本發(fā)明涉及一種基于模擬光子計(jì)數(shù)技術(shù)的單光子雪崩二極管探測(cè)器陣列級(jí)模擬信號(hào)的讀出電路和讀出方法，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

單光子雪崩二極管(Single-Photon Avalanche Diode，SPAD)探測(cè)器件具有高的靈敏度、高的時(shí)間精度分辨率，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、軍事和光通信等領(lǐng)域。SPAD器件已經(jīng)與CMOS工藝兼容，為了實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)器高集成化就必須減少電路的尺寸與功耗。傳統(tǒng)的SPAD探測(cè)器像素單元包括單光子雪崩二極管、淬滅與復(fù)位電路、數(shù)字計(jì)數(shù)電路、鎖存器和相關(guān)的輔助電路，然而隨著陣列的密度不斷提高，由于計(jì)數(shù)范圍很廣，像素單元內(nèi)的數(shù)字電路占用了很大面積，導(dǎo)致核心器件探測(cè)光子的面積比例變小，即占空比減小。模擬計(jì)數(shù)電路在高密度單光子探測(cè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)明顯，其計(jì)數(shù)電路主要由電容和很少的晶體管組成，電容上的電壓可以反應(yīng)出計(jì)數(shù)值，這樣能大大提高SPAD探測(cè)器陣列的集成度，而且可以增加讀出的動(dòng)態(tài)范圍和減小暗計(jì)數(shù)的影響。但是由于模擬計(jì)數(shù)噪聲較多，對(duì)于適用于模擬信號(hào)計(jì)數(shù)的陣列級(jí)讀出電路和方法目前現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有提出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是降低像素單元內(nèi)數(shù)字電路占用面積的比例，降低噪聲，改進(jìn)單光子雪崩二極管探測(cè)器陣列級(jí)模擬信號(hào)的讀出。

為此目的，本發(fā)明提出一種針對(duì)高密度SPAD陣列級(jí)模擬信號(hào)的讀出電路，包含格雷碼發(fā)生器、3-8地址譯碼器、行地址譯碼器、行局部復(fù)位控制電路、多路選擇器、相關(guān)雙采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘模塊和若干像素單元，時(shí)鐘模塊給格雷碼發(fā)生器提供時(shí)鐘信號(hào)，格雷碼發(fā)生器為行地址譯碼器、3-8地址譯碼器、多路選擇器提供計(jì)數(shù)信號(hào)，行地址譯碼器通過(guò)格雷碼控制，可以輸出選通某一行并對(duì)其進(jìn)行操作，全局復(fù)位信號(hào)、局部復(fù)位信號(hào)和行地址譯碼器輸出端接在行局部復(fù)位控制電路，其輸出接到每一行像素單元的復(fù)位控制模塊上，多路選擇器用來(lái)將其輸入的8列信號(hào)依次選擇輸出到相關(guān)雙采樣電路，由格雷碼發(fā)生器提供3位的選通信號(hào)，所有的多路選擇器控制信號(hào)都相同，多路選擇器將整個(gè)陣列按列分成若干個(gè)組，每組8列連接到多路選擇器的輸入端，可以達(dá)到共用相關(guān)雙采樣的目的，3-8地址譯碼器第一個(gè)輸出端連接到每個(gè)組的第一列，第二個(gè)輸出端連接到每個(gè)組的第二列，在全局復(fù)位時(shí)3-8地址譯碼器為全選狀態(tài)，在讀出時(shí)與多路選擇器接相同的控制信號(hào)，與行局部復(fù)位控制電路配合可以進(jìn)行局部復(fù)位。

為提高占空比，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘模塊可以在芯片外使用現(xiàn)成的模塊。

行局部復(fù)位控制電路由與門(mén)和或門(mén)組成，當(dāng)全局復(fù)位信號(hào)RESA為高時(shí)輸出為高，局部復(fù)位信號(hào)和行地址譯碼器輸出信號(hào)相與輸出。

