用于cmos圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其控制方法。該模擬讀出預(yù)處理電路包括：擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)CMOS圖像傳感器輸出信號(hào)的讀出和模數(shù)轉(zhuǎn)換；運(yùn)算放大器，用于利用運(yùn)算放大器兩輸入端“虛短”及電荷守恒原理，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分可有效降低圖像傳感器內(nèi)部的熱噪聲和閃爍噪聲；比較器，用于比較兩端電壓的大小，完成信號(hào)量化功能；以及控制信號(hào)發(fā)生器，用于提供控制信號(hào)。
【專利說明】用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其控制方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS) 圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] CMOS圖像傳感器是固態(tài)圖像傳感器的一種。分辨率為MXN的CMOS圖像傳感器一 般包括圖像傳感器陣列（大小為MXN)、模擬讀出處理電路以及數(shù)字控制模塊等。其中，模 擬讀出處理電路的大小為1 XP，1 < P < N ;其中P = 1，串行讀出，并行度最低，主要用于低 速圖像傳感器；P = N，全列并行讀出，并行度最高，主要用于高速圖像傳感器。
[0003] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)用于固態(tài)圖像傳感器的模擬讀出處理電路的結(jié)構(gòu)框圖。請(qǐng)參照 圖1，模擬讀出處理電路由模擬讀出預(yù)處理電路和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Con Verter，ADC)構(gòu)成。其中最重要的就是模擬讀出預(yù)處理電路。其中，圖像傳感器輸出的 電壓經(jīng)模擬讀出預(yù)處理電路去噪、放大、電平位移及單轉(zhuǎn)差后輸出到差分結(jié)構(gòu)的ADC，ADC 中的采樣預(yù)處理電路輸出差分信號(hào)并對(duì)該差分信號(hào)進(jìn)行量化，量化值暫存于寄存器，準(zhǔn)備 直接或經(jīng)數(shù)字域處理后經(jīng)10端口輸出。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，模擬讀出預(yù)處理電路對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)和有效光強(qiáng)信號(hào) 只進(jìn)行一次采樣和轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致讀出噪聲較大，模擬讀出時(shí)間較長，其中模擬讀出預(yù)處理電路 的輸出噪聲包含了來自圖像傳感器的噪聲。
[0005] 本發(fā)明中的模擬讀出預(yù)處理電路包括有擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分電路，該擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分 電路通過對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)和光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行多次積分平均，可有效降低來自圖 像傳感器及電路的熱噪聲，從而提供更高性能的信號(hào)讀出。
[0006] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中， 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)采用擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分電路需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行多 次采樣，因而會(huì)增加讀出時(shí)間，降低讀出速度，不利于該讀出電路在高速場(chǎng)合的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] (一）要解決的技術(shù)問題
[0008] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理 電路及其控制方法，既能降低讀出噪聲又盡可能減小模擬讀出時(shí)間。
[0009] (二）技術(shù)方案
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處 理電路，包括：
[0011] 擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1，用于采集信號(hào)并對(duì) 采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分和模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0012] 運(yùn)算放大器2,其正輸入端（Vip)和負(fù)輸入端（Vin)連接于擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐 次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1的輸出端，用于利用運(yùn)算放大器兩輸入端"虛短"及電荷 守恒原理，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0013] 電壓比較器3,其正輸入端（Vip,"p)連接于運(yùn)算放大器2的正輸出端，負(fù)輸入端 (V in,MP)連接于運(yùn)算放大器2的負(fù)輸出端，其輸出端連接于擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近 混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1，用于實(shí)現(xiàn)電壓比較功能，并控制擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼 近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)的開關(guān)；
[0014] 控制信號(hào)發(fā)生器4,用于為擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容 網(wǎng)絡(luò)1提供控制信號(hào)；
[0015] 累加器5,用于在擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分過程中對(duì)電壓比較器3的輸出進(jìn)行累加；
[0016] 第一鎖存器6,用于對(duì)第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果進(jìn)行暫 存；
[0017] 第二鎖存器7,用于對(duì)第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果進(jìn)行暫 存；
[0018] 數(shù)字處理器8,用于對(duì)累加器5、第一鎖存器6、第二鎖存器7輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 合成處理，得到最終的圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0019] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種對(duì)所述模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方 法，該方法包括：
[0020] 步驟A，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行采樣；
[0021] 步驟B，在采樣操作后，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一 次積分，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)移到積分電容，以降低復(fù)位信號(hào)的噪聲功率；
[0022] 步驟C，在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積分后，再進(jìn)行十五次積分；
[0023] 步驟D，在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)完成十六次積分后，再對(duì)圖像傳感器輸出 的有效光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行十六次積分；
[0024] 步驟E，在對(duì)復(fù)位信號(hào)和有效光強(qiáng)信號(hào)積分結(jié)束后，對(duì)放大器輸出端V#和V m信號(hào) 的差值進(jìn)行第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0025] 步驟F，在第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換后，執(zhí)行第一次循環(huán)操作；
[0026] 步驟G，在第一次循環(huán)操作之后，執(zhí)行第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0027] 步驟H，數(shù)字處理器對(duì)累加器、第一鎖存器、第二鎖存器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成 處理，得到最終的圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0028] (三）有益效果
[0029] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路 具有以下有益效果：
[0030] (1)由于采用擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分技術(shù)，通過對(duì)圖像傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行多次積分和 平均可有效降低圖像傳感器和電路噪聲，所以提高了讀出電路性能；
[0031] (2)由于采用循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，所以提高了讀出速度；
