BR112017011803B1 - SOLID-STATE IMAGE SENSOR WITH IMPROVED LOAD CAPACITY AND DYNAMIC RANGE - Google Patents

SOLID-STATE IMAGE SENSOR WITH IMPROVED LOAD CAPACITY AND DYNAMIC RANGE Download PDF

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Biay-Cheng Hseih
Sergiu Radu Goma
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Qualcomm Incorporated
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Abstract

SENSOR DE IMAGEM EM ESTADO SÓLIDO COM CAPACIDADE DE CARGA E FAIXA DINÂMICA MELHORADAS. Determinados aspectos se referem a sistemas de criação de imagem e métodos para fabricação de sistemas de criação de imagem e sensores de imagem. O sistema de criação de imagem inclui um conjunto de pixels incluindo uma pluralidade de pixels, os pixels configurados para gerar uma carga quando expostos à luz e dispostos em uma primeira camada. O sistema de criação de imagem inclui adicionalmente uma pluralidade de circuitos de pixel para leitura de luz integrada aos pixels acoplados ao mesmo, cada um dentre a pluralidade de circuitos de pixel compreendendo um ou mais transistores compartilhados entre um subconjunto dentre a pluralidade de pixels, o um ou mais transistores dispostos em uma segunda camada diferente da primeira camada. O sistema de criação de imagem inclui adicionalmente uma pluralidade de nós de difusão flutuantes configurados para acoplar cada um dentre a pluralidade de pixels à pluralidade de circuitos de pixel.SOLID-STATE IMAGE SENSOR WITH IMPROVED LOAD CAPACITY AND DYNAMIC RANGE. Certain aspects relate to imaging systems and methods for manufacturing imaging systems and image sensors. The imaging system includes a set of pixels including a plurality of pixels, the pixels configured to generate a charge when exposed to light and arranged in a first layer. The imaging system further includes a plurality of pixel circuits for reading light integrated with the pixels coupled thereto, each of the plurality of pixel circuits comprising one or more transistors shared among a subset of the plurality of pixels, the one or more transistors arranged in a second layer different from the first layer. The imaging system further includes a plurality of floating diffusion nodes configured to couple each of the plurality of pixels to the plurality of pixel circuits.

Description

Campo TécnicoTechnical Field

[0001] Os sistemas e métodos descritos aqui são direcionados a sensores fotográficos, e mais particularmente a sensores de pixels sub-mícron e pixel integrado verticalmente.[0001] The systems and methods described here are directed to photographic sensors, and more particularly to sub-micron pixel and vertically integrated pixel sensors.

FundamentosFundamentals

[0002] A tendência em câmeras digitais e produção de imagem digital se dá na direção de pixels menores para acionar a contagem de megapixels de forma ascendente ou para permitir áreas de sensor menores. Ao mesmo tempo, aperfeiçoamentos em termos de velocidade, sensibilidade e números de pixel são desejáveis. No entanto, a redução do tamanho e o aumento do número de pixels podem não suportar o aumento desejado em velocidade e sensibilidade. Pixels de menor tamanho podem sofrer muitos desafios. Por exemplo, pixels menores podem ter velocidades de percepção mais baixas ou resolução e fidelidade de cores degradadas, e pode ter uma faixa dinâmica limitada quando comparados aos pixels maiores. Particularmente em sensores móveis, a tendência de encolher o tamanho do pixel e área de sensor tenta manter o desempenho através de um processamento avançado. Capacidade total reduzida, eficiência quantum reduzida e fotossensibilidade reduzida do conjunto de detectores de pixel sub-mícron degradam em muito a razão de sinal para ruído (SNR) e faixa dinâmica do sensor de imagem. Adicionalmente, interferência maior do tamanho de pixel reduzido resulta em problemas com a qualidade de imagem, por exemplo, função de transferência de modulação (MTF) e fidelidade de cor ruins[0002] The trend in digital cameras and digital image production is toward smaller pixels to drive the megapixel count upward or to allow for smaller sensor areas. At the same time, improvements in terms of speed, sensitivity and pixel numbers are desirable. However, reducing the size and increasing the number of pixels may not support the desired increase in speed and sensitivity. Smaller sized pixels can suffer from many challenges. For example, smaller pixels may have slower perception speeds or degraded resolution and color fidelity, and may have a limited dynamic range when compared to larger pixels. Particularly in mobile sensors, the trend toward shrinking pixel size and sensor area attempts to maintain performance through advanced processing. Reduced total capacity, reduced quantum efficiency, and reduced photosensitivity of the sub-micron pixel detector array greatly degrade the signal-to-noise ratio (SNR) and dynamic range of the image sensor. Additionally, increased interference from reduced pixel size results in problems with image quality, e.g., poor modulation transfer function (MTF) and color fidelity.

[0003] Na criação de imagem digital, a faixa dinâmica de um sensor semicondutor de óxido de metal (CMOS) complementar pode, algumas vezes, ser insuficiente para representar com precisão as cenas externas. Isso pode ser especialmente na câmera em um telefone móvel. Por exemplo, um sensor típico utilizado em uma câmera de dispositivo móvel pode ter uma faixa dinâmica de aproximadamente 60 a 70 dB. No entanto, uma cena externa natural típica pode cobrir facilmente uma faixa de contraste de 100 dB entre áreas iluminadas e sombras. Visto que essa faixa dinâmica é maior do que a faixa dinâmica de um sensor típico utilizado em um dispositivo móvel, o detalhe pode ser perdido em imagens capturadas por dispositivos móveis.[0003] In digital imaging, the dynamic range of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor may sometimes be insufficient to accurately represent external scenes. This can especially be the camera on a mobile phone. For example, a typical sensor used in a mobile device camera might have a dynamic range of approximately 60 to 70 dB. However, a typical natural outdoor scene can easily cover a 100 dB contrast range between bright areas and shadows. Since this dynamic range is greater than the dynamic range of a typical sensor used in a mobile device, detail may be lost in images captured by mobile devices.

Sumáriosummary

[0004] Os sistemas, métodos e dispositivos da invenção possuem, cada um, vários aspectos, nenhum dos quais é responsável sozinho por seus atributos desejáveis. Sem limitar o escopo dessa invenção como expresso pelas reivindicações que seguem, algumas características serão descritas agora de forma breve. Depois de considerar essa discussão, e particularmente após ler a seção intitulada "Descrição Detalhada", se compreenderá como as características das várias modalidades dessa invenção fornecem vantagens que incluem as comunicações aperfeiçoadas entre os pontos de acesso e as estações em uma rede sem fio.[0004] The systems, methods and devices of the invention each have several aspects, none of which is alone responsible for their desirable attributes. Without limiting the scope of this invention as expressed by the following claims, some features will now be briefly described. After considering this discussion, and particularly after reading the section entitled "Detailed Description", one will understand how the characteristics of the various embodiments of this invention provide advantages that include improved communications between access points and stations in a wireless network.

[0005] As modalidades descritas aqui possuem, cada uma, vários aspectos inovadores, nenhum dos quais é responsável, sozinho, pelos atributos desejáveis da invenção. Sem limitar o escopo, como expresso pelas reivindicações que seguem, as características mais proeminentes serão descritas brevemente aqui. Depois de se considerar essa discussão, se compreenderá como as características das várias modalidades fornecem várias vantagens sobre os sistemas de carregamento sem fio dinâmico atual.[0005] The embodiments described here each have several innovative aspects, none of which alone is responsible for the desirable attributes of the invention. Without limiting the scope as expressed by the claims that follow, the most prominent features will be briefly described here. After considering this discussion, one will understand how the characteristics of the various embodiments provide several advantages over current dynamic wireless charging systems.

[0006] Um aspecto da descrição fornece um sistema de criação de imagem. O sistema de criação de imagem inclui uma pluralidade de pixels configurados para converter luz em uma carga. O sistema de criação de imagem inclui adicionalmente um ou mais transistores de amplificador configurados para converter uma carga de uma pluralidade de pixels, um ou mais transistores de seleção configurados para selecionar uma linha ou coluna dentre a pluralidade de pixels a serem lidos, e um ou mais transistores de reajuste configurados para reajustar pelo menos um dentre a pluralidade de pixels. O sistema de criação de imagem também inclui um arranjo de pixels. O arranjo de pixels é disposto em uma pluralidade de linhas e colunas e inclui adicionalmente uma pluralidade de transistores de porta de transferência. Cada um dentre a pluralidade de transistores de porta de transferência corresponde a um dentre a pluralidade de pixels. O sistema de criação de imagem inclui adicionalmente uma primeira camada de silício sobre a qual a pluralidade de pixels é disposta e uma segunda camada de silício sobre a qual pelo menos um dentre um ou mais transistores de amplificador, transistores de seleção, e transistores de reajuste são dispostos.[0006] One aspect of the description provides an image creation system. The imaging system includes a plurality of pixels configured to convert light into a charge. The imaging system further includes one or more amplifier transistors configured to convert a charge from a plurality of pixels, one or more selection transistors configured to select a row or column among the plurality of pixels to be read, and one or more more tuning transistors configured to reset at least one of the plurality of pixels. The imaging system also includes an array of pixels. The pixel array is arranged in a plurality of rows and columns and further includes a plurality of transfer gate transistors. Each of the plurality of transfer gate transistors corresponds to one of the plurality of pixels. The imaging system further includes a first silicon layer upon which the plurality of pixels are disposed and a second silicon layer upon which at least one of one or more amplifier transistors, selection transistors, and retuning transistors are arranged. are willing.

