[发明专利]暗电流相关双采样器、图像传感器和暗电流补偿方法

说明书

本申请实施例提供了一种暗电流相关双采样器、图像传感器和暗电流补偿方法，包括：开关电路、n个第一电容器、m个第二电容器、积分电容器和运算放大器，n个第一电容器的电容值之和与m个第二电容器的电容值之和相等；n个第一电容器通过开关电路分别与n个有源像素的输出电压和运算放大器的反相输入端相连，m个第二电容器通过开关电路分别与m个暗像素的输出电压和反相输入端相连，积分电容器通过开关电路连接在反相输入端与运算放大器的输出端之间。能够通过暗电流相关双采样器直接实现有源像素的输出电压与暗像素的输出电压相减，以补偿有源像素中的暗电流。

技术领域

本申请实施例涉及CMOS图像传感器领域，并且更具体地，涉及一种暗电流相关双采样器、图像传感器和暗电流补偿方法。

背景技术

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)(CMOS Image Sensor，CIS)暗电流是指光电二极管在反偏条件下，在暗环境时产生的反向电流。一般是由于载流子扩散运动、器件表面、内部缺陷以及有害杂质引起。因此暗电流的大小与温度密切相关，而且空间平面上分布可能存在不一致性和随机性。暗电流限制了图像传感器的灵敏度、动态范围和信噪比(SIGNAL-NOISE RATIO，SNR)等等，因此需要进行暗电流补偿。

现有技术中的暗电流补偿通过复杂的硬件电路来消除像素阵列中的暗电流。例如，在有源像素区域内设置一些暗像素，通过暗电流相关双采样器(Correlated DoubleSampling，CDS)分别采样有源像素和暗像素，并通过两个存储器分别存储CDS采样的有源像素和暗像素的输出电压，再经过可编程增益放大器(programmable-gain amplifier，PGA)放大后由补偿电路将有源像素中的暗电流消除。现有技术需要开销很多硬件成本。

发明内容

本申请实施例提供一种暗电流相关双采样器、图像传感器和暗电流补偿方法，无需专门的存储器和补偿电路就可以通过暗电流相关双采样器实现有源像素的输出电压与暗像素的输出电压相减，以补偿有源像素中的暗电流。

第一方面，提供了一种暗电流相关双采样器，所述暗电流相关双采样器包括：开关电路、n个第一电容器、m个第二电容器、积分电容器和运算放大器，其中，所述n个第一电容器的电容值之和与所述m个第二电容器的电容值之和相等，n和m均为正整数；所述n个第一电容器通过所述开关电路分别与n个有源像素的输出电压和所述运算放大器的反相输入端相连，所述m个第二电容器通过所述开关电路分别与m个暗像素的输出电压和所述反相输入端相连，所述积分电容器通过所述开关电路连接在所述反相输入端与所述输出端之间。

本申请实施例通过将连接有源像素的输出电压的n个第一电容器的电容值之和设置为与连接暗像素的输出电压的m个第二电容器的电容值之和相等，使得无需专门的存储器和补偿电路就可以通过暗电流相关双采样器的输出端实现有源像素的输出电压与暗像素的输出电压相减，以补偿有源像素中的暗电流。

使用本申请实施例中的暗电流相关双采样器，有利于降低图像传感器的硬件成本。

在一种可能的实现方式中，在第一阶段，所述开关电路用于控制所述n个第一电容器和所述m个第二电容器进行充电，所述开关电路还用于控制所述积分电容器进行放电；在第二阶段，所述开关电路用于控制所述n个第一电容器和所述m个第二电容器停止充电，并且控制所述n个第一电容器和所述m个第二电容器向所述积分电容器放电。

在一种可能的实现方式中，所述n个第一电容器的电容值之和以及所述m个第二电容器的电容值之和分别与所述积分电容器的电容值之比为k/p，其中，k大于或等于p。

通过调整充放电电容器(第一电容器或第二电容器)与积分电容器的电容值的比例系数k/p，就可以实现信号放大。

当暗电流相关双采样器应用于图像传感器中，无需专门的PGA就可以实现信号的放大，从而可以进一步地降低图像传感器的成本。