[0032] (3)由于采用運(yùn)算放大器、比較器共享技術(shù)，所以降低了預(yù)處理電路的面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)用于固態(tài)圖像傳感器的模擬讀出處理電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0034] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0035] 圖3為圖2所示的模擬讀出預(yù)處理電路的詳細(xì)電路圖；
[0036] 圖4為圖2所示的模擬讀出預(yù)處理電路中運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖5為圖2所示的模擬讀出預(yù)處理電路中比較器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 【符號(hào)說明】
[0039] 1-擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)；
[0040] 2-運(yùn)算放大器；
[0041] 3-電壓比較器；
[0042] 4-控制信號(hào)發(fā)生器；
[0043] 5-累加器；
[0044] 6-第一鎖存器；
[0045] 7-第二鎖存器；
[0046] 8-數(shù)字處理器。

【具體實(shí)施方式】
[0047] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0048] 在本發(fā)明提供的用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路中，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積 分、循環(huán)_逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)采用單個(gè)運(yùn)算放大器、電壓比較器和開關(guān)及 電容實(shí)現(xiàn)模擬讀出和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。本發(fā)明提供的用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處 理電路對(duì)于不同的圖像傳感器結(jié)構(gòu)以及不同的列并行度，其結(jié)構(gòu)及工作過程也相應(yīng)的有所 不同，下文將主要以全列并行4管有源像素圖像傳感器為例，對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作詳 細(xì)說明。
[0049] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出 預(yù)處理電路。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路的 結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2，本實(shí)施例模擬讀出預(yù)處理電路包括擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼 近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1、運(yùn)算放大器2、電壓比較器3、控制信號(hào)發(fā)生器4、累加器5、第 一鎖存器6、第二鎖存器7和數(shù)字處理器8,其中：
[0050] 擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1，用于采集信號(hào)并對(duì) 采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分和模數(shù)轉(zhuǎn)換。其中，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循 環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1采集的信號(hào)包括：自圖像傳感器輸入的復(fù)位信號(hào) v ret和光強(qiáng)信號(hào)V sig，以及來自外部參考電壓源的第一參考電壓vm和第一參考電壓擴(kuò)展 計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理至少包括 去除采集的信號(hào)的噪聲，以及對(duì)有效光強(qiáng)信號(hào)（V KT-Vsrc)的積分。運(yùn)算放大器2,其正輸入 端（Vip)和負(fù)輸入端（V in)連接于擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò) 1的輸出端，用于利用運(yùn)算放大器兩輸入端"虛短"及電荷守恒原理，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循 環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換。電壓比較器3,其正輸入端（Vip,MP)連接于運(yùn)算放大器2的 正輸出端，負(fù)輸入端（Vin,MP)連接于運(yùn)算放大器2的負(fù)輸出端，其輸出端連接于擴(kuò)展計(jì)數(shù)型 積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1，用于實(shí)現(xiàn)電壓比較功能，并控制擴(kuò)展計(jì)數(shù) 型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)的開關(guān)?？刂菩盘?hào)發(fā)生器4,用于為擴(kuò) 展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1提供控制信號(hào)。累加器5,用于在 擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分過程中對(duì)電壓比較器3的輸出進(jìn)行累加。第一鎖存器6,用于對(duì)第一次循 環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果進(jìn)行暫存。第二鎖存器7,用于對(duì)第二次循環(huán)-逐 次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果進(jìn)行暫存。數(shù)字處理器8,用于對(duì)累加器5、第一鎖存器 6、第二鎖存器7輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成處理，得到最終的圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信 號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0051] 以下分別對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其各 個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0052] 圖3為圖2所示模擬讀出預(yù)處理電路中的詳細(xì)電路圖。如圖3所示，模擬讀出預(yù) 處理電路包括：運(yùn)算放大器2 ;電壓比較器1 ;電容Cn，C13, C15, C17, C12, C14, C16, C18, C21，C22， C31，C33，C35，C 37，C32，C34，C36和 C38;開關(guān) S n，S13，S15，S17，S12，S 14，S16，S18，S19，S2(l，S 21，S23，S25， §27，§22，§24，§26，§28，§41，S43，S45，S47，S42，S44，§46，§48，§51，S53，S55，S57，S52，S54，S56矛口 S 58。
[0053] 擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)_逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的擴(kuò) 展計(jì)數(shù)型積分和模數(shù)轉(zhuǎn)換。請(qǐng)參照?qǐng)D3,該擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn) 換電容網(wǎng)絡(luò)1包括：第i^一至第十八電容（Cn，c12, c13, c14, c15, c16, c17, c18)，第二^^一至第 二十二電容（c21，c22)，第三^^一至第三十八電容（(： 31，(：32，(：33，(：34，(：35，(： 36，(：37和(：38);第^^一 至弟一?十八開關(guān)（Sn，S 12，S13，S14，S15，S16，S 17，S18，S19，S2(l，S21，S 22，S23，S24，S25，S26，S 27，S28)， 第四i 至第四十八開關(guān)（s 41，s42, s43, s44, s45, s46, s47, s48)，第五^ 至第五十八開關(guān)（s51， S52，S53，S54，S55，S56，S57和 s 58)，其中：
[0054] 第十一開關(guān)（Sn)，其第一端連接于圖像傳感器的輸出端，接收?qǐng)D像傳感器輸入的 復(fù)位信號(hào)，第二端連接于第^ 、十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、c 17)的下極板；
[0055] 第十三開關(guān)（S13)，其第一端連接負(fù)參考電壓（Vm)，第二端連接于第十二、十四、 十六、十八電容（c 12、c14、c16、c18)的下極板；
[0056] 第十五開關(guān)（S15)，其第一端連接運(yùn)算放大器的正輸出端（VJ，第二端連接于第 i 、十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、c 17)的下極板；
[0057] 第十二開關(guān)（S12)，其第一端連接于正參考電壓（V,p)，第二端連接于第十二、十四、 十六、十八電容（c 12、c14、c16、c18)的下極板；
[0058] 第十四開關(guān)（S14)，其第一端連接于圖像傳感器的輸出端，第二端連接于第十一、 十三、十五、十七電容（c n、c13、c15、c17)的下極板；
[0059] 第十六開關(guān)（S16)，其第一端連接運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端（VJ，第二端連接于第 十二、十四、十六、十八電容（c 12、c14、c16、c18)的下極板；