[0007] Outro aspecto descrito é outro sistema de criação de imagem. O outro sistema de criação de imagem inclui uma pluralidade de pixels, onde os pixels são configurados para gerar uma carga quando expostos à luz. O outro sistema de criação de imagem também inclui uma pluralidade de circuitos de pixel, cada circuito de pixel compreendendo pelo menos um dentre um transistor de reajuste, um transistor de seleção de linha, ou um resistor de amplificação. O outro sistema de criação de imagem inclui adicionalmente uma pluralidade de arquiteturas de pixels compartilhados, as arquiteturas de pixels compartilhados compreendendo um ou mais pixels dentre a pluralidade de pixels e circuitos de pixel dentre a pluralidade de circuitos de pixel. O outro sistema de criação de imagem também inclui um arranjo de pixels incluindo a pluralidade de arquiteturas de pixels compartilhadas. O arranjo de pixels é disposto em uma pluralidade de linhas e colunas. Finalmente, o outro sistema de criação de imagem inclui uma primeira camada de silício e uma segunda camada de silício localizada acima da primeira camada de silício.[0007] Another aspect described is another image creation system. The other imaging system includes a plurality of pixels, where the pixels are configured to generate a charge when exposed to light. The other imaging system also includes a plurality of pixel circuits, each pixel circuit comprising at least one of a reset transistor, a line selection transistor, or an amplification resistor. The other imaging system further includes a plurality of shared pixel architectures, the shared pixel architectures comprising one or more pixels among the plurality of pixels and pixel circuits among the plurality of pixel circuits. The other imaging system also includes an array of pixels including the plurality of shared pixel architectures. The pixel arrangement is arranged in a plurality of rows and columns. Finally, the other imaging system includes a first silicon layer and a second silicon layer located above the first silicon layer.

[0008] Outro aspecto descrito é outro sistema de criação de imagem. O sistema de criação de imagem inclui um arranjo de pixels incluindo uma pluralidade de pixels, os pixels configurados para gerar uma carga quando exposta à luz e disposta em uma primeira camada. O sistema de criação de imagem inclui adicionalmente uma pluralidade de circuitos de pixel para luz de leitura integrada nos pixels acoplados à mesma, cada um dentre a pluralidade de circuitos de pixels compreendendo um ou mais transistores compartilhados entre um subconjunto dentre a pluralidade de pixels, os um ou mais transistores dispostos em uma segunda camada diferente da primeira camada. O sistema de criação de imagem inclui adicionalmente uma pluralidade de nós de difusão flutuantes configurados para acoplar cada um dentre a pluralidade de pixels à pluralidade de circuitos de pixel.[0008] Another aspect described is another image creation system. The imaging system includes an array of pixels including a plurality of pixels, the pixels configured to generate a charge when exposed to light and arranged in a first layer. The imaging system further includes a plurality of pixel circuits for reading light integrated into the pixels coupled thereto, each of the plurality of pixel circuits comprising one or more transistors shared among a subset of the plurality of pixels, the one or more transistors arranged in a second layer different from the first layer. The imaging system further includes a plurality of floating diffusion nodes configured to couple each of the plurality of pixels to the plurality of pixel circuits.

[0009] Outro aspecto descrito é um método de fabricação de um sensor de imagem empilhado tridimensional (3D). O método inclui a formação de um arranjo de pixels incluindo uma pluralidade de pixels disposta em uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas. O conjunto de pixel formado é disposto em uma pluralidade de linhas e colunas e inclui adicionalmente uma pluralidade de transistores de porta de transferência, onde cada um dentre a pluralidade de transistores de porta de transferência corresponde a um dentre a pluralidade de pixels. O método também inclui a disposição da pluralidade de pixels em uma primeira camada de silício e a disposição de pelo menos um transistor de amplificador, transistor de seleção, e transistor de reajuste em uma segunda camada de silício diferente da primeira camada de silício. O método inclui adicionalmente o acoplamento elétrico da primeira camada de silício com a segunda camada de silício.[0009] Another aspect described is a method of manufacturing a three-dimensional (3D) stacked image sensor. The method includes forming a pixel array including a plurality of pixels arranged in one or more shared pixel architectures. The formed pixel array is arranged in a plurality of rows and columns and further includes a plurality of transfer gate transistors, where each of the plurality of transfer gate transistors corresponds to one of the plurality of pixels. The method also includes arranging the plurality of pixels on a first silicon layer and arranging at least one amplifier transistor, selection transistor, and reset transistor on a second silicon layer different from the first silicon layer. The method further includes electrically coupling the first silicon layer with the second silicon layer.

Breve Descrição dos DesenhoBrief Description of Drawings

[0010] Os aspectos descritos, no entanto, serão descritos em conjunto com os desenhos em anexo e apêndices, fornecidos para ilustrar e não limitar os aspectos descritos, onde designações similares denotam elementos similares.[0010] The described aspects, however, will be described in conjunction with the attached drawings and appendices, provided to illustrate and not limit the described aspects, where similar designations denote similar elements.

[0011] A figura 1A ilustra uma modalidade de uma arquitetura de pixels compartilhados para uso como um pixel de um sistema de leitura de pixel, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0011] Figure 1A illustrates an embodiment of a shared pixel architecture for use as a pixel of a pixel reading system, according to an illustrative embodiment.

[0012] A figura 1B ilustra uma modalidade de uma arquitetura de 4 pixels compartilhados e quatro resistores entrelaçados, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0012] Figure 1B illustrates an embodiment of an architecture with 4 shared pixels and four intertwined resistors, according to an illustrative embodiment.

[0013] A figura 1C ilustra uma modalidade de duas arquiteturas de 4 pixels compartilhados e quatro resistores da figura 1B em um conjunto de arquitetura de pixel entrelaçado, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0013] Figure 1C illustrates an embodiment of two shared 4-pixel architectures and four resistors of Figure 1B in an interlaced pixel architecture set, according to an illustrative embodiment.

[0014] A figura 2 apresenta as arquiteturas de 4 transistores e 4 pixels compartilhados das figuras 1B e 1C em um conjunto de arquiteturas de pixel entrelaçadas, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0014] Figure 2 shows the architectures of 4 transistors and 4 shared pixels of Figures 1B and 1C in a set of interlaced pixel architectures, according to an illustrative embodiment.

[0015] A figura 3A ilustra uma sequência de leitura de 4 cores por canal de uma arquitetura de 4 pixels compartilhados entrelaçados 1 x 4, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0015] Figure 3A illustrates a 4-color reading sequence per channel of a 1 x 4 interlaced 4 shared pixel architecture, according to an illustrative embodiment.

[0016] A figura 3B ilustra uma sequência de leitura de 4 cores por canal de uma arquitetura de 4 pixels compartilhados entrelaçada 2 x 2, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0016] Figure 3B illustrates a 4-color reading sequence per channel of a 2 x 2 interlaced 4 shared pixel architecture, according to an illustrative embodiment.

[0017] A figura 4A ilustra uma modalidade de uma arquitetura de 8 pixels de sensor de imagem compartilhados e quatro transistores entrelaçada 400 possuindo um sistema de leitura de pixel, de acordo com uma modalidade ilustrativa.[0017] Figure 4A illustrates an embodiment of an architecture of 8 shared image sensor pixels and four interlaced transistors 400 having a pixel reading system, according to an illustrative embodiment.

[0018] A figura 4B ilustra uma primeira seção de uma modalidade de uma arquitetura de 16 pixels de sensor de imagem compartilhada e 4 transistores 450 possuindo um sistema de leitura de pixel, de acordo com uma modalidade ilustrativa, possuindo pontos de conexão A-B para indicar a continuação dos elementos na figura 4C.[0018] Figure 4B illustrates a first section of an embodiment of a 16-pixel shared image sensor architecture and 4 transistors 450 having a pixel reading system, in accordance with an illustrative embodiment, having connection points A-B to indicate the continuation of the elements in figure 4C.

[0019] A figura 4C ilustra uma segunda seção de uma modalidade de uma arquitetura de 16 pixels de sensor de imagem compartilhada e 4 transistores 450 possuindo um sistema de leitura de pixel, de acordo com uma modalidade ilustrativa, possuindo pontos de conexão A-B para indicar a continuação dos elementos na figura 4B.[0019] Figure 4C illustrates a second section of an embodiment of a 16-pixel shared image sensor architecture and 4 transistors 450 having a pixel reading system, in accordance with an illustrative embodiment, having connection points A-B to indicate the continuation of the elements in figure 4B.

[0020] A figura 5A ilustra uma modalidade de um sensor de imagem CMOS empilhado 3D compreendendo a arquitetura de pixels compartilhados entrelaçada das figuras 4A e 4B com a união híbrida de inclinação fina de nível de pixel.[0020] Figure 5A illustrates an embodiment of a 3D stacked CMOS image sensor comprising the interlaced shared pixel architecture of Figures 4A and 4B with pixel-level fine-tilt hybrid coupling.

[0021] A figura 5B ilustra outra modalidade de um sensor de imagem CMOS empilhado 3D compreendendo a arquitetura de pixels compartilhados entrelaçada das figuras 4A e 4B com união por fusão de nível de coluna/linha.[0021] Figure 5B illustrates another embodiment of a 3D stacked CMOS image sensor comprising the interlaced shared pixel architecture of Figures 4A and 4B with column/row level fusion.