本發(fā)明還提出一種上述針對(duì)高密度SPAD陣列級(jí)模擬信號(hào)的讀出電路的讀出方法，具體包含以下幾個(gè)階段：

(1)在整個(gè)陣列信號(hào)讀出之前，像素單元電路先進(jìn)行曝光探測(cè)光子，首先對(duì)所有的像素單元進(jìn)行整體復(fù)位，RESA由外部電路給信號(hào)輸入一個(gè)高電平脈沖，使計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值清零，然后曝光一段時(shí)間，EXPO輸入一段時(shí)間的高電平，這時(shí)淬滅電路給SPAD加上足夠的反偏電壓，SPAD開(kāi)始探測(cè)光子產(chǎn)生雪崩電流，淬滅電路對(duì)其淬滅并輸出窄脈沖給計(jì)數(shù)電路，像素單元電路開(kāi)始工作，將光子探測(cè)的數(shù)量轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)電容上的電壓信號(hào)，曝光結(jié)束后，計(jì)數(shù)電路內(nèi)的計(jì)數(shù)電壓保持不變，等待外部電路讀出；

(2)陣列讀出電路開(kāi)始工作，先進(jìn)行并行讀出，行地址譯碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)陣列的每一行進(jìn)行選通，使像素單元的輸出選通開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，并且與行局部復(fù)位控制電路配合進(jìn)行局部復(fù)位，行地址譯碼器先選通第一行，第一行的所有像素單元中的輸出選通被打開(kāi)，計(jì)數(shù)電容的電壓信號(hào)通過(guò)緩沖器接入行信號(hào)總線(xiàn)通向多路選擇器，每八列像素單元通過(guò)一個(gè)多路選擇器共用一個(gè)相關(guān)雙采樣電路，這時(shí)所用的多路選擇器同時(shí)工作，多路選擇器與3-8地址譯碼器接相同的選通信號(hào)，其作用是可以將其8個(gè)輸入信號(hào)串行輸出，從而達(dá)到每8列共用一個(gè)雙相關(guān)采樣電路來(lái)節(jié)約面積，每個(gè)多路選擇器將其第一列的信號(hào)首先送入相關(guān)雙采樣，當(dāng)?shù)谝涣型ㄐ沤Y(jié)束其他列依次也接入相關(guān)雙采樣，直到第八列結(jié)束；

(3)相關(guān)雙采樣進(jìn)行信號(hào)處理，消除噪聲，它由相關(guān)雙采樣第一次對(duì)計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行采樣，然后由復(fù)位控制電路對(duì)單元中的計(jì)數(shù)電路復(fù)位，相關(guān)雙采樣第二次對(duì)復(fù)位后的電壓進(jìn)行采樣，最后輸出兩個(gè)電壓的差值，得到純凈的光子信號(hào)；

(4)回到多路選擇器剛開(kāi)始工作的狀態(tài)，當(dāng)所有的多路選擇器選中第一列時(shí)，整個(gè)陣列共用一個(gè)3-8地址譯碼器模塊，用于配合多路選擇器進(jìn)行局部復(fù)位，行局部復(fù)位控制電路由組合邏輯門(mén)電路組成，輸入端為行地址譯碼器的輸出、局部復(fù)位信號(hào)線(xiàn)和全局復(fù)位信號(hào)線(xiàn)，當(dāng)全局復(fù)位信號(hào)為高時(shí)，輸出為高；當(dāng)全局復(fù)位信號(hào)為低時(shí)，輸出為局部復(fù)位信號(hào)和行地址輸出信號(hào)與值，這樣可以方便的實(shí)現(xiàn)行局部復(fù)位，這時(shí)3-8地址譯碼器也選中每一行的第一列的復(fù)位控制端，相關(guān)雙采樣對(duì)輸入信號(hào)即像素單元的計(jì)數(shù)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，然后局部復(fù)位信號(hào)使能，輸入到行局部復(fù)位控制電路，這時(shí)第一行所有行所有像素單元都接收到局部復(fù)位信號(hào)，但是只有3-8譯碼器選中的單元即多路選擇器選通的單元進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，相關(guān)雙采樣再次進(jìn)行采樣復(fù)位后的信號(hào)，并輸出其差值，所有的相關(guān)雙采樣同時(shí)輸出信號(hào)，再次輸出到一個(gè)高速多路選擇器，將信號(hào)依次輸出給ADC處理。

相關(guān)雙采樣電路由運(yùn)算放大器和開(kāi)關(guān)電容電路組成，對(duì)信號(hào)采樣兩次輸出其差值，達(dá)到消除噪聲的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明中，整個(gè)電路采用行并行讀出的方式，但與傳統(tǒng)行讀出方式不同，當(dāng)某一行被選中后，每8列數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多路選擇器順序輸出，通過(guò)CDS處理然后送到外部ADC，這樣可以大大減小芯片面積，CDS的數(shù)量減少到八分之一；