[0060] 第十七開關(guān)（s17)，其第一端連接于共模電壓（VJ、正參考電壓（vy、負(fù)參考電壓 (vm)、運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（vin)，第二端連接于第二^ 電容（c21)的下極板；
[0061] 第十八開關(guān)（S18)，其第一端連接于共模電壓（VJ、正參考電壓（vy、負(fù)參考電壓 (v m)、運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（vip)，第二端連接于第二十二電容（c22)的下極板；
[0062] 第十九開關(guān)（S19)，其第一端連接于第二^ 電容（C 21)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（VCM)、運(yùn)算放大器正輸出端（VJ、運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin);
[0063] 第二十開關(guān)（S2CI)，其第一端連接于第二十二電容（C22)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、運(yùn)算放大器負(fù)輸出端（VJ、運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip);
[0064] 第二^ 開關(guān)（s21)，其第一端連接于第^ 電容（c n)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（VCM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0065] 第二十三開關(guān)（S23)，其第一端連接于第十三電容（C13)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0066] 第二十五開關(guān)（S25)，其第一端連接于第十五電容（C15)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0067] 第二十七開關(guān)（S27)，其第一端連接于第十七電容（C17)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0068] 第二十二開關(guān)（S22)，其第一端連接于第十二電容（C12)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0069] 第二十四開關(guān)（S24)，其第一端連接于第十四電容（C14)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0070] 第二十六開關(guān)（s26)，其第一端連接于第十六電容（c16)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0071] 第二十八開關(guān)（S28)，其第一端連接于第十八電容（C18)的上極板，其第二端連接于 共模電壓（V CM)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn);
[0072] 第二十九開關(guān)（S29)，其第一端連接于電壓比較器的正輸入端（Vip,_ p)，其第二端 連接于第i 、十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、c 17)的下極板；
[0073] 第三十開關(guān)（S3CI)，其第一端連接于電壓比較器的負(fù)輸入端（Vin,_ p)，其第二端連 接于第十二、十四、十六、十八電容（c12、c14、c 16、c18)的下極板；
[0074] 第三^ 開關(guān)（s31)，其第一端連接于第^ 、十三、十五、十七電容（c n、c13、c15、 c17)的下極板，其第二端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（vin);
[0075] 第三十二開關(guān)（S32)，其第一端連接于第十二、十四、十六、十八電容（C 12、C14、C16、 c18)的下極板，其第二端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（v ip);
[0076] 第三十三開關(guān)（S33)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸出端（VJ，其第二端連接 于電壓比較器的正輸入端（V ip,_p);
[0077] 第三十四開關(guān)（S34)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸出端（VJ，其第二端連接 于電壓比較器的負(fù)輸入端（V in,_p);
[0078] 第三十五開關(guān)（S35)，其第一端連接于第四十一、四十三、四十五、四十七、四十九開 關(guān)（S 41、S43、S45、S47、S49)的第二端，其第二端連接于比較器的正輸入端（V ip,ramp);
[0079] 第三十六開關(guān)（S35)，其第一端連接于第四十二、四十四、四十六、四十八、四十開關(guān) (S 42、S44、S46、S48、S4Q)的第二端，其第二端連接于比較器的負(fù)輸入端（V in,_p);
[0080] 第四十一開關(guān)（s41)，其第一端連接于第三十一電容（c31)的下極板，其第二端連接 于第三十五開關(guān)（s 35)的第一端；
[0081] 第四十三開關(guān)（S43)，其第一端連接于第三十三電容（C33)的下極板，其第二端連接 于第三十五開關(guān)（s35)的第一端；
[0082] 第四十五開關(guān)（S45)，其第一端連接于第三十五電容（C35)的下極板，其第二端連接 于第三十五開關(guān)（S 35)的第一端；
[0083] 第四十七開關(guān)（S47)，其第一端連接于第三十七電容（C37)的下極板，其第二端連接 于第三十五開關(guān)（S 35)的第一端；
[0084] 第四十九開關(guān)（S49)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)，其第二端連接 于第三十五開關(guān)（s 35)的第一端；
[0085] 第四十二開關(guān)（S42)，其第一端連接于第三十二電容（C32)的下極板，其第二端連接 于第三十六開關(guān)（s 36)的第一端；
[0086] 第四十四開關(guān)（S44)，其第一端連接于第三十四電容（C34)的下極板，其第二端連接 于第三十六開關(guān)（s 36)的第一端；
[0087] 第四十六開關(guān)（S46)，其第一端連接于第三十六電容（C36)的下極板，其第二端連接 于第三十六開關(guān)（s 36)的第一端；
[0088] 第四十八開關(guān)（S48)，其第一端連接于第三十八電容（C38)的下極板，其第二端連接 于第三十六開關(guān)（s 36)的第一端；
[0089] 第四十開關(guān)（S4CI)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)，其第二端連接于 第三十六開關(guān)（s 36)的第一端；
[0090] 第五十一開關(guān)（s51)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（vin)、負(fù)參考電壓 (v m)、正參考電壓（tP)，其第二端連接于第三^^一電容（c31)的上極板；
[0091] 第五十三開關(guān)（S53)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓 (v m)、正參考電壓（v,p)，其第二端連接于第三十三電容（c33)的上極板；
[0092] 第五十五開關(guān)（S55)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓 (V m)、正參考電壓（V，其第二端連接于第三十五電容（c35)的上極板；
[0093] 第五十七開關(guān)（S57)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓 (V m)、正參考電壓（D，其第二端連接于第三十七電容（c37)的上極板；
[0094] 第五十二開關(guān)（S52)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓 (v m)、正參考電壓（tP)，其第二端連接于第三十二電容（c32)的上極板；
[0095] 第五十四開關(guān)（S54)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓 (v m)、正參考電壓（tP)，其第二端連接于第三十二電容（c34)的上極板；
[0096] 第五十六開關(guān)（S56)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓 (v m)、正參考電壓（tP)，其第二端連接于第三十二電容（c36)的上極板；
[0097] 第五十八開關(guān)（S58)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓 (v m)、正參考電壓（tP)，其第二端連接于第三十二電容（c38)的上極板。
[0098] 該擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1中的第十一至第 十八電容（cn，c12, c13, c14, c15, c16, c17, c18)，第二^^一至第二十二電容（c21，c22)，第三i^一至 第三十八電容（c31，C32, C33, C34, C35, C36, C37和 C 38)，第^^一至第十四開關(guān)（sn，s12, s13, s14)，第 十七至第二十八開關(guān)（s17, s18, s19, s2Q，s21，s22, s23, s24, s25, s26, s27, s28)，第三i^一到第三十六 開關(guān)（s31，s32, s33, s34, s35, s36)，第四^ 至第五十八開關(guān)（s41，s 42, s43, s44, s45, s46, s47, s48， S49, S5Q，S51，S52, S53, S54, S55, S56, S57和S 58)，與運(yùn)算放大器2及電壓比較器3構(gòu)成擴(kuò)展計(jì)數(shù) 型積分器。
[0099] 該擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)1與運(yùn)算放大器2、比 較器3 -起，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分和循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。