[0022] A figura 6A ilustra uma primeira seção de um diagrama de temporização da arquitetura de 4 pixels de sensor de imagem compartilhados e quatro transistores entrelaçada da figura 1B, de acordo com uma modalidade ilustrativa, possuindo pontos de conexão A-X para indicar a continuação dos elementos na figura 6B.[0022] Figure 6A illustrates a first section of a timing diagram of the 4 shared image sensor pixels and four interlaced transistor architecture of Figure 1B, according to an illustrative embodiment, having connection points A-X to indicate the continuation of elements in figure 6B.

[0023] A figura 6B ilustra uma segunda seção de um diagrama de temporização da arquitetura de 4 pixels de sensor de imagem compartilhados e quatro transistores entrelaçada da figura 1B, de acordo com uma modalidade ilustrativa, possuindo pontos de conexão A-X para indicar a continuação dos elementos da figura 6A.[0023] Figure 6B illustrates a second section of a timing diagram of the 4 shared image sensor pixels and four interlaced transistor architecture of Figure 1B, in accordance with an illustrative embodiment, having connection points A-X to indicate the continuation of elements of figure 6A.

[0024] A figura 7 ilustra um exemplo de um diagrama em bloco de leitura da arquitetura de 4 pixels de sensor de imagem compartilhados e quatro transistores entrelaçada da figura 1B de acordo com o diagrama de temporização das figuras 6A e 6B.[0024] Figure 7 illustrates an example of a reading block diagram of the architecture of 4 shared image sensor pixels and four interlaced transistors of Figure 1B in accordance with the timing diagram of Figures 6A and 6B.

[0025] A figura 8 ilustra um diagrama esquemático de alto nível de uma modalidade de um dispositivo de captura de imagem com capacidades totais de extensão de capacidade de well.[0025] Figure 8 illustrates a high-level schematic diagram of an embodiment of an image capture device with full well capacity extension capabilities.

Descrição DetalhadaDetailed Description IntroduçãoIntroduction

[0026] As modalidades da descrição se referem a sistemas e técnicas para a geração e implementação de pixels sub-mícron capazes de leitura com baixo ruído e alto ganho, saídas de alta resolução e alta fidelidade de cores, e uma faixa dinâmica aumentada utilizando arquiteturas de pixel integradas verticalmente, empilhadas tridimensionais (3D). À medida que o tamanho dos pixels continua a diminuir, os componentes necessários dentro do pixel para manter as qualidades e características desejadas da captura de imagem (por exemplo, o baixo ruído, alto ganho, alta resolução e fidelidade de cor, etc.) reduzem a quantidade de luz disponível para a estrutura de sensor de luz do pixel, por exemplo, o fotodetector, o fotodiodo, ou estrutura ou dispositivo similar. Por exemplo, à medida que o tamanho do pixel diminui, existem menos área física no pixel visto que os componentes não podem ser eliminados e o tamanho dos componentes só pode ser reduzido até um determinado ponto com base nas restrições de fabricação e tecnologia em geral. De acordo, arquiteturas adicionais podem ser desenvolvidas e mantêm o número e o tamanho dos componentes em cada pixel enquanto aumentam a área com a qual o fotodetector, o fotodiodo, ou estrutura ou dispositivo similar pode absorver luz e gerar uma carga em resposta à luz absorvida. A arquitetura de leitura, incluindo um capacitor de armazenamento adicional, pode implementar um esquema de leitura de sinal para permitir a extensão de toda a capacidade de well, amplificando a razão de sinal para ruído (SNR) e a faixa dinâmica. A arquitetura de leitura associada pode ser implementada, em várias modalidades, com uma configuração de quatro transistores e 4 pixels CIS compartilhados, 8 pixels compartilhados, 16 compartilhados ou outras configurações de pixel adequadas. Os componentes de leitura de pixel incluindo transistores de reajuste, transistores de amplificação, e um esquema de temporização e capacitor de armazenamento podem cooperar para armazenar as cargas acumuladas a partir dos fotodetectores ou fotodiodos para realizar múltiplas leituras de pixel. Os termos "pixel" e "fotodiodo", "fotodetector", "foto porta", etc. podem ser utilizados de forma intercambiável aqui.[0026] Embodiments of the description refer to systems and techniques for the generation and implementation of sub-micron pixels capable of low noise and high gain readout, high resolution and high color fidelity outputs, and an increased dynamic range using architectures vertically integrated, stacked three-dimensional (3D) pixels. As pixel size continues to decrease, the necessary components within the pixel to maintain the desired image capture qualities and characteristics (e.g., low noise, high gain, high resolution and color fidelity, etc.) reduce the amount of light available to the pixel's light sensing structure, e.g., the photodetector, photodiode, or similar structure or device. For example, as the pixel size decreases, there is less physical area in the pixel since components cannot be eliminated and the size of components can only be reduced to a certain point based on general manufacturing and technology constraints. Accordingly, additional architectures can be developed that maintain the number and size of components in each pixel while increasing the area with which the photodetector, photodiode, or similar structure or device can absorb light and generate a charge in response to the absorbed light. . The readout architecture, including an additional storage capacitor, can implement a signal readout scheme to enable extension of the entire well capability by amplifying the signal-to-noise ratio (SNR) and dynamic range. The associated readout architecture may be implemented, in various embodiments, with a four-transistor configuration and 4 shared CIS pixels, 8 shared pixels, 16 shared pixels, or other suitable pixel configurations. Pixel readout components including retuning transistors, amplification transistors, and a timing scheme and storage capacitor can cooperate to store charges accumulated from the photodetectors or photodiodes to perform multiple pixel readouts. The terms "pixel" and "photodiode", "photodetector", "photo gate", etc. can be used interchangeably here.

[0027] Em um exemplo, onde uma porta de transferência, circuito de temporização e transistor de reajuste são todos ativados, um fotodiodo e um nó de difusão flutuante podem ser reajustados. Adicionalmente, a integração de carga no capacitor de armazenamento pode ocorrer quando a porta de transferência, circuito de temporização e transistor de reajuste estão todos desligados, permitindo que o carregamento de fótons seja coletado em um fotodiodo. Depois disso a carga se acumula nos fotodiodos.[0027] In an example, where a transfer gate, timing circuit and reset transistor are all activated, a photodiode and a floating diffusion node can be reset. Additionally, charge integration into the storage capacitor can occur when the transfer gate, timing circuit, and reset transistor are all turned off, allowing the photon charge to be collected in a photodiode. After that the charge accumulates on the photodiodes.

[0028] Em algumas modalidades, o capacitor de armazenamento pode ser utilizado para integração de carga. O capacitor de armazenamento pode permitir que despejos (dump) menores do fotodiodo sejam armazenados no capacitor de armazenamento. De acordo, a carga no capacitor de armazenamento se torna maios à medida que mais despejos dos fotodiodos são combinados. Quando o circuito de temporização é ligado uma ou mais vezes em conjunto com a porta de transferência, a carga no fotodiodo pode ser despejada para o capacitor de armazenamento. De acordo, o capacitor de armazenamento pode manter as cargas de múltiplas leituras de um pixel ou grupo de pixels.[0028] In some embodiments, the storage capacitor can be used for charge integration. The storage capacitor can allow smaller dumps from the photodiode to be stored in the storage capacitor. Accordingly, the charge on the storage capacitor becomes larger as more dumps from the photodiodes are combined. When the timing circuit is turned on one or more times in conjunction with the transfer gate, the charge on the photodiode can be dumped to the storage capacitor. Accordingly, the storage capacitor can hold charges from multiple readings of a pixel or group of pixels.