(2)可以方便地實(shí)現(xiàn)局部復(fù)位和整體復(fù)位；在每一行前面和行譯碼器前面有一排與門(mén)電路，與門(mén)的兩個(gè)輸入端分別接行譯碼器的輸出和局部復(fù)位信號(hào)RESP，與門(mén)的輸出端接對(duì)應(yīng)行像素單元的復(fù)位線(xiàn)，同時(shí)有一個(gè)全局復(fù)位信號(hào)RESA接到每一個(gè)像素單元。當(dāng)RESP選通時(shí)，通過(guò)行譯碼器選通的行就可以實(shí)現(xiàn)局部復(fù)位。

(3)可以降低噪聲，通過(guò)相關(guān)雙采樣技術(shù)可以得到純凈的光子計(jì)數(shù)信號(hào)；電路中包含的CDS電路可以有效的減少模擬讀出電路的噪聲，CDS需要對(duì)輸入的信號(hào)采樣兩次，輸出其差值，由上述局部行復(fù)位，CDS一次輸入為計(jì)數(shù)電路輸出信號(hào)，另一次輸入為復(fù)位后的計(jì)數(shù)電路輸出信號(hào)，相減后純凈的光子信號(hào)就可以得出。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的陣列讀出電路結(jié)構(gòu)(128x128)。

圖2是本專(zhuān)利適用的像素單元框圖。

圖3是局部復(fù)位控制電路的原理圖。

圖4簡(jiǎn)化版的陣列的示意圖。

圖5是雙相關(guān)采樣原理圖。

圖6是讀出電路時(shí)序圖。

圖7是當(dāng)曝光結(jié)束后的時(shí)序圖。

圖8是當(dāng)?shù)谝涣斜贿x通時(shí)的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明提出一種針對(duì)高密度SPAD陣列級(jí)模擬信號(hào)的讀出電路架構(gòu)和方法，讀出方式為并行讀出，通過(guò)相關(guān)雙采樣技術(shù)可以消除噪聲，并且可以很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)正則讀取的像素單元進(jìn)行局部復(fù)位

適用于大規(guī)模模擬計(jì)數(shù)的像素單元陣列對(duì)外圍陣列級(jí)讀出電路，并能減少模擬讀出產(chǎn)生的噪聲，提高探測(cè)器的探測(cè)精準(zhǔn)度。本發(fā)明提出的SPAD陣列架構(gòu)，如圖1所示。主要是將陣列中的像素單元按行讀出并將輸出的模擬信號(hào)去噪，外部譯碼等步驟轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，用來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)距離的傳輸。讀出電路包含格雷碼發(fā)生器(Gray code)、3-8地址譯碼器(Decoder3-8)、行地址譯碼器(Row Address Decoder)、行局部復(fù)位控制電路(DG)、八選一多路選擇器(MUX)、相關(guān)雙采樣(CDS，Correlated Double Sampling)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和時(shí)鐘(Clock Control)，pixel為像素單元。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘可以在芯片外使用現(xiàn)成的模塊，格雷碼發(fā)生器作用是為多個(gè)地址譯碼器提供計(jì)數(shù)信號(hào)來(lái)控制其選通狀態(tài)，并且可以達(dá)到消除組合邏輯電路中競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)的目的。

像素單元電路，如圖2所示，一般包含SPAD、淬滅電路、計(jì)數(shù)電路、輸出選通電路，為了配合外部讀出電路，單元電路的計(jì)數(shù)復(fù)位信號(hào)前必須要加上復(fù)位控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)后期的局部復(fù)位從而達(dá)到消除固定模式噪聲的目的。其中復(fù)位控制電路輸入端為3-8譯碼器的輸出(Decoder3-8)和行局部復(fù)位控制電路的輸出(DG)，當(dāng)Decoder3-8和DG輸出同時(shí)為高時(shí)復(fù)位使能。淬滅電路的輸入端接全局曝光信號(hào)(EXPO)，當(dāng)EXPO為高時(shí)，SPAD開(kāi)始探測(cè)光子產(chǎn)生雪崩電流，淬滅電路工作并且輸出給計(jì)數(shù)電路。輸出選通是連接像素單元和外圍電路的橋梁，其輸入端為行地址譯碼器的輸出(Row Address Decoder)，當(dāng)Row Address Decoder輸出為高時(shí)，輸出選通使能，計(jì)數(shù)信號(hào)連接到列數(shù)據(jù)總線(xiàn)。計(jì)數(shù)信號(hào)必須經(jīng)過(guò)上列模塊順序處理，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前的電路稱(chēng)為模擬信號(hào)處理電路。上述電路性能往往是決定圖像素成像質(zhì)量、填充率、運(yùn)行速率和功耗大小等方面的瓶頸。電路架構(gòu)最重要的是相關(guān)雙采樣用于抑制固定模式噪聲，獲得高信噪比成像系統(tǒng)。其中的SPAD、淬滅電路、計(jì)數(shù)電路本發(fā)明專(zhuān)利不予考慮。