[0100] 運(yùn)算放大器2用于對(duì)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò) 利用運(yùn)算放大器兩輸入端"虛短"及電荷守恒原理，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分和循環(huán)-逐次逼近 混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖4為圖2所示模擬讀出預(yù)處理電路中運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參 照?qǐng)D4,該運(yùn)算放大器包括第零至第十晶體管以及偏置和共模反饋產(chǎn)生電路，其 中：
[0101] 偏置和共模反饋產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生偏置電壓VBP1、VBP2、V BN和共模反饋電壓V CMFB，
[0102] 第零晶體管（MJ，其柵極連接于所述偏置電壓VBP1，其源極連接于電源V DD;
[0103] 第一晶體管（MD，其柵極連接于該運(yùn)算放大器的正輸入端Vip，其源極連接于第零 晶體管（MJ的漏極，其漏極連接于第七晶體管（M 7)的源極和第九晶體管（M9)的漏極；
[0104] 第二晶體管（m2)，其柵極連接于該運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端vin，其源極連接于第零 晶體管（MJ的漏極，其漏極連接于第八晶體管（M 8)的源極和第十晶體管（M1CI)的漏極；
[0105] 第三晶體管（m3)，其柵極連接于所述偏置電壓VBP1，其源極連接于電源V DD，其漏極 連接于第五晶體管（M5)的源極；
[0106] 第四晶體管（m4)，其柵極連接于所述偏置電壓VBP1，其源極連接于電源V DD，其漏極 連接于第六晶體管（M6)的源極；
[0107] 第五晶體管（m5)，其柵極連接于所述偏置電壓vBP2，其漏極連接于第七晶體管（m 7) 的漏極和該運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端vm;
[0108] 第六晶體管（m6)，其柵極連接于所述偏置電壓vBP2，其漏極連接于第八晶體管（m 8) 的漏極和該運(yùn)算放大器的正輸出端
[0109] 第七晶體管（m7)，其柵極連接于所述偏置電壓VBN;
[0110] 第八晶體管（M8)，其柵極連接于所述偏置電壓VBN;
[0111] 第九晶體管（M9)，其柵極連接于所述共模反饋電壓，其源極連接于地vss;以及
[0112] 第十晶體管（M1CI)，其柵極連接于所述共模反饋電壓VeMFB，其源極連接于地V ss。
[0113] 電壓比較器3用于對(duì)其正負(fù)輸入端的信號(hào)進(jìn)行比較。圖5為圖2所示模擬讀出預(yù) 處理電路中電壓比較器的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D5,該電壓比較器包括第二十至第三十一晶 體管（M 2Q?M31)，其中：
[0114] 第二十晶體管（MJ，其柵極連接于使能信號(hào)EN，其源極連接于地GND :
[0115] 第二十一晶體管（M21)，其柵極連接于該電壓比較器的正輸入端Vip, MP，其源極連接 于第二十晶體管（M2CI)的漏極，其漏極連接于第二十三晶體管（M 23)的漏極以及第二十八晶 體管（M28)的柵極；
[0116] 第二十二晶體管（M22)，其柵極連接于該電壓比較器的負(fù)輸入端Vin,。__，其源極連 接于第二十晶體管（M 2CI)的漏極，其漏極連接于第二十四晶體管（M24)的漏極以及第三十一 晶體管（M 31)的柵極；
[0117] 第二十三晶體管（M23)，其柵極連接于使能信號(hào)EN，其源極連接于電源V DD，其漏極 連接于第二十一晶體管（M21)的漏極以及第二十八晶體管（M28)的柵極；
[0118] 第二十四晶體管（M24)，其柵極連接于使能信號(hào)EN，其源極連接于電源V DD，其漏極 連接于第二十二晶體管（M22)的漏極以及第三十一晶體管（M31)的柵極
[0119] 第二十五晶體管（M25)，其柵極連接于所述使能信號(hào)EN的反相信號(hào)W，其源極連 接于電源VDD，其漏極連接于第二十六、第二十七晶體管（M26、M27)的源極；
[0120] 第二十六晶體管（M26)，其柵極連接于第二十七晶體管（M27)的漏極，以及第二十九 晶體管（M 29)的柵極，其漏極連接于第二十七、第三十晶體管（M27、M3CI)的柵極，以及第 二十八、第二十九晶體管（m 28、m29)的漏極以及電壓比較器的輸出端VMP。；
[0121] 第二十七晶體管（M27)，其柵極連接于第二十六晶體管（M26)的漏極，以及第三十晶 體管（M 3CI)的柵極，其漏極連接于第二十六、第二十九晶體管（M26、M29)的柵極，以及第三十、 第三i^一晶體管（m 3Q、m31)的漏極；
[0122] 第二十八晶體管（M28)，其源極連接于地GND ;
[0123] 第二十九晶體管（M29)，其源極連接于地GND ;
[0124] 第三十晶體管（MJ，其源極連接于地GND ;
[0125] 第三^^一晶體管（M31)，其源極連接于地GND。
[0126] 控制信號(hào)發(fā)生器4,用于為所擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電 容網(wǎng)絡(luò)1提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)發(fā)生器4提供的控制信號(hào)包括：第十一至第二十八開 關(guān)（S n，S12，S13，S14，S15，S 16，S17，S18，S19，S2。，S 21，S22，S23，S24，S25，S 26，S27，S28)、弟四十一至弟 四十八開關(guān)（s41，s 42, s43, s44, s45, s46, s47, s48)及第五^^一至第五十八開關(guān)（s51，s52, s53, s54， s55, s56, s57和s 58)的控制信號(hào)，以及累加器、第一鎖存器、第二鎖存器的控制信號(hào)。
[0127] 基于上述圖1至圖5所示的用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，本發(fā)明 還提供了對(duì)該模擬讀出預(yù)處理電路的控制方法，該控制方法由控制信號(hào)發(fā)生器4執(zhí)行，具 體包括以下步驟：
[0128] 步驟A，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行采樣；
[0129] 其中，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行采樣，具體包括：令第 i^一開關(guān)（sn)、第十二開關(guān)（s12)、第二^^一、二十三、二十五、二十七開關(guān)（s 21、s23、s25、s27) 的第二端連接于共模電壓vCM，且第二十二、二十四、二十六、二十八開關(guān)（s22、s24、s 26、s28)的 第二端連接于共模電壓veM;令第十三開關(guān)（s 13)、十五開關(guān)（s15)、十四開關(guān)（s14)、十六開關(guān) (s 16)斷開；令第二十九、第三十開關(guān)、第三十一、第三十二開關(guān)（S29、S3CI、S 31、S32)斷開；令第 十七開關(guān)、第十八開關(guān)、第十九開關(guān)、第二十開關(guān)（S17、S 18、S19、S2CI)的第一端連接于共模電壓 vCM;令第三十三、三十四、三十五、三十六開關(guān)（s 33、s34、s35、s36)、第四^^一、四十三、四十五、 四十七、四十九開關(guān)（3 41、543、545、547、549)、第四十二、四十四、四十六、四十八、四十（5 42、544、 S46、S48、S4(I)閉合；令第五^ 、五十三、五十五、五十七開關(guān)（S 51、S53、S55、S57)的第一段連接 于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（vin)、第五十二、五十四、五十六、五十八開關(guān)（s52、s 54、s56、s58)連 接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip);令累加器5清零。
[0130] 步驟B，在采樣操作后，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一 次積分，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)移到積分電容，以降低復(fù)位信號(hào)的噪聲功率；其中，所述積分電容由 上積分電容和下積分電容構(gòu)成，上積分電容包括第三i^一電容（c 31)、第三十三電容（c33)、 第三十五電容（c35)和第三十七電容（c 37)，下積分電容包括第三十二電容（c32)、第三十四 電容（c34)、第三十六電容（c 36)和第三十八電容（c38);
[0131] 擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積分，具體包括：令 第i 、十二開關(guān)（sn、s12)斷開；令第四十九、四十開關(guān)（s 49、s4Q)斷開；令三^ 、三十二開 關(guān)（s31、s32)閉合；令第十九開關(guān)（s19)的第二端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（v in);電壓 比較器對(duì)其正輸入端（vip,MP)和負(fù)輸入端（vin,"p)進(jìn)行比較，如果正輸入端（v ip,MP)電壓大 于負(fù)輸入端（vin,MP)電壓，則電壓比較器輸出端（v MP。）輸出邏輯高電平，如果正輸入端（vip, 。_)電壓低于負(fù)輸入端（vin, MP)電壓，則電壓比較器輸出端（vMP。）輸出邏輯低電平；如果電 壓比較器輸出端（v MP。）輸出邏輯高電平，令第十七開關(guān)（s17)的第一端連接于正參考電壓 (V，如果電壓比較器輸出端（v MP。）輸出邏輯低電平，令第十七開關(guān)（s17)的第一端連接于 正參考電壓（vy ;如果電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯高電平，令第十八開關(guān)（s18)的第 一端連接于負(fù)參考電壓（v m)，如果電壓比較器輸出端（v"p。）輸出邏輯低電平，令第十八開 關(guān)（S18)的第一端連接于負(fù)參考電壓（V m);令第二十一至第二十八開關(guān)（321至328)的第二 端連接至共模電壓V CM;累加器將電壓比較器輸出累加至原有的值上。
[0132] 步驟C，在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積分后，再進(jìn)行十五次積分， 即依次執(zhí)行步驟A和步驟B，重復(fù)執(zhí)行十五次，其中在每次執(zhí)行步驟A時(shí)令第四十九、第四十 開關(guān)斷開。