[0029] Em alguns exemplos, a fonte principal de ruído dentro de um pixel CMOS é ruído kTC (ou reajustado) proveniente da reconfiguração do capacitor de armazenamento e/ou nó de difusão flutuante capacitivo através do canal resistivo do transistor de reajuste (algumas poucas dezenas de elétrons). Uma modalidade de um modo de leitura que pode ser implementada utilizando-se as modalidades da arquitetura descritas aqui pode incluir uma primeira leitura realizada imediatamente depois de uma reconfiguração ou antes de outra voltagem ser aplicada ao capacitor de armazenamento e/ou nó de difusão flutuante capacitivo. Essa primeira leitura pode armazenar o ruído kTC na memória como uma linha de base. Tal ruído kTC pode originar do ruído reajustado dos capacitores e pode ser desejável para melhorar a qualidade de imagem, para reduzir, eliminar ou de outra forma compensar o ruído kTC. De acordo, uma segunda leitura pode ser realizada depois da integração de carga no capacitor de armazenamento (por exemplo, incluindo múltiplos despejos de carga de pixel ou pixels, onde as cargas geradas por fótons integram) ligando- se o circuito seletor novamente. Devido à capacidade de armazenamento de carga adicional do capacitor de armazenamento e múltiplos despejos de carga de fotodiodo controlados pelo esquema de temporização, as duas leituras podem fornecer multiplicação da capacidade total de pixels proporcional ao número de despejos de carga. Visto que o ruído kTC foi armazenado na memória como uma linha base no primeiro quadro, esse método de leitura pode compensar o ruído kTC na segunda leitura. Pela realização das duas leituras, por exemplo, pela amostragem do capacitor de armazenamento ou nó de difusão flutuante depois do capacitor de armazenamento ou o nó de difusão flutuante ser reajustado, mas antes de a porta de transferência ser ligada e depois de a porta de transferência ser ligada, a amostragem dupla correlacionada com um tempo de amostragem curto pode ser realizada, eliminando, assim, o ruído kTC.[0029] In some examples, the primary source of noise within a CMOS pixel is kTC (or reset) noise arising from the reconfiguration of the storage capacitor and/or capacitive floating diffusion node through the resistive channel of the reset transistor (a few tens of electrons). An embodiment of a readout mode that can be implemented using embodiments of the architecture described herein can include a first readout taken immediately after a reconfiguration or before another voltage is applied to the storage capacitor and/or capacitive floating diffusion node. . This first reading can store the kTC noise in memory as a baseline. Such kTC noise may originate from readjusted capacitor noise and may be desirable to improve image quality, to reduce, eliminate or otherwise compensate for kTC noise. Accordingly, a second reading can be performed after charge integration on the storage capacitor (e.g., including multiple pixel or pixel charge dumps, where charges generated by photons integrate) by turning on the selector circuit again. Due to the additional charge storage capacity of the storage capacitor and multiple photodiode charge dumps controlled by the timing scheme, the two readings can provide multiplication of the total pixel capacity proportional to the number of charge dumps. Since the kTC noise was stored in memory as a baseline in the first frame, this reading method can compensate for the kTC noise in the second reading. By taking both readings, for example, sampling the storage capacitor or floating diffusion node after the storage capacitor or floating diffusion node is reset, but before the transfer port is turned on and after the transfer port be turned on, correlated double sampling with a short sampling time can be performed, thus eliminating kTC noise.

[0030] Outra modalidade de um modo de leitura que pode ser implementada utilizando-se as modalidades da arquitetura de extensão de capacidade total de well descrita aqui pode realizar múltiplas leituras e obter a diferença de carga entre dois despejos de carga de um fotodiodo. O quadro diferencial resultante pode ser livre de ruído kTC. Em algumas modalidades, as múltiplas leituras podem ser realizadas em um modo de baixa profundidade de bit para conservar energia se alta precisão não for exigida, por exemplo, por uma imagem de visualização prévia no viewfinder ou para ajustes de auto exposição. Em algumas modalidades, as múltiplas leituras podem ser realizadas no modo de profundidade normal de bit para informação de imagem mais precisa. Em algumas modalidades, por exemplo, a criação de imagem de faixa dinâmica alta (HDR), dois tempos de integração diferentes podem ser utilizados para os despejos de carga em duas leituras utilizadas para gerar o quadro diferencial.[0030] Another embodiment of a reading mode that can be implemented using the embodiments of the well full capacity extension architecture described here can perform multiple readings and obtain the charge difference between two charge dumps of a photodiode. The resulting differential frame can be free from kTC noise. In some embodiments, multiple readings may be performed in a low bit depth mode to conserve power if high accuracy is not required, for example, by a preview image in the viewfinder or for auto exposure adjustments. In some embodiments, multiple readings may be performed in normal bit depth mode for more accurate image information. In some embodiments, for example high dynamic range (HDR) imaging, two different integration times may be used for charge dumps in two readings used to generate the differential frame.

[0031] Um sistema de leitura de pixel pode ser utilizado para qualquer CMOS, CCD ou outro sensor de imagem. Em algumas modalidades, o sensor pode ser, por exemplo, um sensor de imagem 32 MP/30 fps possuindo pixels de aproximadamente 0,5 μm com capacidade de well total de aproximadamente 1000 -e. O sensor de imagem pode ser projetado para ter uma velocidade de leitura de 10b/240-fps. Algumas modalidades do sensor de imagem podem ser um desenho digitalmente integrado com uma velocidade de obturador de acúmulo de 8 quadros, por exemplo, implementando um obturador de rolamento intercalado sem qualquer necessidade de um quadro total. Em um exemplo, os dados podem ser enviados a partir de uma memória externa, por exemplo, DRAM, a velocidades de aproximadamente 12b/30-fps. Tal sensor de imagem pode resultar em uma capacidade de well total de pixel equivalente multiplicada por um fator de oito, por exemplo, alcançando uma capacidade total de well de aproximadamente 8000-e por pixel. Essas especificações de sensor de imagem representam apenas uma modalidade de um sensor de imagem utilizando o sistema de leitura de pixel, e outros sensores de imagem com especificações variáveis podem ser utilizados em outras modalidades.[0031] A pixel reading system can be used for any CMOS, CCD or other image sensor. In some embodiments, the sensor may be, for example, a 32 MP/30 fps image sensor having pixels of approximately 0.5 μm with a total well capacity of approximately 1000 -e. The image sensor can be designed to have a readout speed of 10b/240-fps. Some embodiments of the image sensor may be a digitally integrated design with an 8-frame rolling shutter speed, for example, implementing an interleaved rolling shutter without any need for a full frame. In one example, data may be sent from an external memory, e.g., DRAM, at speeds of approximately 12b/30-fps. Such an image sensor can result in an equivalent pixel total well capacity multiplied by a factor of eight, for example, achieving a total well capacity of approximately 8000-e per pixel. These image sensor specifications represent only one embodiment of an image sensor utilizing the pixel readout system, and other image sensors with varying specifications may be used in other embodiments.

[0032] Um arranjo de pixels pode incluir uma pluralidade de pixels disposta em um número predeterminado de linhas e colunas (por exemplo, M linhas e N colunas). Cada pixel pode representar um elemento de detecção de carga singular do arranjo de pixels. Cada um dentre a pluralidade de pixels pode incluir, cada um, um elemento fotossensível, por exemplo, uma foto porta, fotocondutor, fotodiodo ou outro fotodetector, se sobrepondo a um substrato para acúmulo de carga gerada por luz em uma parte subjacente do substrato. O arranjo de pixels pode, em algumas modalidades, incluir um ou mais filtros posicionados para filtrar a luz de entrada, por exemplo, um filtro de corte ou um filtro de cor. Por exemplo, o elemento fotossensível de um pixel CMOS pode ser um dentre um fotodiodo de junção p-n exaurido ou uma região de exaustão induzida por campo sob uma foto porta.[0032] A pixel array may include a plurality of pixels arranged in a predetermined number of rows and columns (e.g., M rows and N columns). Each pixel may represent a singular charge sensing element of the pixel array. Each of the plurality of pixels may each include a photosensitive element, e.g., a photogate, photoconductor, photodiode, or other photodetector, overlying a substrate for accumulating charge generated by light on an underlying portion of the substrate. The pixel array may, in some embodiments, include one or more filters positioned to filter incoming light, for example, a cutoff filter or a color filter. For example, the photosensitive element of a CMOS pixel may be one of an exhausted p-n junction photodiode or a field-induced exhaustion region beneath a photogate.

[0033] Um gerador de temporização pode fornecer sinais de temporização para ler valores representando a luz acumulada em cada um dos pixels do arranjo de pixels. Por exemplo, o gerador de temporização pode ser um acionador de coluna e linha. O gerador de temporização pode incluir lógica de controle para controlar as operações de reconfiguração, tempo de exposição, tempo de linha, e tempo de pixel para o arranjo de pixels e também pode fornecer sinais de temporização para um conversor analógico/digital (ADC). O conjunto de circuitos de leitura pode fornecer um conjunto de circuito para leitura de cada um dos pixels no conjunto de pixel. Por exemplo, o conjunto de circuitos pode incluir uma pluralidade de linhas de linha e coluna fornecidas para todo o conjunto. As linhas de coluna e linha do conjunto de circuito de leitura podem ser eletronicamente conectadas ao conjunto de circuitos de amostragem e retenção de coluna (S/H), conjunto de circuitos de pixel, e conjunto de circuitos de controle de linha que operam de acordo com a temporização fornecida pelo gerador de temporização. Em operação, os pixels de cada linha no arranjo de pixels podem ser ligados ao mesmo tempo por uma linha de seleção de linha e os pixels de cada coluna podem ser enviados seletivamente por uma linha de seleção de coluna.[0033] A timing generator can provide timing signals to read values representing the light accumulated in each of the pixels of the pixel array. For example, the timing generator can be a column and row trigger. The timing generator may include control logic to control the reset operations, exposure time, line time, and pixel timing for the pixel array and may also provide timing signals to an analog/digital converter (ADC). The reading circuitry may provide a circuitry for reading each of the pixels in the pixel assembly. For example, the circuitry may include a plurality of row and column lines provided for the entire assembly. The column and row lines of the read circuit assembly may be electronically connected to the column sample and hold (S/H) circuit assembly, pixel circuit assembly, and row control circuit assembly that operate in accordance with with the timing provided by the timing generator. In operation, the pixels of each row in the pixel array can be switched on at the same time by a row selection line, and the pixels of each column can be selectively output by a column selection line.