整列讀出電路中各個(gè)模塊連接關(guān)系如下：

首先時(shí)鐘模塊給格雷碼發(fā)生器提供時(shí)鐘信號(hào)，然后格雷碼發(fā)生器為行地址譯碼器、3-8地址譯碼器、多路選擇器提供計(jì)數(shù)信號(hào)；行地址譯碼器通過(guò)格雷碼控制，可以輸出選通某一行并對(duì)其進(jìn)行操作。全局復(fù)位信號(hào)、局部復(fù)位信號(hào)和行地址譯碼器輸出端接在行局部復(fù)位控制電路，其輸出接到每一行像素單元的復(fù)位控制模塊上，行局部復(fù)位控制電路由與門(mén)和或門(mén)組成，如圖3所示，當(dāng)全局復(fù)位信號(hào)RESA為高時(shí)輸出為高，局部復(fù)位信號(hào)和行地址譯碼器輸出信號(hào)相與輸出；多路選擇器用來(lái)將其輸入的8列信號(hào)依次選擇輸出到相關(guān)雙采樣電路，由格雷碼發(fā)生器提供3位的選通信號(hào)，所有的多路選擇器控制信號(hào)都相同；多路選擇器將整個(gè)陣列按列分成若干個(gè)組，每組8列連接到多路選擇器的輸入端，可以達(dá)到共用相關(guān)雙采樣的目的；3-8地址譯碼器第一個(gè)輸出端連接到每個(gè)組的第一列，第二個(gè)輸出端連接到每個(gè)組的第二列以此類(lèi)推，如圖4所示，在全局復(fù)位時(shí)3-8地址譯碼器為全選狀態(tài)，在讀出時(shí)與多路選擇器接相同的控制信號(hào)，與行局部復(fù)位控制電路配合可以進(jìn)行局部復(fù)位。圖4中的相關(guān)雙采樣電路，由于其電路占用面積較大，故采用多路復(fù)用的方法減少電路模塊數(shù)量，其作用是通過(guò)兩次采樣相減輸出消除噪聲。所有相關(guān)雙采樣電路輸出在經(jīng)過(guò)一個(gè)多路選擇將信號(hào)輸出到高速模數(shù)轉(zhuǎn)化電路。

整個(gè)讀出電路工作狀態(tài)分為以下幾個(gè)階段：

(1)在整個(gè)陣列信號(hào)讀出之前，像素單元電路先進(jìn)行曝光探測(cè)光子。在探測(cè)器工作的最開(kāi)始，首先對(duì)所有的像素單元進(jìn)行整體復(fù)位，RESA由外部電路給信號(hào)輸入一個(gè)高電平脈沖，使計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值清零，然后曝光一段時(shí)間，EXPO輸入一段時(shí)間的高電平，這時(shí)淬滅電路給SPAD加上足夠的反偏電壓，SPAD開(kāi)始探測(cè)光子產(chǎn)生雪崩電流，淬滅電路對(duì)其淬滅并輸出窄脈沖給計(jì)數(shù)電路，像素單元電路開(kāi)始工作，將光子探測(cè)的數(shù)量轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)電容上的電壓信號(hào)。曝光結(jié)束后，計(jì)數(shù)電路內(nèi)的計(jì)數(shù)電壓保持不變等待外部電路讀出。