[0133] 步驟D，在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)完成十六次積分后，再對(duì)圖像傳感器輸出 的有效光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行十六次積分，即采用有效光強(qiáng)信號(hào)代替復(fù)位信號(hào)來依次執(zhí)行步驟A、步 驟B和步驟C，重復(fù)執(zhí)行十六次，其中在每次執(zhí)行步驟A時(shí)，令第十三、十四開關(guān)閉合，令第 十一、十二開關(guān)斷開，第四十九、第四十開關(guān)斷開。
[0134] 步驟E，在對(duì)復(fù)位信號(hào)和有效光強(qiáng)信號(hào)積分結(jié)束后，對(duì)放大器輸出端V#和V m信號(hào) 的差值進(jìn)行第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0135] 其中，第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換的分辨4比特，由以下元 件執(zhí)行：第i^一至第十八電容（c n，c12, c13, c14, c15, c16, c17, c18)，第二^^一至第二十二電容 (c21，c22)，第三^^一至第三十八電容（c 31，c32, c33, c34, c35, c36, c37和c 38);第十五、第十六開 關(guān)（S15, s16)，第十七至第二十八開關(guān)（s17, s18, s19, S2Q，s21，s22, s23, s24, s25, s26, s27, s28)，第 Si到第三十四開關(guān)（s31，s32，s 33，s34)第四^^一至第五十八開關(guān)（s41，s42, s43, s44, s45, s46， S47, S48, S49, S5Q，S51，S52, S53, S54, S55, S56, S57和 S 58);運(yùn)算放大器⑵和電壓比較器（3);
[0136] 第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換，具體包括：令第三十三、第三十四斷開； 電壓比較器對(duì)其正輸入端（v ip,MP)和負(fù)輸入端（vin,"p)進(jìn)行比較，如果正輸入端（V ip,MP)電 壓大于負(fù)輸入端電壓，則電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯高電平，如果正輸入端 (W電壓低于負(fù)輸入端（v in,MP)電壓，則電壓比較器輸出端（vMP。）輸出邏輯低電平；如 果電壓比較器輸出端（V MP。）輸出邏輯高電平，令第五十一開關(guān)（s51)的第一端連接于負(fù)參 考電壓（vm)，令第五十二開關(guān)（s 52)的第一端連接于正參考電壓（vy ;如果電壓比較器輸 出端（1_。）輸出邏輯低電平，令第五十一開關(guān)（s51)的第一端連接于正參考電壓（vy，令 第五十二開關(guān)（s 52)的第一端連接于負(fù)參考電壓（vm);電壓比較器繼續(xù)對(duì)其正輸入端（vip, 。_)電壓和負(fù)輸入端電壓進(jìn)行比較；如果電壓比較器輸出端（V MP。）輸出邏輯高電 平，令第五十三開關(guān)（s53)的第一端連接于負(fù)參考電壓（vm)，令第五十四開關(guān)（s 54)的第一 端連接于正參考電壓（vy ;如果電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯低電平，令第五十三開 關(guān)（S53)的第一端連接于正參考電壓（vy，令第五十四開關(guān)（s 54)的第一端連接于負(fù)參考電 壓（VJ ;上述過程再持續(xù)進(jìn)行兩次，直到確定第五十五、五十七、五十六、五十八開關(guān)（s55、 s57、s56、s58)第一端的連接狀態(tài)；將電壓比較器四次的比較結(jié)果存入鎖存器。
[0137] 步驟F，在第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換后，執(zhí)行第一次循環(huán)操作；其中 所述執(zhí)行第一次循環(huán)操作，具體包括：令第三十一、三十二開關(guān)（s 31、s32)斷開；令第四十九、 四十開關(guān)（S49、S4CI)閉合；令第十七開關(guān)（s 17)的第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（vin); 令第十九開關(guān)（s19)的第二端連接于運(yùn)算放大器的正輸出端（V ;令第十七開關(guān)（s18)的 第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（vip);令第十九開關(guān)（S 2CI)的第二端連接于運(yùn)算放大 器的負(fù)輸出端（VJ ;令第三十三、三十四開關(guān)（s33、s34)閉合、第二十九、三十開關(guān)（S29、S 3Q) 分別連接于電壓比較器的正輸入端（vip,MP)和負(fù)輸入端（v in,MP);令第十五、十六開關(guān)（s15、 s16)閉合。
[0138] 步驟G，在第一次循環(huán)操作之后，執(zhí)行第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換；其 中，所述執(zhí)行第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換，包括：令第三十三、第三十四斷開；電 壓比較器對(duì)其正輸入端（v ip,MP)電壓和負(fù)輸入端（vin,MP)電壓進(jìn)行比較，如果正輸入端（v ip, 。_)電壓大于負(fù)輸入端（vin,MP)電壓，則電壓比較器輸出端（V MP。）輸出邏輯高電平，如果正 輸入端（Vip,」電壓低于負(fù)輸入端（vin,MP)電壓，則電壓比較器輸出端（v" p。）輸出邏輯低電 平；如果電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯高電平，令第二十一開關(guān)（s 21)的第一端連接于 負(fù)參考電壓（vm)，令第二十二開關(guān)（s22)的第一端連接于正參考電壓（vy ;如果電壓比較 器輸出端（1_。）輸出邏輯低電平，令第二十一開關(guān)（s21)的第一端連接于正參考電壓（V， 令第二十二開關(guān)（s 22)的第一端連接于負(fù)參考電壓（vm);電壓比較器繼續(xù)對(duì)其正輸入端 (U電壓和負(fù)輸入端（v in,MP)電壓進(jìn)行比較；如果電壓比較器輸出端（vMP。）輸出邏輯高 電平，令第二十三開關(guān)（s 23)的第一端連接于負(fù)參考電壓（vm)，令第二十四開關(guān)（s24)的第 一端連接于正參考電壓（vy ;如果電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯低電平，令第二十三 開關(guān)（s23)的第一端連接于正參考電壓（v m)，令第二十四開關(guān)（s24)的第一端連接于負(fù)參 考電壓（vy ;上述過程再持續(xù)進(jìn)行兩次，直到確定第二十五、二十七、二十六、二十八開關(guān) (s25、s27、s 26、s28)第一端的連接狀態(tài)；將電壓比較器四次的比較結(jié)果存入鎖存器。
[0139] 步驟H，數(shù)字處理器對(duì)累加器、第一鎖存器、第二鎖存器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成 處理，得到最終的圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0140] 至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其控制方法有了清楚的認(rèn) 識(shí)。
[0141] 此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形 狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡單地更改或替換。
[0142] 綜上所述，本發(fā)明用于CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路及其控制方法與 傳統(tǒng)的預(yù)處理電路相比，具有噪聲低優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有只需要一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)比較器等 優(yōu)點(diǎn)。
[0143] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其特征在于，包括： 擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)，用于采集信號(hào)并對(duì)采 集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分和模數(shù)轉(zhuǎn)換； 運(yùn)算放大器（2)，其正輸入端（Vip)和負(fù)輸入端（Vin)連接于擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐 次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)的輸出端，用于利用運(yùn)算放大器兩輸入端"虛短"及電 荷守恒原理，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換； 電壓比較器（3)，其正輸入端（Vip,。_)連接于運(yùn)算放大器（2)的正輸出端，負(fù)輸入端 (Vimanp)連接于運(yùn)算放大器（2)的負(fù)輸出端，其輸出端連接于擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼 近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)，用于實(shí)現(xiàn)電壓比較功能，并控制擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐 次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)內(nèi)的開關(guān)； 控制信號(hào)發(fā)生器（4)，用于為擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng) 絡(luò)（1)提供控制信號(hào)； 累加器（5)，用于在擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分過程中對(duì)電壓比較器（3)的輸出進(jìn)行累加； 第一鎖存器（6)，用于對(duì)第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果進(jìn)行暫存； 第二鎖存器（7)，用于對(duì)第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果進(jìn)行暫存； 數(shù)字處理器（8)，用于對(duì)累加器（5)、第一鎖存器（6)、第二鎖存器（7)輸出的數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行合成處理，得到最終的圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其特征 在于，所述擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)包括：第十一至第 十八電容（Cn，C12,C13,C14,C15,C16,C17,C18)，第二^^一至第二十二電容（C21，C22)，第三^^一 至第三十八電容（C31，C32,C33,C34,C35,C36,C37和C38);第^^一至第二十八開關(guān)（Sn，S12,S13， S14,S15,S16,S17,S18,S19,S2。