[0034] Cada pixel pode incluir um conjunto de circuitos para leitura de uma carga coletada em cada um dentre a pluralidade de pixels. Por exemplo, uma modalidade do arranjo de pixels é conectada a cada pixel e inclui um transistor de efeito de campo de saída formado no substrato e uma seção de transferência de carga formada no substrato adjacente ao pixel possuindo um nó de sensor, tipicamente um nó de difusão flutuante, conectado à porta de um transistor de saída. A seção de transferência de carga do conjunto de circuitos de pixel pode incluir pelo menos um componente eletrônico, por exemplo, um transistor, para transferir carga da parte subjacente do substrato para o nó de difusão flutuante e outro componente eletrônico, por exemplo, um transistor de reajuste para reconfigurar o nó para um nível de carga predeterminado antes da transferência de carga. A carga de luz pode ser amplificada quando move da região de acumulo de carga inicial para o nó de difusão flutuante, e a carga no nó de difusão flutuante pode ser convertida em uma voltagem de saída de pixel por um transistor de saída seguidor de fonte. Como discutido em maiores detalhes abaixo, o conjunto de circuitos de pixel pode incluir adicionalmente um capacitor de armazenamento ou outro dispositivo de armazenamento de carga eletrônico para armazenar múltiplos despejos de carga de um pixel ou pixels no domínio analógico. O capacitor de armazenamento pode ser posicionado além do nó de difusão flutuante no conjunto de circuitos de pixel (com relação à posição do pixel) em algumas modalidades, e pode ter uma capacitância maior do que a do nó de difusão flutuante. O capacitor de armazenamento pode estar no mesmo chip de sensor ou no chip de fundo de uma conexão de matriz de pilha com pixel para pixel em várias modalidades.[0034] Each pixel may include a set of circuits for reading a charge collected in each of the plurality of pixels. For example, one embodiment of the pixel array is connected to each pixel and includes an output field effect transistor formed on the substrate and a charge transfer section formed on the substrate adjacent to the pixel having a sensor node, typically a sensor node. floating diffusion, connected to the gate of an output transistor. The charge transfer section of the pixel circuitry may include at least one electronic component, e.g., a transistor, for transferring charge from the underlying portion of the substrate to the floating diffusion node and another electronic component, e.g., a transistor. reset to reconfigure the node to a predetermined load level prior to load transfer. The light charge can be amplified when it moves from the initial charge accumulation region to the floating diffusion node, and the charge at the floating diffusion node can be converted into a pixel output voltage by a source-follower output transistor. As discussed in greater detail below, the pixel circuitry may additionally include a storage capacitor or other electronic charge storage device for storing multiple charge dumps from a pixel or pixels in the analog domain. The storage capacitor may be positioned beyond the floating diffusion node in the pixel circuitry (with respect to the pixel position) in some embodiments, and may have a greater capacitance than that of the floating diffusion node. The storage capacitor may be on the same sensor chip or on the back chip of a pixel-to-pixel stack array connection in various embodiments.

[0035] Depois de passar através do conjunto de circuitos de pixel, os sinais de pixel podem ser passados através de um amplificador para aumentar a intensidade do sinal de pixel (por exemplo, a voltagem ou corrente). O gerador de temporização, o conjunto de pixel, o conjunto de circuitos de pixel, e o amplificador juntos podem realizar as funções de: (1) conversão de fóton em carga; (2) acúmulo de carga de imagem; (3) transferência de carga para o nó de difusão flutuante acompanhada por amplificação de carga; (4) reconfiguração do nó de difusão flutuante para um estado conhecido antes da transferência de carga para o mesmo; (5) seleção de um pixel para leitura; e (6) envio e amplificação de um sinal representando a carga de pixel. A arquitetura empilhada tridimensional (3D) ou de pixels compartilhados descrita aqui pode realizar essas funções enquanto reduz o tamanho do pixel e aumenta o número de pixels na mesma área, enquanto aumenta a velocidade, sensibilidade, resolução, faixa dinâmica, e fidelidade de cor do arranjo de pixels.[0035] After passing through the pixel circuitry, the pixel signals can be passed through an amplifier to increase the strength of the pixel signal (e.g., voltage or current). The timing generator, the pixel assembly, the pixel circuitry, and the amplifier together can perform the functions of: (1) converting photon to charge; (2) image charge accumulation; (3) charge transfer to the buoyant diffusion node accompanied by charge amplification; (4) reconfiguring the floating diffusion node to a known state before transferring charge to it; (5) selection of a pixel for reading; and (6) sending and amplifying a signal representing the pixel charge. The three-dimensional (3D) or shared-pixel stacked architecture described here can perform these functions while reducing pixel size and increasing the number of pixels in the same area, while increasing image speed, sensitivity, resolution, dynamic range, and color fidelity. pixel arrangement.

[0036] A figura 1A ilustra uma modalidade de uma arquitetura de pixels compartilhados 100 para uso como um pixel de um sistema de leitura de pixels, de acordo com uma modalidade ilustrativa. Algumas modalidades do sensor de imagem podem ser um sensor de imagem de estado sólido, por exemplo um sensor de imagem CMOS, que possui quatro pixels de 4 transistores (4T) compartilhando o arranjo de pixels e um layout compacto. A arquitetura de 4 pixels compartilhados 4T 100 pode ser utilizada como a arquitetura de pixel para pixels no arranjo de pixels, em algumas modalidades. A arquitetura de 4 pixels compartilhados 4T 100 inclui quatro pixels, e apesar de muitas arquiteturas de pixels compartilhados similares existirem e poderem ser dispostas no conjunto de uma forma similar, por motivos de simplicidade apenas uma arquitetura de 4 pixels compartilhados 4T 100 é ilustrada em maiores detalhes.[0036] Figure 1A illustrates an embodiment of a shared pixel architecture 100 for use as a pixel of a pixel reading system, according to an illustrative embodiment. Some embodiments of the image sensor may be a solid-state image sensor, for example a CMOS image sensor, which has four 4-transistor (4T) pixels sharing the pixel arrangement and a compact layout. The 4T 100 shared pixel architecture may be used as the pixel architecture for pixels in the pixel array, in some embodiments. The 4 shared pixel architecture 4T 100 includes four pixels, and although many similar shared pixel architectures exist and can be arranged in the array in a similar manner, for simplicity only one 4 shared pixel architecture 4T 100 is illustrated in larger details.

[0037] A arquitetura de 4 pixels compartilhados 4T 100 inclui quatro circuitos de fotodiodo em paralelo. Os circuitos de fotodiodo compreendem fotodiodos PD1-PD4 e suas portas de transferência correspondentes TG1-TG4. Cada um dos circuitos de fotodiodo compreende também um circuito de temporização TS1-TS4 e um capacitor de armazenamento CS1-CS4 em série com os fotodiodos respectivos PD1-PD4 entre os fotodiodos PD1-PD4 e um nó de difuso flutuante. Os capacitores de armazenamento individuais CS1-CS4 para cada um dos fotodiodos PD1-PD4 pode ser utilizado para armazenar temporariamente a carga absorvida por cada um dos fotodiodos PD1-PD4 antes de a carga ser transferida para o nó de difusão flutuante. O sistema de leitura de pixel pode compreender um nó de difusão flutuante FD, transistor de reajuste RST, suprimento de voltagem VDD, amplificador seguidor de fonte SF_AMP, transistor de seletor SEL, nó de voltagem de saída Vcol e fonte de corrente Ibias. Esses elementos podem realizar funções similares às descritas acima. O compartilhamento do nó de difusão flutuante RD, o amplificador seguidor de fonte SF_AMP, o transistor de seleção de linha SEL, e o transistor de reajuste RST entre os fotodiodos adjacentes PD1-PD4 e portas de transferência TG1-TG4 auxilia no aumento do fator de abastecimento que é sensível à luz. O fator de abastecimento é aumentado devido ao compartilhamento de componentes entre múltiplas arquiteturas de pixel, reduz o número total de transistores, capacitores e outros componentes, acoplados a um número maior de pixels compartilhados na arquitetura de pixels compartilhados 100. Dessa forma, o compartilhamento de componentes entre uma pluralidade de pixels reduz a área do pixel cheia de transistores e outros componentes, e, dessa forma, aumenta a área de pixel que é sensível à luz. A arquitetura ilustrada 100 resulta em aproximadamente 2,0 transistores por pixel. Os componentes podem ser compartilhados por quatro fotodiodos separados e portas de transferência associadas. Em algumas modalidades, os componentes compartilhados podem ser compartilhados por oito fotodiodos separados ou 16 fotodiodos separados ou mais fotodiodos separados.[0037] The 4T 100 shared 4-pixel architecture includes four photodiode circuits in parallel. The photodiode circuits comprise photodiodes PD1-PD4 and their corresponding transfer ports TG1-TG4. Each of the photodiode circuits further comprises a timing circuit TS1-TS4 and a storage capacitor CS1-CS4 in series with respective photodiodes PD1-PD4 between photodiodes PD1-PD4 and a floating diffuse node. Individual storage capacitors CS1-CS4 for each of the photodiodes PD1-PD4 can be used to temporarily store the charge absorbed by each of the photodiodes PD1-PD4 before the charge is transferred to the floating diffusion node. The pixel readout system may comprise a floating diffusion node FD, reset transistor RST, voltage supply VDD, source follower amplifier SF_AMP, selector transistor SEL, output voltage node Vcol and current source Ibias. These elements can perform functions similar to those described above. Sharing the floating diffusion node RD, the source-following amplifier SF_AMP, the line selection transistor SEL, and the retuning transistor RST among the adjacent photodiodes PD1-PD4 and transfer gates TG1-TG4 assists in increasing the supply that is sensitive to light. The supply factor is increased due to the sharing of components between multiple pixel architectures, reduces the total number of transistors, capacitors and other components, coupled with a larger number of shared pixels in the 100 shared pixel architecture. components between a plurality of pixels reduces the pixel area filled with transistors and other components, and thus increases the pixel area that is sensitive to light. The illustrated architecture 100 results in approximately 2.0 transistors per pixel. Components can be shared across four separate photodiodes and associated transfer ports. In some embodiments, the shared components may be shared by eight separate photodiodes or 16 separate photodiodes or more separate photodiodes.