(2)本發(fā)明提出的陣列讀出電路開(kāi)始工作，先進(jìn)行并行讀出。行地址譯碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)陣列的每一行進(jìn)行選通，使像素單元的輸出選通開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，并且與行局部復(fù)位控制電路配合進(jìn)行局部復(fù)位。行地址譯碼器先選通第一行，第一行的所有像素單元中的輸出選通被打開(kāi)，計(jì)數(shù)電容的電壓信號(hào)通過(guò)緩沖器接入行信號(hào)總線(xiàn)通向多路選擇器，每八列像素單元通過(guò)一個(gè)多路選擇器共用一個(gè)相關(guān)雙采樣電路。這時(shí)所用的多路選擇器同時(shí)工作，多路選擇器與3-8地址譯碼器接相同的選通信號(hào)，其作用是可以將其8個(gè)輸入信號(hào)串行輸出，從而達(dá)到每8列共用一個(gè)雙相關(guān)采樣電路來(lái)節(jié)約面積。每個(gè)MUX將其第一列的信號(hào)首先送入CDS，當(dāng)?shù)谝涣型ㄐ沤Y(jié)束其他列依次也接入CDS，直到第八列結(jié)束。

(3)相關(guān)雙采樣進(jìn)行信號(hào)處理，消除噪聲。相關(guān)雙采樣電路是消除固定模式噪聲的核心模塊，它由運(yùn)算放大器和開(kāi)關(guān)電容電路組成，對(duì)信號(hào)采樣兩次輸出其差值，達(dá)到消除噪聲的目的。相關(guān)雙采樣第一次對(duì)計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行采樣，然后由復(fù)位控制電路對(duì)單元中的計(jì)數(shù)電路復(fù)位，相關(guān)雙采樣第二次對(duì)復(fù)位后的電壓進(jìn)行采樣，最后輸出兩個(gè)電壓的差值，得到純凈的光子信號(hào)。回到MUX剛開(kāi)始工作的狀態(tài)，當(dāng)所有的MUX選中第一列時(shí)。整個(gè)陣列共用一個(gè)3-8地址譯碼器模塊，用于配合多路選擇器進(jìn)行局部復(fù)位，例如多路選擇器選通第一列時(shí)3-8地址譯碼器也要選擇第一列，可以對(duì)第一列進(jìn)行局部復(fù)位。行局部復(fù)位控制電路由組合邏輯門(mén)電路組成輸入端為行地址譯碼器的輸出、局部復(fù)位信號(hào)線(xiàn)(RESP)和全局復(fù)位信號(hào)線(xiàn)(RESA)，當(dāng)全局復(fù)位信號(hào)為高時(shí)，輸出為高；當(dāng)全局復(fù)位信號(hào)為低時(shí)，輸出為局部復(fù)位信號(hào)和行地址輸出信號(hào)與值，這樣可以方便的實(shí)現(xiàn)行局部復(fù)位。這時(shí)3-8地址譯碼器也選中每一行的第一列的復(fù)位控制端，CDS對(duì)輸入信號(hào)即像素單元的計(jì)數(shù)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，然后局部復(fù)位信號(hào)(RESP)使能，輸入到行局部復(fù)位控制電路(DG)，這時(shí)第一行所有行所有像素單元都接收到局部復(fù)位信號(hào)，但是只有3-8譯碼器選中的單元即MUX選通的單元進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，CDS再次進(jìn)行采樣復(fù)位后的信號(hào)，并輸出其差值。所有的CDS同時(shí)輸出信號(hào)，再次輸出到一個(gè)高速M(fèi)UX，將信號(hào)依次輸出給ADC處理。

除此之外，本發(fā)明還針對(duì)單光子雪崩二極管探測(cè)陣列級(jí)模擬計(jì)數(shù)方式提出了一種高效讀出方法，該方法采用列并行讀出方式，將像素內(nèi)的計(jì)數(shù)信號(hào)送到相關(guān)雙采樣然后進(jìn)行局部復(fù)位再送給相關(guān)雙采樣，達(dá)到去除噪聲的目的。以128X128的陣列為例如圖1所示，整個(gè)電路包含16個(gè)多路選擇器(8列共用)，16個(gè)相關(guān)雙采樣模塊，一個(gè)16路多路選擇器，128個(gè)行局部復(fù)位控制電路(每行一個(gè))，一個(gè)3-8地址譯碼器，一個(gè)格雷碼發(fā)生器，時(shí)鐘模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路為外部模塊。整個(gè)電路工作狀態(tài)分為以下幾個(gè)部分：