，S21，S22,S23,S24,S25,S26,S27,S28)，第四十一至第四十八開關(guān)（s41， S42,S43,S44,S45,S46,S47,S48)，第五^^一至第五十八開關(guān)（s51，S52,S53,S54,S55,S56,S57和S58)， 其中： 第十一開關(guān)（S11)，其第一端連接于圖像傳感器的輸出端，接收?qǐng)D像傳感器輸入的復(fù)位 信號(hào)，第二端連接于第^ 、十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、C17)的下極板； 第十三開關(guān)（s13)，其第一端連接負(fù)參考電壓（vm)，第二端連接于第十二、十四、十六、 十八電容（c12、c14、c16、c18)的下極板； 第十五開關(guān)（S15)，其第一端連接運(yùn)算放大器的正輸出端（Vtjp),第二端連接于第十一、 十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、c17)的下極板； 第十二開關(guān)（S12)，其第一端連接于正參考電壓（Vip)，第二端連接于第十二、十四、 十六、十八電容（c12、c14、c16、c18)的下極板； 第十四開關(guān)（S14)，其第一端連接于圖像傳感器的輸出端，第二端連接于第十一、十三、 十五、十七電容（cn、c13、c15、c17)的下極板； 第十六開關(guān)（S16)，其第一端連接運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端（Vm)，第二端連接于第十二、 十四、十六、十八電容（c12、c14、c16、c18)的下極板； 第十七開關(guān)（S17)，其第一端連接于共模電壓（Vai)、正參考電壓（Vnj)、負(fù)參考電壓 (Vm)、運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)，第二端連接于第二^ 電容（C21)的下極板； 第十八開關(guān)（S18)，其第一端連接于共模電壓（V^、正參考電壓（vy、負(fù)參考電壓 (Vm)、運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vip)，第二端連接于第二十二電容（C22)的下極板； 第十九開關(guān)（S19)，其第一端連接于第二十一電容（C21)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vai)、運(yùn)算放大器正輸出端（Vtjp)、運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin); 第二十開關(guān)（S2tl),其第一端連接于第二十二電容（C22)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vai)、運(yùn)算放大器負(fù)輸出端（VJ、運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip); 第二十一開關(guān)（S21)，其第一端連接于第十一電容（C11)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十三開關(guān)（S23)，其第一端連接于第十三電容（C13)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十五開關(guān)（S25)，其第一端連接于第十五電容（C15)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十七開關(guān)（S27)，其第一端連接于第十七電容（C17)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十二開關(guān)（S22)，其第一端連接于第十二電容（C12)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十四開關(guān)（S24)，其第一端連接于第十四電容（C14)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十六開關(guān)（S26)，其第一端連接于第十六電容（C16)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十八開關(guān)（S28)，其第一端連接于第十八電容（C18)的上極板，其第二端連接于共模 電壓（Vcm)、正參考電壓（Vrp)、負(fù)參考電壓（Vrn); 第二十九開關(guān)（S29)，其第一端連接于電壓比較器的正輸入端（Vip,。。_)，其第二端連接 于第i 、十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、C17)的下極板； 第三十開關(guān)（S3tl)，其第一端連接于電壓比較器的負(fù)輸入端（vin,_p)，其第二端連接于 第十二、十四、十六、十八電容（c12、c14、c16、c18)的下極板； 第三i開關(guān)（S31)，其第一端連接于第^ 、十三、十五、十七電容（cn、c13、c15、c17)的 下極板，其第二端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin); 第三十二開關(guān)（s32)，其第一端連接于第十二、十四、十六、十八電容（c12、c14、c16、c18)的 下極板，其第二端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip); 第三十三開關(guān)（S33)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸出端（Vtjp),其第二端連接于電 壓比較器的正輸入端（Vip,。_); 第三十四開關(guān)（S34)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸出端（VJ，其第二端連接于電 壓比較器的負(fù)輸入端（Vimramp); 第三十五開關(guān)（S35)，其第一端連接于第四十一、四十三、四十五、四十七、四十九開關(guān) (S41、S43、S45、S47、S49)的第二端，其第二端連接于比較器的正輸入端（vip,_p); 第三十六開關(guān)（S35)，其第一端連接于第四十二、四十四、四十六、四十八、四十開關(guān) (S42、S44、S46、S48、S4tl)的第二端，其第二端連接于比較器的負(fù)輸入端（vin,_p); 第四十一開關(guān)（S41)，其第一端連接于第三十一電容（C31)的下極板，其第二端連接于第 三十五開關(guān)（S35)的第一端； 第四十三開關(guān)（S43)，其第一端連接于第三十三電容（C33)的下極板，其第二端連接于第 三十五開關(guān)（S35)的第一端； 第四十五開關(guān)（S45)，其第一端連接于第三十五電容（C35)的下極板，其第二端連接于第 三十五開關(guān)（S35)的第一端； 第四十七開關(guān)（S47)，其第一端連接于第三十七電容（C37)的下極板，其第二端連接于第 三十五開關(guān)（S35)的第一端； 第四十九開關(guān)（S49)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)，其第二端連接于第 三十五開關(guān)（S35)的第一端； 第四十二開關(guān)（S42)，其第一端連接于第三十二電容（C32)的下極板，其第二端連接于第 三十六開關(guān)（S36)的第一端； 第四十四開關(guān)（S44)，其第一端連接于第三十四電容（C34)的下極板，其第二端連接于第 三十六開關(guān)（S36)的第一端； 第四十六開關(guān)（S46)，其第一端連接于第三十六電容（C36)的下極板，其第二端連接于第 三十六開關(guān)（S36)的第一端； 第四十八開關(guān)（S48)，其第一端連接于第三十八電容（C38)的下極板，其第二端連接于第 三十六開關(guān)（S36)的第一端； 第四十開關(guān)（S4tl),其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)，其第二端連接于第 三十六開關(guān)（S36)的第一端； 第五i 開關(guān)（S51)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓（Vm)、 正參考電壓（Vit)，其第二端連接于第三^^一電容（C31)的上極板； 第五十三開關(guān)（S53)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓（Vm)、 正參考電壓（v,p)，其第二端連接于第三十三電容（C33)的上極板； 第五十五開關(guān)（S55)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓（Vm)、 正參考電壓（Vn5)，其第二端連接于第三十五電容（C35)的上極板； 第五十七開關(guān)（S57)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、負(fù)參考電壓（Vm)、 正參考電壓（Vit)，其第二端連接于第三十七電容（C37)的上極板； 第五十二開關(guān)（S52)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓（Vm)、 正參考電壓（Vit)，其第二端連接于第三十二電容（C32)的上極板； 第五十四開關(guān)（S54)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓（Vm)、正參考電壓（Vit)，其第二端連接于第三十二電容（C34)的上極板； 