[发明专利]为像素阵列提供参考电压的均值电压产生电路及方法

权利要求书

1.一种为像素阵列提供参考电压的均值电压产生电路，其特征是，PWM像素阵列划分为N个相邻像素一组，每组像素与一个AVG组成一个“工作单元”，该单元中的各V_PD节点连接到AVG的N个输入端(in_1～in_N)，各参考电压输入端部连接到AVG的输出端(V_out)；AVG由N个输入开关(S_1～S_N)，1个采样电容C_H，1个放大器AMP和1个n位存储器组成；N个输入开关一端分别连接N个输入信号，各输入开关另一端连接到采样电容CH的上极板和AMP的同向输入端，采样电容C_H的另一极接地，AMP的反相输入端与AMP的输出端V_out相连，同时V_out作为AVG的输出端，V_out再经输入线连接至列级或阵列级的n位ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)的输入端，ADC的n位数字输出连接至AVG内部n位存储器输入端，该存储器的读、写控制信号由外部时序信号控制，存储的数字值可通过其n位数字输出D_out读出。

2.一种为像素阵列提供参考电压的均值电压产生方法，其特征是，借助于前述为像素阵列提供参考电压的均值电压产生电路及其连接线路实现，并包括如下步骤：

1)、复位：开关S_1～S_N闭合，将N个像素的N个C_PD及电容C_H并联，复位信号Φ_RS置为低电平，各像素的PD复位，PD节点电压V_PD，即C_PD上极板电压，复位至复位电压V_Rst；

2)、第1次曝光：复位周期结束后，Φ_RS置为高电平，开始进行曝光过程，各像素内的PD内产生光生电流(I₁，I₂，…，I_N)对各C_PD放电，第1次曝光时间T_int结束后，开关S_1、S_2…S_N断开，V_C值被采样到电容C_H上极板上，则C_H上极板节点V_C为：

VC=VRst-(I1+I2+···+IN)TintN·CPD+CH---(4)]]>

实际应用中，N.·C_PD＞＞CH，则AMP输出电压V_out，即各像素参考电压为：

Vref‾=Vout≈VC≈VRst-I1+I2+···+INN·TintCPD=VRst-I‾·TintCPD---(5)]]>

之后，Φ_RS置为低电平，各像素内PD重新复位至V_Rst；

3)、第2次曝光：Φ_RS置为高电平，开始第2次曝光过程。令第2次曝光时间为第1次曝光时间的2倍即2T_int，这样能使可测光强范围最大化，曝光结束后，各像素积分时间t_{int_1}～t_{int_N}由下式确定：

tint_M=(VRst-Vref‾)·CPDIN---(6)]]>

上式中M＝1，2，…，N，各像素积分时间存储在各自像素内部存储器中；

4)、均值参考电压转换：第1次得到的即V_out节点连接到列级或阵列级ADC的输入线，并进行模数转换得到对应数字值，再将数字值经ADC的输出线存入AVG内部存储器；

5)、数字读出：单元中的AVG内存储器与各像素内存储器的数字值在第2次曝光结束后经读出电路同时读出；

6)、数据处理：每个单元中的数字值从AVG内存储器获得，各像素积分时间t_{int_M}从像素内存储器获得，再根据式(6)即可得到各像素光电流信息，即对应的光强信息。