(1)曝光階段：時(shí)序如圖6所示，當(dāng)電路開(kāi)始工作時(shí)，先進(jìn)行全局復(fù)位，計(jì)數(shù)電路清零，如圖1所示，pixel陣列是探測(cè)光子的部分，首先RESA輸入為高，這時(shí)每一列的DG(如圖3所示，由組合邏輯門(mén)電路組成)檢測(cè)到曝光信號(hào)立即輸出為高，同時(shí)3-8地址譯碼器處于全選不工作的狀態(tài)，pixel內(nèi)的復(fù)位控制模塊檢測(cè)到DG和3-8譯碼器的高電平后立即輸出復(fù)位信號(hào)實(shí)現(xiàn)全局復(fù)位。復(fù)位結(jié)束后，對(duì)整個(gè)像素單元進(jìn)行曝光。EXPO(曝光信號(hào))為高，EXPO連接到像素單元的淬滅電路上，如圖2所示，當(dāng)EXPO為高時(shí)淬滅電路給SPAD加上高反偏電壓并對(duì)SPAD產(chǎn)生的雪崩電流進(jìn)行淬滅，每一個(gè)光子到來(lái)SPAD就會(huì)產(chǎn)生雪崩電流，淬滅電路淬滅后會(huì)輸出到計(jì)數(shù)電路一個(gè)窄脈沖，計(jì)數(shù)電路負(fù)責(zé)記錄窄脈沖的數(shù)量即光子數(shù)目。曝光時(shí)間可控，由外部激勵(lì)決定。

(2)曝光結(jié)束后，地址譯碼器和多路選擇器的配合工作：首先行地址譯碼器開(kāi)始工作，將整個(gè)像素陣列的每一行作為一個(gè)整體，對(duì)其計(jì)數(shù)器的輸出選通開(kāi)關(guān)依次導(dǎo)通，如圖6所示，L1到L128順序輸出高電平。在128X128的像素陣列中，如圖1所示，每8列通過(guò)一個(gè)多路選擇器(MUX)，一共16個(gè)多路選擇器，于是整個(gè)陣列被多路選擇器分成16組，每組通過(guò)多路選擇器連接到一個(gè)相關(guān)雙采樣模塊。整個(gè)讀出電路有一個(gè)3-8地址譯碼器，在行并行讀出時(shí)用來(lái)配合多路選擇器進(jìn)行局部復(fù)位，其第一個(gè)輸出端3-8decoderY0連接到上述每一組的第一列，第二個(gè)輸出端3-8decoderY1連接到每一組的第二列以此類(lèi)推，如圖4所示，圖4為圖1的部分詳細(xì)圖。當(dāng)曝光結(jié)束后，時(shí)序圖如圖7所示，當(dāng)L1選通時(shí)，3-8地址譯碼器與多路選擇器同步選通，輸出端3-8decoderY0、3-8decoderY1、3-8decoderY2·依次為高。L1中第1到8列被多路選擇器依次選通，順序輸出到相關(guān)雙采樣(CDS)，第9到16列也是如此。同時(shí)CDS開(kāi)始工作。

(3)多路選擇器或3-8地址譯碼器選擇第一列時(shí)相關(guān)雙采樣的工作：當(dāng)?shù)谝涣斜贿x通時(shí)，時(shí)序圖如圖8所示，S1和S2分別出現(xiàn)的高電平脈沖表示CDS的兩次采樣，第一次采樣，CDS得到曝光后的計(jì)數(shù)器的電壓值。S1高電平結(jié)束在S2高電平到來(lái)之前，對(duì)該行進(jìn)行復(fù)位，RESP出現(xiàn)一個(gè)高電平脈沖，這時(shí)DG也輸出一個(gè)高脈沖，所有被3-8地址譯碼器選中的像素單元即每一組的第一列快速?gòu)?fù)位，然后S2高電平來(lái)到。第二次采樣結(jié)束后，CDS得到復(fù)位后的計(jì)數(shù)器電壓值，然后輸出其差值。由于固定模式噪聲的存在，計(jì)數(shù)電路在開(kāi)始計(jì)數(shù)之前電容電壓就有一定的初值，并且每個(gè)像素單元都不一定相同，導(dǎo)致的計(jì)數(shù)電壓值包含計(jì)數(shù)初值和光子計(jì)數(shù)的值。為了消除這一噪聲，CDS讀出第一次電壓值后，再次對(duì)復(fù)位后的計(jì)數(shù)電壓進(jìn)行采樣，輸出其差值，這樣輸出的信號(hào)為計(jì)數(shù)后的電壓值減去復(fù)位后的電壓值，從而得到純凈的光子信號(hào)。最后所有的CDS通過(guò)一個(gè)多路選擇器依次將信號(hào)輸入給高速的ADC，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)交給后期數(shù)字信號(hào)處理電路。