献2中的有源像素进行设计，那是由于实现0反偏电压的结构位于于积分节点和感光二极管之间，而在有源像素内部无法实现这一复杂结构，所以文献1提出的黑光噪声抑制方法只能采用无源像素，因此其噪声性能相对于采用有源像素设计图像传感器较差。

由于文献1中实现0反偏电压的结构中包含一个运放A，使像素读出电路功耗和面积较大。

参照图3。文献2“Abbas El Gamal，Helmy Eltoukhy，CMOS imaging Sensors，IEEE Circuit & Devices Magazine，May/June.2005，pp.6-20.”公开了一种有源像素及读出电路，该电路中的积分电容为M2栅端节点处的寄生电容，每个像素的积分节点由源跟随器件M2隔离而各自独立，避免了无源像素在电流积分时产生的较大寄生电流，噪声性能更好。有源像素外的读出电路只有一个器件M4构成，结构简单，面积和功耗更小。

发明内容

为了克服现有的黑光噪声的抑制方法像素读出电路功耗和面积大的不足，本发明提供一种CMOS图像传感器黑光噪声抑制方法，该方法预先对像素阵列中所有暗像素的黑光噪声电压进行采样并取均值，然后用有效像素的读出信号与黑光噪声电压均值相减来抑制黑光噪声。这种方法可以采用有源像素进行电路设计，可以使像素读出电路面积和功耗减小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种CMOS图像传感器黑光噪声抑制方法，其特点是包括以下步骤：

(a)将数模转换器的输出V_a和V_b置为0电位，对像素阵列中的所有暗像素读出信号进行采样、放大、数字化，计算出黑光噪声电压均值