[0038] Em algumas modalidades, os fotodiodos PD1- PD4 podem incluir um fotodiodo utilizado para detectar um componente vermelho de luz de entrada, dois fotodiodos utilizados para detectar um componente verde da luz de entrada, e um fotodiodo utilizado para detectar um componente azul da luz de entrada. Apesar de não ilustrado nessa figura, a representação de cores descrita pode seguir o padrão de cores Bayer, onde uma arquitetura compartilhada compreende dois pixels verde em diagonal e um pixel vermelho em diagonal com um pixel azul em uma arquitetura de quatro pixels. Em algumas modalidades, o nó de difusão flutuante FD da figura 1A pode representar um ou mais nós de difusão flutuantes. Por exemplo, cada circuito de fotodiodo pode ter um nó de difusão flutuante individual (não ilustrado nessa figura). Em algumas modalidades, dois ou mais circuitos de fotodiodo podem compartilhar um ou mais nós de difusão flutuante (não ilustrados nessa figura). No entanto, como apresentado aqui, os um ou mais nós de difusão flutuantes podem ser combinados em um único nó de difusão flutuante FD nas figuras por motivos de simplicidade de esquema.[0038] In some embodiments, the PD1-PD4 photodiodes may include a photodiode used to detect a red component of input light, two photodiodes used to detect a green component of the input light, and a photodiode used to detect a blue component of the input light. entrance light. Although not illustrated in this figure, the color representation described may follow the Bayer color standard, where a shared architecture comprises two green pixels diagonally and a red pixel diagonally with a blue pixel in a four-pixel architecture. In some embodiments, the floating diffusion node FD of Figure 1A may represent one or more floating diffusion nodes. For example, each photodiode circuit may have an individual floating diffusion node (not illustrated in this figure). In some embodiments, two or more photodiode circuits may share one or more floating diffusion nodes (not illustrated in this figure). However, as shown here, the one or more floating diffusion nodes can be combined into a single floating diffusion node FD in the figures for reasons of schematic simplicity.

[0039] A carga pode ser coletada por cada um dos fotodiodos PD1-PD4 desde que as portas de transferência correspondentes TG1-TG4 estejam desligadas. Uma vez que as cargas se acumularam nos fotodiodos PD1-PD4, as cargas acumuladas em cada um dos fotodiodos PD1-PD4 podem ser temporariamente transferidas para os capacitores de armazenamento respectivos CS1-CS4. Por exemplo, a carga que acumula no fotodiodo PD1 quando a porta de transferência TG1 está fechada e o fotodiodo é exposto à luz da cor especificada, pode ser transferida para o capacitor de armazenamento CS1 quando a porta de transferência TG1 é aberta. Uma vez que as cargas são localizadas nos capacitores de armazenamento CS1-CS4, as portas de transferência TG1-TG4 podem ser fechadas. Em algumas modalidades, os capacitores de armazenamento CS1-CS4 podem ter maiores capacidades de carga do que os fotodiodos PD1-PD4, e os capacitores de armazenamento CS1-CS4 podem receber múltiplos despejos de carga de seus respectivos fotodiodos PD1-PD4 antes de as cargas nos capacitores de armazenamento CS1-CS4 serem transferidas para o nó de difusão flutuante FD. As cargas podem ser adicionalmente transferidas para o nó de difusão flutuante FD quando os circuitos de temporização respectivos TS1-TS4 são ativados enquanto as portas de transferência TG1-TG4 estão fechadas. Em algumas modalidades, ambas as portas de transferência TG1-TG4 e os circuitos de temporização TS1-TS4 podem ser abertos ao mesmo tempo, permitindo, assim, que ambas as cargas acumuladas nos fotodiodos PD1-PD4 e as cargas nos capacitores de armazenamento CS1-CS4 para acumular no nó de difusão flutuante FD. Os capacitores de armazenamento individuais CS1-CS4 e circuitos de temporização TS1-TS4 permitem que as cargas dos fotodiodos correspondentes PD1-PD4 sejam transferidas para o nó de difusão flutuante FD individualmente.[0039] Charge can be collected by each of the photodiodes PD1-PD4 as long as the corresponding transfer ports TG1-TG4 are turned off. Once the charges have accumulated on the photodiodes PD1-PD4, the charges accumulated on each of the photodiodes PD1-PD4 can be temporarily transferred to the respective storage capacitors CS1-CS4. For example, the charge that accumulates in the photodiode PD1 when the transfer gate TG1 is closed and the photodiode is exposed to light of the specified color, can be transferred to the storage capacitor CS1 when the transfer gate TG1 is opened. Once the charges are located on the CS1-CS4 storage capacitors, the TG1-TG4 transfer ports can be closed. In some embodiments, the CS1-CS4 storage capacitors may have greater charge capacities than the PD1-PD4 photodiodes, and the CS1-CS4 storage capacitors may receive multiple charge dumps from their respective PD1-PD4 photodiodes before the charges in the storage capacitors CS1-CS4 be transferred to the floating diffusion node FD. Charges can be additionally transferred to the floating diffusion node FD when respective timing circuits TS1-TS4 are activated while transfer ports TG1-TG4 are closed. In some embodiments, both transfer ports TG1-TG4 and timing circuits TS1-TS4 can be opened at the same time, thereby allowing both the charges accumulated in the photodiodes PD1-PD4 and the charges in the storage capacitors CS1- CS4 to accumulate at floating diffusion node FD. The individual storage capacitors CS1-CS4 and timing circuits TS1-TS4 allow the charges from the corresponding photodiodes PD1-PD4 to be transferred to the floating diffusion node FD individually.

[0040] O armazenamento intermediário da carga nos capacitores de armazenamento CS1-CS4 entre os fotodiodos PD1-PD4 e o nó de difusão flutuante FD podem ser úteis no discernimento das contribuições de carga de fotodiodos individuais PD1-PD4. Sem os capacitores de armazenamento individuais CS1-CS4, em algumas modalidades, um único capacitor de armazenamento compartilhado ou nó de difuso flutuante FD pode ter dificuldades em suportar as múltiplas transferências de carga de múltiplos fotodiodos PD1-PD4 sem perder o sinal e criando artefatos. Quando a carga é transferida diretamente dos fotodiodos PD1-PD4 para o nó de difusão flutuante FD depois do tempo de carga/integração, o nó de difusão flutuante FD, que pode compreender um capacitor parasítico dentro do wafer de silício dos fotodiodos PD1- PD4, podem não reter suficientemente a carga para estender a faixa dinâmica de um sensor com pixels pequenos. De acordo, a carga dos fotodiodos PD1-PD4 pode ser despejada várias vezes em seus capacitores de armazenamento respectivos CS1- CS4 antes de as cargas de cada um dos capacitores de armazenamento CS1-CS4 serem lidas individualmente através do nó de difusão flutuante FD para o conjunto de circuitos de leitura descrito acima. Os capacitores de armazenamento CS1- CS4, como descritos acima, podem ser configurados com uma capacitância efetiva grande o suficiente para armazenar múltiplos despejos de carga de seus fotodiodos respectivos PD1-PD4, por exemplo, oito ou mais despejos de carga. Em algumas modalidades, a capacidade total de well de um pixel pode ser multiplicada efetivamente no domínio analógico pelo número de despejos de carga armazenados nos capacitores de armazenamento CS1-CS4. Em algumas modalidades, os capacitores de armazenamento CS1-CS4 e os circuitos de temporização TS1-TS4 são formados na mesma camada que os fotodiodos PD1-PD4 na arquitetura de pixels compartilhados 100. Em algumas modalidades, os capacitores de armazenamento CS1-CS4 e os circuitos de temporização TS1-TS4 podem ser formados na segunda camada, juntamente com os componentes restantes do conjunto de circuitos de leitura.[0040] Intermediate charge storage in storage capacitors CS1-CS4 between photodiodes PD1-PD4 and the floating diffusion node FD may be useful in discerning charge contributions from individual photodiodes PD1-PD4. Without the individual storage capacitors CS1-CS4, in some embodiments, a single shared storage capacitor or floating diffuse node FD may have difficulty supporting the multiple charge transfers from multiple photodiodes PD1-PD4 without losing signal and creating artifacts. When the charge is transferred directly from the PD1-PD4 photodiodes to the FD floating diffusion node after the charge/integration time, the FD floating diffusion node, which may comprise a parasitic capacitor within the silicon wafer of the PD1-PD4 photodiodes, may not retain enough charge to extend the dynamic range of a sensor with small pixels. Accordingly, the charge from photodiodes PD1-PD4 can be dumped several times onto their respective storage capacitors CS1-CS4 before the charges from each of the storage capacitors CS1-CS4 are read individually through the floating diffusion node FD to the set of reading circuits described above. Storage capacitors CS1-CS4, as described above, can be configured with an effective capacitance large enough to store multiple charge dumps from their respective photodiodes PD1-PD4, for example, eight or more charge dumps. In some embodiments, the total well capacity of a pixel can be effectively multiplied in the analog domain by the number of charge dumps stored in storage capacitors CS1-CS4. In some embodiments, the storage capacitors CS1-CS4 and the timing circuits TS1-TS4 are formed in the same layer as the photodiodes PD1-PD4 in the shared pixel architecture 100. In some embodiments, the storage capacitors CS1-CS4 and the Timing circuits TS1-TS4 can be formed in the second layer together with the remaining components of the readout circuitry.