第五十六開關(guān)（S56)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓（Vm)、正參考電壓（Vit)，其第二端連接于第三十二電容（C36)的上極板； 第五十八開關(guān)（S58)，其第一端連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip)、負(fù)參考電壓（Vm)、正參考電壓（Vit)，其第二端連接于第三十二電容（C38)的上極板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其特征 在于，所述擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)中的第十一至第 十八電容（cn，C12,C13,C14,C15,C16,C17,C18)，第二^^一至第二十二電容（c21，C22)，第三^^一至 第三十八電容（c31，C32,C33,C34,C35,C36,C37和C38)，第^^一至第十四開關(guān)（Sn，S12,S13,S14)，第 十七至第二十八開關(guān)（s17,S18,S19,S2Q，S21，S22,S23,S24,S25,S26,S27,S28)，第三^^一到第三十六 開關(guān)（S31，S32,S33,S34,S35,S36)，第四^ 至第五十八開關(guān)（s41，s42,s43,s44,s45,s46,s47,s48， S49,S5Q，S51，S52,S53,S54,S55,S56,S57和S58)，與運(yùn)算放大器⑵及電壓比較器⑶構(gòu)成擴(kuò)展 計(jì)數(shù)型積分器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其 特征在于， 所述擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)采集的信號(hào)包括： 自圖像傳感器輸入的復(fù)位信號(hào)和光強(qiáng)信號(hào)Vsig，以及來自外部參考電壓源的第一參考電 壓UP第一參考電壓V^ 所述擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換電容網(wǎng)絡(luò)（1)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行 預(yù)處理至少包括去除采集的信號(hào)的噪聲，以及對(duì)有效光強(qiáng)信號(hào)（Vkst-Vsk)的積分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其特征在 于，所述運(yùn)算放大器（2)包括第零至第十晶體管（Mtl-Mltl)以及偏置和共模反饋產(chǎn)生電路， 其中： 偏置和共模反饋產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生偏置電壓Vbpi、VBP2、Vbn和共模反饋電壓VCMFB， 第零晶體管（Mtl)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbpi，其源極連接于電源Vdd; 第一晶體管（M1)，其柵極連接于該運(yùn)算放大器的正輸入端Vip，其源極連接于第零晶體 管（Mtl)的漏極，其漏極連接于第七晶體管（M7)的源極和第九晶體管（M9)的漏極； 第二晶體管（M2)，其柵極連接于該運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端Vin，其源極連接于第零晶體 管（Mtl)的漏極，其漏極連接于第八晶體管（M8)的源極和第十晶體管（Mltl)的漏極； 第三晶體管（M3)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbpi，其源極連接于電源VDD，其漏極連接 于第五晶體管（M5)的源極； 第四晶體管（M4)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbpi，其源極連接于電源VDD，其漏極連接 于第六晶體管（M6)的源極； 第五晶體管（M5)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbp2，其漏極連接于第七晶體管（M7)的漏 極和該運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端Vm; 第六晶體管（M6)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbp2，其漏極連接于第八晶體管（M8)的漏 極和該運(yùn)算放大器的正輸出端Vtjp; 第七晶體管（M7)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbn; 第八晶體管（M8)，其柵極連接于所述偏置電壓Vbn; 第九晶體管（M9)，其柵極連接于所述共模反饋電壓Vqifb，其源極連接于地Vss;以及 第十晶體管（Mltl)，其柵極連接于所述共模反饋電壓Vqifb，其源極連接于地Vss。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其特征在 于，所述電壓比較器（3)包括第二十至第三十一晶體管（M2tl?M31)，其中： 第二十晶體管（M2tl)，其柵極連接于使能信號(hào)EN，其源極連接于地GND; 第二十一晶體管（M21)，其柵極連接于該電壓比較器的正輸入端Vip,。_，其源極連接于第 二十晶體管（M2tl)的漏極，其漏極連接于第二十三晶體管（M23)的漏極以及第二十八晶體管 (M28)的柵極； 第二十二晶體管（M22)，其柵極連接于該電壓比較器的負(fù)輸入端Vin, ΜΡ_，其源極連接于 第二十晶體管（M2tl)的漏極，其漏極連接于第二十四晶體管（M24)的漏極以及第三十一晶體 管（M31)的柵極； 第二十三晶體管（M23)，其柵極連接于使能信號(hào)EN，其源極連接于電源VDD，其漏極連接 于第二十一晶體管（M21)的漏極以及第二十八晶體管（M28)的柵極； 第二十四晶體管（M24)，其柵極連接于使能信號(hào)EN，其源極連接于電源VDD，其漏極連接 于第二十二晶體管（M22)的漏極以及第三十一晶體管（M31)的柵極 第二十五晶體管（M25)，其柵極連接于所述使能信號(hào)EN的反相信號(hào)TX，其源極連接于 電源VDD，其漏極連接于第二十六、第二十七晶體管（M26、M27)的源極； 第二十六晶體管（M26)，其柵極連接于第二十七晶體管（M27)的漏極，以及第二十九晶體 管（M29)的柵極，其漏極連接于第二十七、第三十晶體管（M27、M3CI)的柵極，以及第二十八、第 二十九晶體管（M28、M29)的漏極以及電壓比較器的輸出端VMP。； 第二十七晶體管（Μ27)，其柵極連接于第二十六晶體管（M26)的漏極，以及第三十晶體 管（M3tl)的柵極，其漏極連接于第二十六、第二十九晶體管（Μ26、Μ29)的柵極，以及第三十、第 Si晶體管（M3Q、M31)的漏極； 第二十八晶體管（M28)，其源極連接于地GND; 第二十九晶體管（M29)，其源極連接于地GND; 第三十晶體管（M3tl)，其源極連接于地GND; 第三i^一晶體管（M31)，其源極連接于地GND。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固態(tài)CMOS圖像傳感器的模擬讀出預(yù)處理電路，其特征在 于，所述控制信號(hào)發(fā)生器（4)提供的控制信號(hào)包括： 第十一至第二十八開關(guān)（Sn，S12,S13,S14,S15,S16,S17,S18,S19,S2Q，S21，S22,S23,S24,S25，s26,s27,S28)、第四^ 至第四十八開關(guān)（s41，s42,s43,s44,s45,s46,s47,s48)及第五^ 至第 五十八開關(guān)（s51，s52,s53,s54,s55,s56,S57和s58)的控制信號(hào)，以及累加器、第一鎖存器、第二 鎖存器的控制信號(hào)。
8. -種對(duì)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特 征在于，該方法包括： 步驟A，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行采樣； 步驟B，在采樣操作后，擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積 分，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)移到積分電容，以降低復(fù)位信號(hào)的噪聲功率； 步驟C，在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積分后，再進(jìn)行十五次積分； 步驟D，在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)完成十六次積分后，再對(duì)圖像傳感器輸出的有 效光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行十六次積分； 步驟E，在對(duì)復(fù)位信號(hào)和有效光強(qiáng)信號(hào)積分結(jié)束后，對(duì)放大器輸出端Vt51^PV。"信號(hào)的差 值（Vtjp-Vm)進(jìn)行第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟F，在第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換后，執(zhí)行第一次循環(huán)操作； 步驟G，在第一次循環(huán)操作之后，執(zhí)行第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟H，數(shù)字處理器對(duì)累加器、第一鎖存器、第二鎖存器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成處理， 得到最終的圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟A中 所述擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行采樣，包括： 令第十一開關(guān)（S11)、第十二開關(guān)（S12)閉合，令第二十一、二十三、二十五、二十七開關(guān) (S21、S23、S25、S27)的第二端連接于共模電壓Vai，且第二十二、二十四、二十六、二十八開關(guān) (S22、S24、S26、S28)的第二端連接于共模電壓VCM;令第十三開關(guān)（S13)、十五開關(guān)（S15)、十四 開關(guān)（S14)、十六開關(guān)（S16)斷開；令第二十九、第三十開關(guān)、第三十一、第三十二開關(guān)（S29、 S3(l、S31、S32)斷開；令第十七開關(guān)、第十八開關(guān)、第十九開關(guān)、第二十開關(guān)（S17、S18、S19、S2tl) 的第一端連接于共模電壓Vai;令第三十三、三十四、三十五、三十六開關(guān)（S33、S34、S35、S36)、 第四i 、四十三、四十五、四十七、四十九開關(guān)（s41、s43、s45、s47、S49)、第四十二、四十四、 四十六、四十八、四十（s42、s44、s46、s48、s4(l)閉合；令第五^ 、五十三、五十五、五十七開關(guān) (S51、S53、S55、S57)的第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin)、第五十二、五十四、五十六、 五十八開關(guān)（S52、S54、S56、S58)連接于運(yùn)算放大器的正輸入端（Vip);令累加器（5)清零。