[发明专利]一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法

说明书

本发明公开了一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，属于仿真分析领域。一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，包括以下步骤：1)对ADC比较器的翻转进行仿真分析，得出翻转区间偏移；2)计算所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内的概率和跨越多个时钟周期的概率，并计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压；3)将所述CMOS图像传感器噪声电压和对应的概率相乘，得到由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器噪声的计算值。本发明的分析方法，确定了由ADC固有噪声而引起CMOS图像传感器的整体噪声，在设计阶段有利于明确设计值是否满足设计要求，为噪声设计改进提供依据。

技术领域

本发明属于仿真分析领域，尤其是一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法。

背景技术

在低亮度场景或视频应用场合，噪声严重影响所拍摄图像或视频的质量。噪声广义上指的是除了信号以外其它形式的扰动。CMOS传感器电路里噪声有许多类型，大体上可以根据其产生的原因分为器件电子噪声和“环境”噪声。器件的电子噪声是由于器件本身的物理性质造成的，在CMOS可见光图像传感器中一般包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、暗电流；“环境”噪声则是指电路受到电源、地线、衬底等的随机干扰，或者环境温度变化、时钟抖动、电磁干扰等。各种噪声通过外围电路耦合到传感器阵列而损坏图像传感器性能。其中“环境”噪声可以通过电路设计而被很好地抑制，不会对传感器的性能产生重要的影响。如在图像传感器的版图设计过程中，添加保护环来增加芯片对电源波动的抗干扰能力；设计者也可以使用低相位噪声的时钟来减少时钟抖动对图像传感器性能的影响。与此同时，器件所固有的噪声却很难被抑制，从而成为了CMOS可见光图像传感器性能的最基本的限制因素。

CMOS图像传感器中集成的ADC用于实现光电信号到数字信号的转换，ADC的器件固有噪声严重制约着整体CMOS图像传感器的噪声性能，因此分析ADC的器件固有噪声对整体图像传感器的噪声影响，具有至关重要的作用。图1所示为ADC的结构框图和转换过程，ADC包括ADC比较器10和ADC计数器11，ADC比较器10的输入为模拟待转换信号Vin和斜坡参考Ramp，第一次比较翻转信号出现，则计数器起始计数，第二次比较器翻转信号出现，则计数器结束计数。由于ADC比较器噪声，同样条件下，翻转沿并不处于同一位置，由此引起CMOS图像传感器噪声。传统的ADC的噪声分析方法流程图如图2所示，ADC采样正弦输入信号，利用快速傅里叶变换，计算噪声基底。

发明内容

本发明的目的在于克服用于CMOS图像传感器的ADC的固有噪声无法得出的缺点，提供一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于CMOS图像传感器的ADC固有噪声分析方法，包括以下步骤：

1)对ADC比较器的翻转进行仿真分析，得出翻转区间偏移；

2)计算所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内的概率和跨越多个时钟周期的概率，并计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压；

3)将所述CMOS图像传感器噪声电压和对应的概率加权平均，得到由ADC固有噪声引起的CMOS图像传感器噪声的计算值。

进一步的，步骤1)中根据CMOS图像传感器噪声定义，采用CMOS图像传感器噪声统计方法对ADC比较器的翻转进行仿真分析。

进一步的，在步骤2)中，若所述翻转区间偏移分布在ADC计数器的一个时钟周期内，则不引起噪声。

进一步的，步骤2)中计算由此而引起的CMOS图像传感器噪声电压，具体为：

式中：F为第F帧图像；Voi为像元的第i次输出；Vo为像元的F次输出的平均值。