[0041] Em um exemplo, onde uma ou mais das portas de transferência TG1-TG4, circuitos de temporização TS1-TS4, e transistor de reajuste RST estão todos ligados, o fotodiodo correspondente dentre os um ou mais fotodiodos PD1-PD4, os um ou mais capacitores de armazenamento CS1-CS4, e o nó de difusão flutuante FD podem ser reajustados, dependendo de qual TG1-TG4 e TS1-TS4 estão ativados. Em algumas modalidades, os fotodiodos PD1-PD4 e os capacitores de armazenamento CS1-CS4 podem, cada um, ser reajustados antes de serem expostos à fonte de luz. A integração de carga nos fotodiodos PD1-PD4 pode ocorrer quando as portas de transferência respectivas TG1-TG4 estão desligadas, permitindo que a carga de fótons seja coletada no fotodiodo correspondente PD1-PD4. A integração de carga nos capacitores de armazenamento CS1-CS4 pode ocorrer quando os circuitos de temporização respectivos TS1-TS4 estão desligados e as portas de transferência respectivas TG1-TG4 estão abertas para permitir que a carga dos fotodiodos PD1- PD4 se acumule nos capacitores de armazenamento CS1-CS4.[0041] In an example, where one or more of the transfer ports TG1-TG4, timing circuits TS1-TS4, and reset transistor RST are all turned on, the corresponding photodiode of the one or more photodiodes PD1-PD4, the one or more storage capacitors CS1-CS4, and the floating diffusion node FD can be reset depending on which TG1-TG4 and TS1-TS4 are activated. In some embodiments, the photodiodes PD1-PD4 and the storage capacitors CS1-CS4 may each be readjusted before being exposed to the light source. Charge integration into photodiodes PD1-PD4 can occur when the respective transfer ports TG1-TG4 are turned off, allowing photon charge to be collected on the corresponding photodiode PD1-PD4. Charge integration on storage capacitors CS1-CS4 can occur when respective timing circuits TS1-TS4 are off and respective transfer ports TG1-TG4 are open to allow charge from photodiodes PD1-PD4 to accumulate on the storage capacitors. CS1-CS4 storage.

[0042] Em algumas modalidades, a integração de carga nos fotodiodos PD1-PD4 pode ocorrer quando as portas de transferência respectivas TG1-TG4, os circuitos de temporização TS1-TS4, e o transistor de reajuste RST estão todos desligados, permitindo que a carga de fótons seja coletada no fotodiodo correspondente PD1-PD4. Pela ligação seletiva da porta de transferência TG1-TG4, a carga no fotodiodo correspondente PD1-PD4 (por exemplo, um ou mais fotodiodos PD1-PD4 possuindo uma porta de transferência associada ligada) é transferida para o nó de difusão flutuante FD através dos capacitores de armazenamento CS1- CS4 e os circuitos de temporização TS1-TS4. Em algumas modalidades, uma ou mais portas de transferência TG1-TG4 e os circuitos de temporização TS1-TS4 podem ser ligados simultaneamente para transferir carga diretamente dos fotodiodos associados PD1-PD4 diretamente para o nó de difusão flutuante FD sem armazenar a mesma nos capacitores de armazenamento CS1-CS4. Quando uma linha ou coluna de fotodiodos PD1-PD4 é selecionada para ser lida pela ativação do transistor SEL, a carga armazenada no nó de difusão flutuante FD é convertida em uma voltagem através do amplificador SF_AMP. Essa voltagem de leitura pode ser transferida para a saída Vcol. Em algumas modalidades, a carga armazenada em um dos capacitores de armazenamento CS1- S4 pode ser convertida em uma voltagem através do amplificador SF_AMP quando os circuitos de temporização respectivos TS1-TS4 são ligados, e essa voltagem de leitura pode ser transferida na saída Vcol. Em algumas modalidades, se desejável, a carga armazenada em um dos fotodiodos PD1- PD4 pode ser convertida em uma voltagem através do amplificador SF_AMP quando as portas de transferência respectivas TG1-TG4 e os circuitos de temporização TS1-TS4 são ligados.[0042] In some embodiments, charge integration on photodiodes PD1-PD4 may occur when the respective transfer ports TG1-TG4, the timing circuits TS1-TS4, and the reset transistor RST are all turned off, allowing the charge of photons is collected in the corresponding photodiode PD1-PD4. By selectively connecting the transfer port TG1-TG4, the charge on the corresponding photodiode PD1-PD4 (e.g., one or more photodiodes PD1-PD4 having an associated transfer port turned on) is transferred to the floating diffusion node FD through the capacitors storage circuits CS1-CS4 and timing circuits TS1-TS4. In some embodiments, one or more transfer ports TG1-TG4 and timing circuits TS1-TS4 may be connected simultaneously to transfer charge directly from the associated photodiodes PD1-PD4 directly to the floating diffusion node FD without storing the same in the charge capacitors. CS1-CS4 storage. When a row or column of photodiodes PD1-PD4 is selected to be read by activating the SEL transistor, the charge stored in the floating diffusion node FD is converted to a voltage through the SF_AMP amplifier. This reading voltage can be transferred to the Vcol output. In some embodiments, the charge stored in one of the storage capacitors CS1-S4 can be converted to a voltage through the amplifier SF_AMP when the respective timing circuits TS1-TS4 are turned on, and this readout voltage can be transferred at the Vcol output. In some embodiments, if desired, the charge stored in one of the photodiodes PD1-PD4 can be converted to a voltage through the amplifier SF_AMP when the respective transfer ports TG1-TG4 and the timing circuits TS1-TS4 are turned on.

[0043] Em algumas modalidades, os circuitos de temporização TS1-TS4 podem incluir uma lógica de alta velocidade para regular o número de despejos de carga enviados a partir dos fotodiodos PD1-PD4 para os capacitores de armazenamento CS1-CS4 e para determinar quando abrir para permitir que a carga nos capacitores de armazenamento respectivos CS1-CS4 seja lida através do nó de difusão flutuante. Em algumas modalidades, apenas um capacitor de armazenamento dos capacitores de armazenamento CS1-CS4 pode ser lido pelo conjunto de circuitos de leitura de cada vez. Dessa forma, os circuitos de temporização TS1-TS4 podem ser coordenados de modo que dois não sejam abertos juntos. Pelo acúmulo de múltiplos despejos de carga dos fotodiodos PD1- PD4 no domínio analógico, a energia do dispositivo pode ser economizada em comparação com o acúmulo de múltiplos despejos de carga dos fotodiodos PD1-PD4 no domínio digital. A leitura sequencial dos fotodiodos PD1-PD4 utilizando os circuitos de temporização TS1-TS4 e o conjunto de circuitos de leitura pode controlar a leitura dos fotodiodos PD1-PD4 para aumentar a resolução em comparação com a digitalização paralela. Devido à lógica de alta velocidade dos circuitos de temporização TS1-TS4, altas taxas de quadro de vídeo (por exemplo, 30 fps com resolução total de 8 MP) ainda podem ser alcançadas enquanto se amostra cada fotodiodo PD1-PD4 no conjunto de pixel múltiplas vezes no domínio analógico, por exemplo, oito leituras por pixel por quadro. Em algumas modalidades, o esquema de temporização pode ser um transistor com uma largura de linha de aproximadamente 20 nm.[0043] In some embodiments, timing circuits TS1-TS4 may include high-speed logic to regulate the number of charge dumps sent from photodiodes PD1-PD4 to storage capacitors CS1-CS4 and to determine when to open to allow the charge on the respective storage capacitors CS1-CS4 to be read through the floating diffusion node. In some embodiments, only one storage capacitor of the CS1-CS4 storage capacitors can be read by the read circuitry at a time. In this way, timing circuits TS1-TS4 can be coordinated so that no two are opened together. By accumulating multiple charge dumps of PD1-PD4 photodiodes in the analog domain, device power can be saved compared to accumulating multiple charge dumps of PD1-PD4 photodiodes in the digital domain. Sequential reading of PD1-PD4 photodiodes using TS1-TS4 timing circuits and readout circuitry can control the reading of PD1-PD4 photodiodes to increase resolution compared to parallel scanning. Due to the high-speed logic of the TS1-TS4 timing circuits, high video frame rates (e.g., 30 fps at 8 MP full resolution) can still be achieved while sampling each PD1-PD4 photodiode in the multiple pixel array. times in the analog domain, for example eight readings per pixel per frame. In some embodiments, the timing scheme may be a transistor with a line width of approximately 20 nm.