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟 B中所述積分電容由上積分電容和下積分電容構(gòu)成，其中上積分電容包括第三^ 電容 (C31)、第三十三電容（C33)、第三十五電容（C35)和第三十七電容（C37)，下積分電容包括第 三十二電容（C32)、第三十四電容（C34)、第三十六電容（C36)和第三十八電容（C38)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟B 中所述擴(kuò)展計(jì)數(shù)型積分器對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積分，包括： 令第十一、十二開關(guān)（Sn、S12)斷開；令第四十九、四十開關(guān)（S49、S4tl)斷開；令三十一、 三十二開關(guān)（s31、S32)閉合；令第十九開關(guān)（S19)的第二端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端 (Vin);電壓比較器對(duì)其正輸入端（Vip,卿）和負(fù)輸入端（Vin，卿）進(jìn)行比較，如果正輸入端（Vip, 。_)電壓大于負(fù)輸入端（Vimanp)電壓，則電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯高電平，如果正 輸入端（Vip,。_)電壓低于負(fù)輸入端（Vimcmp)電壓，則電壓比較器輸出端（ν"ρ。）輸出邏輯低 電平；如果電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯高電平，令第十七開關(guān)（S17)的第一端連接于 正參考電壓（Vip),如果電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯低電平，令第十七開關(guān)（S17)的第 一端連接于正參考電壓（Vn5);如果電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯高電平，令第十八開 關(guān)（S18)的第一端連接于負(fù)參考電壓（Vm)，如果電壓比較器輸出端（ν"ρ。）輸出邏輯低電平， 令第十八開關(guān)（S18)的第一端連接于負(fù)參考電壓（Vm);令第二十一至第二十八開關(guān)（心至 S28)的第二端連接至共模電壓Val;累加器將電壓比較器輸出累加至原有的值上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟C 中所述在對(duì)圖像傳感器輸出的復(fù)位信號(hào)進(jìn)行第一次積分后，再進(jìn)行十五次積分，是依次執(zhí) 行步驟A和步驟Β，重復(fù)執(zhí)行十五次，其中在每次執(zhí)行步驟A時(shí)令第四十九、第四十開關(guān)斷 開。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟D 中所述對(duì)圖像傳感器輸出的有效光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行十六次積分，是采用有效光強(qiáng)信號(hào)代替復(fù)位 信號(hào)來依次執(zhí)行步驟Α、步驟B和步驟C，重復(fù)執(zhí)行十六次，其中在每次執(zhí)行步驟A時(shí)，令第 十三、十四開關(guān)閉合，令第十一、十二開關(guān)斷開，第四十九、第四十開關(guān)斷開。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟E 中所述第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換的分辨4比特，由以下元件執(zhí)行： 第i^一至第十八電容（cn，c12,c13,c14,c15,c16,c17,C18)，第二^^一至第二十二電容（c21，C22)，第三 ^^一至第三十八電容（(：31，(：32，(：33，(：34，(： 35，(：36，(：37和(：38);第十五、第十六開關(guān)（5 15， S16)，第十七至第二十八開關(guān)（S17,S18,S19,S2Q，S21，S22,S23,S24,S25,S26,S27,S28)，第三十一到 第三十四開關(guān)（s31，s32,s33,s34)第四^^一至第五十八開關(guān)（s41，s42,s43,s44,s45,s46,s47,s48， S49,S5Q，S51，S52,S53,S54,S55,S56,S57和S58);運(yùn)算放大器⑵和電壓比較器（3)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟E 中所述第一次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換，包括： 令第三十三、第三十四斷開；電壓比較器對(duì)其正輸入端（vip,emp)和負(fù)輸入端（Vimcmp) 進(jìn)行比較，如果正輸入端（Vip,。_)電壓大于負(fù)輸入端（Vin,。_)電壓，則電壓比較器輸出端 (ν"ρ。）輸出邏輯高電平，如果正輸入端（Vip,ΜΡ)電壓低于負(fù)輸入端（Vin,。_)電壓，則電壓 比較器輸出端（ν"ρ。）輸出邏輯低電平；如果電壓比較器輸出端（ν"ρ。）輸出邏輯高電平，令 第五十一開關(guān)（S51)的第一端連接于負(fù)參考電壓（Vm)，令第五十二開關(guān)（S52)的第一端連 接于正參考電壓（Vn5);如果電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯低電平，令第五十一開關(guān) (S51)的第一端連接于正參考電壓（Vip),令第五十二開關(guān)（S52)的第一端連接于負(fù)參考電壓 (Vm);電壓比較器繼續(xù)對(duì)其正輸入端（Vip,。_)電壓和負(fù)輸入端（Vin,。_)電壓進(jìn)行比較；如果 電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯高電平，令第五十三開關(guān)（S53)的第一端連接于負(fù)參考 電壓（Vm)，令第五十四開關(guān)（S54)的第一端連接于正參考電壓（Vnj);如果電壓比較器輸出 端（vemp。）輸出邏輯低電平，令第五十三開關(guān)（S53)的第一端連接于正參考電壓（Vip),令第 五十四開關(guān)（S54)的第一端連接于負(fù)參考電壓（Vm);上述過程再持續(xù)進(jìn)行兩次，直到確定第 五十五、五十七、五十六、五十八開關(guān)（s55、s57、s56、s58)第一端的連接狀態(tài)；將電壓比較器四 次的比較結(jié)果存入鎖存器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟F 中所述執(zhí)行第一次循環(huán)操作，包括： 令第三十一、三十二開關(guān)（S31、S32)斷開；令第四十九、四十開關(guān)（S49、S4tl)閉合；令第 十七開關(guān)（S17)的第一端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端（Vin);令第十九開關(guān)（S19)的第二 端連接于運(yùn)算放大器的正輸出端（Vtjp);令第十七開關(guān)（S18)的第一端連接于運(yùn)算放大器 的正輸入端（Vip);令第十九開關(guān)（S2tl)的第二端連接于運(yùn)算放大器的負(fù)輸出端（Vm);令第 三十三、三十四開關(guān)（s33、s34)閉合、第二十九、三十開關(guān)（S29、S3CI)分別連接于電壓比較器的 正輸入端（Vip,。_)和負(fù)輸入端（VimcJ;令第十五、十六開關(guān)（S15、S16)閉合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬讀出預(yù)處理電路進(jìn)行控制的方法，其特征在于，步驟G 中所述執(zhí)行第二次循環(huán)-逐次逼近混合型模數(shù)轉(zhuǎn)換，包括： 令第三十三、第三十四斷開；電壓比較器對(duì)其正輸入端（Vip,。_)電壓和負(fù)輸入端（Vin, 。_)電壓進(jìn)行比較，如果正輸入端（Vip,。_)電壓大于負(fù)輸入端（VimcJ電壓，則電壓比較器 輸出端輸出邏輯高電平，如果正輸入端（Vip,。_)電壓低于負(fù)輸入端（VimcJ電壓，則 電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯低電平；如果電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯高電 平，令第二i開關(guān)（S21)的第一端連接于負(fù)參考電壓（Vm)，令第二十二開關(guān)（S22)的第一 端連接于正參考電壓（Vn5);如果電壓比較器輸出端（νΜΡ。）輸出邏輯低電平，令第二十一開 關(guān)（S21)的第一端連接于正參考電壓（Vip),令第二十二開關(guān)（S22)的第一端連接于負(fù)參考電 壓（Vm);電壓比較器繼續(xù)對(duì)其正輸入端（Vip,ΜΡ)電壓和負(fù)輸入端（Vin,ΜΡ)電壓進(jìn)行比較；如 果電壓比較器輸出端（VMP。）輸出邏輯高電平，令第二十三開關(guān)（S23)的第一端連接于負(fù)參 考電壓（Vm)，令第二十四開關(guān)（S24)的第一端連接于正參考電壓（Vip);如果電壓比較器輸 出端（vemp。）輸出邏輯低電平，令第二十三開關(guān)（S23)的第一端連接于正參考電壓（Vm)，令第 二十四開關(guān)（S24)的第一端連接于負(fù)參考電壓（Vip);上述過程再持續(xù)進(jìn)行兩次，直到確定第 二十五、二十七、二十六、二十八開關(guān)（s25、s27、s26、s28)第一端的連接狀態(tài)；將電壓比較器四 次的比較結(jié)果存入鎖存器。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK104469201SQ201410836377
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】劉力源, 吳南健, 郭志強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所