[0044] A figura 1B ilustra uma modalidade de uma arquitetura entrelaçada de quatro transistores e 4 pixels compartilhados, geralmente designada como uma primeira arquitetura 105, de acordo com uma modalidade ilustrativa. Como ilustrado na figura 1B, existem quatro fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3 (ou estruturas ou dispositivos similares), com um par de fotodiodos para uma primeira cor, por exemplo, vermelho (PDR1 e PDR2) e um segundo par de fotodiodos para uma segunda cor, por exemplo, verde (PDG1 e PDG3). Esses fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3 podem corresponder aos fotodiodos PD1-PD4 como referido na figura 1A. Como descrito acima, cada um dos fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3 possui uma porta de transferência dedicada TG1-TG4 para controlar o tempo de integração das cargas em cada um dos fotodiodos respectivos PDR1, PDR2, PDG1, PDG3. Dessa forma, a porta de transferência TG1 controla a integração e a transferência de carga no fotodiodo PDR1, enquanto a porta de transferência TG2 controla a integração e transferência de carga no fotodiodo PDR2. De forma similar, as portas de transferência TG3 e TG4 da figura 1B controlam a integração e transferência de carga nos fotodiodos PDG1 e PDG3, respectivamente. Como discutido acima, os três transistores ilustrados entre os pares de fotodiodos PDR1-PDR2 e PDG1-PDG3 são compartilhados entre os quatro fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3. O transistor no topo dessa coluna de transistores é o transistor de amplificação SF_AMP, o transistor intermediário é o transistor de seleção SEL, e o transistor inferior é o transistor de reajuste RST. Dois nós de difusão flutuantes FD1 e FD2 são ilustrados, FD1 sendo localizado entre os fotodiodos PDR1 e PDG1 e o transistor de amplificação SF_AMP e FD2 sendo localizado entre os fotodiodos PDR2 e PDG3 e o transistor de amplificação SF_AMP. Em algumas modalidades, os dois nós de difusão flutuantes FD1 e FD2 podem ser combinados em um único nó de difusão flutuante ou dividido em nós de difusão flutuante adicionais. Não ilustrado no conjunto de circuitos de pixel compartilhado é o conjunto de circuitos de temporização TS e o capacitor de armazenamento CS, apesar de em algumas modalidades, esses dois componentes poderem ser incluídos no conjunto de circuitos de pixel compartilhado.[0044] Figure 1B illustrates an embodiment of an interleaved architecture of four transistors and 4 shared pixels, generally designated as a first architecture 105, according to an illustrative embodiment. As illustrated in Figure 1B, there are four photodiodes PDR1, PDR2, PDG1, and PDG3 (or similar structures or devices), with a pair of photodiodes for a first color, e.g., red (PDR1 and PDR2), and a second pair of photodiodes for a second color, for example, green (PDG1 and PDG3). These photodiodes PDR1, PDR2, PDG1 and PDG3 can correspond to the photodiodes PD1-PD4 as referred to in figure 1A. As described above, each of the photodiodes PDR1, PDR2, PDG1 and PDG3 has a dedicated transfer port TG1-TG4 to control the integration time of the charges in each of the respective photodiodes PDR1, PDR2, PDG1, PDG3. Thus, the TG1 transfer port controls charge integration and transfer in the PDR1 photodiode, while the TG2 transfer port controls the charge integration and transfer in the PDR2 photodiode. Similarly, the TG3 and TG4 transfer ports in Figure 1B control the integration and charge transfer in the PDG1 and PDG3 photodiodes, respectively. As discussed above, the three transistors illustrated between the PDR1-PDR2 and PDG1-PDG3 photodiode pairs are shared between the four photodiodes PDR1, PDR2, PDG1 and PDG3. The transistor at the top of this column of transistors is the SF_AMP amplification transistor, the middle transistor is the SEL selection transistor, and the bottom transistor is the RST reset transistor. Two floating diffusion nodes FD1 and FD2 are illustrated, FD1 being located between photodiodes PDR1 and PDG1 and the amplification transistor SF_AMP and FD2 being located between photodiodes PDR2 and PDG3 and the amplification transistor SF_AMP. In some embodiments, the two floating broadcast nodes FD1 and FD2 may be combined into a single floating broadcast node or divided into additional floating broadcast nodes. Not illustrated in the shared pixel circuitry is the timing circuitry TS and the storage capacitor CS, although in some embodiments, these two components may be included in the shared pixel circuitry.

[0045] Os fotodiodos PDR1 e PDR2 são os dois fotodiodos na coluna mais à esquerda do esquema da figura 1B. Os fotodiodos PDR1 e PDR2 são configurados para perceber a luz vermelha. Dessa forma, quando a luz vermelha é percebida, os fotodiodos PDR1 e PDR2 geram, cada um, uma carga em resposta à quantidade de luz vermelha percebida durante um período de tempo. De forma similar, os fotodiodos PDG1 e PDG3 são dois fotodiodos na coluna mais à direita e são, cada um, configurados para perceber a luz verde, cada um gerando uma carga quando a luz verde é percebida. A coluna central compreende os transistores compartilhados SF_AMP, SEL e RST e os pontos de difusão flutuantes compartilhados FD1 e FD2. SF_AMP, como descrito acima, pode ser configurado para converter a entrada de carga de um dos fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3 em sinais de voltagem correspondentes a serem enviados durante uma sequência de leitura. O transistor de seleção SEL pode ser configurado para selecionar uma única linha do arranjo de pixels a ser lida (ou enviada), como descrito acima e pode permitir que o transistor de amplificação SF_AMP converta uma carga em uma voltagem quando uma determinada linha ou coluna é selecionada. Finalmente, o transistor de reajuste RST pode ser configurado para liberar (ou configurar para um ponto de referência) a carga de cada um dos fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3 e os nós de difusão flutuantes FD1 e FD2. Para reconfigurar os fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3, o transistor de reajuste RST pode precisar ser ligado em conjunto com as portas de transferência TG1, TG2, TG3 e TG3, respectivamente.[0045] Photodiodes PDR1 and PDR2 are the two photodiodes in the leftmost column of the schematic in Figure 1B. Photodiodes PDR1 and PDR2 are configured to perceive red light. Thus, when red light is perceived, photodiodes PDR1 and PDR2 each generate a charge in response to the amount of red light perceived over a period of time. Similarly, photodiodes PDG1 and PDG3 are two photodiodes in the rightmost column and are each configured to perceive green light, each generating a charge when green light is perceived. The central column comprises the shared transistors SF_AMP, SEL and RST and the shared floating diffusion points FD1 and FD2. SF_AMP, as described above, can be configured to convert the load input of one of the photodiodes PDR1, PDR2, PDG1 and PDG3 into corresponding voltage signals to be output during a readout sequence. The SEL selection transistor may be configured to select a single row of the pixel array to be read (or sent) as described above and may allow the SF_AMP amplification transistor to convert a charge to a voltage when a particular row or column is selected. Finally, the reset transistor RST can be configured to release (or set to a reference point) the charge of each of the photodiodes PDR1, PDR2, PDG1, and PDG3 and the floating diffusion nodes FD1 and FD2. To reset photodiodes PDR1, PDR2, PDG1, and PDG3, the reset transistor RST may need to be switched on in conjunction with transfer ports TG1, TG2, TG3, and TG3, respectively.

[0046] A figura 1C ilustra uma modalidade de duas arquiteturas de quatro transistores e 4 pixels compartilhados da figura 1B em um conjunto de arquitetura de pixel entrelaçada, de acordo com uma modalidade ilustrativa. Uma primeira arquitetura de 4 transistores e 4 pixels compartilhados pode corresponder à primeira arquitetura 104 a partir da figura 1B. Uma segunda arquitetura de quatro transistores e 4 pixels compartilhados pode ser apresentada como uma segunda arquitetura 110. Como descrito acima com relação à figura 1B, a primeira arquitetura de quatro transistores e quatro pixels compartilhados 105 à esquerda compreende fotodiodos PDR1, PDR2, PDG1 e PDG3 juntamente com transistores SF_AMP, SEL e RST e nós de difusão flutuantes FD1 e FD2. De forma similar, a segunda arquitetura de 4 transistores e 4 pixels compartilhados 110 à direita compreende fotodiodos PDB1, PDB2, PDG2 e PDG4 juntamente com os transistores SF_AMP1, SEL1 e RST1 e os nós de difusão flutuantes FD3 e FD4. Os componentes da segunda arquitetura de 4 transistores e 4 pixels compartilhados 110 funcionam da mesma forma que os componentes descritos acima com relação às figuras 1A e 1B, com fotodiodos PDB1 e PDB2 sendo configurados para gerar uma corrente em resposta à luz azul percebida. PDG2 e PDG4 da segunda arquitetura de quatro transistores e 4 pixels compartilhados gera sinais de corrente em resposta à exposição à luz verde em adição aos gerados por PDG1 e PDG3. O nó de difusão flutuante FD3 pode ser localizado entre os fotodiodos PDB1 e PDG1 e o transistor de amplificação SF_AMP1 e FD4 pode ser localizado entre os fotodiodos PDB2 e PDG4 e o transistor de amplificação SF_AMP1.[0046] Figure 1C illustrates an embodiment of two shared four-transistor and 4-pixel architectures from Figure 1B in an interlaced pixel architecture set, according to an illustrative embodiment. A first architecture of 4 transistors and 4 shared pixels may correspond to the first architecture 104 from Figure 1B. A second four-transistor, four-shared-pixel architecture may be presented as a second architecture 110. As described above with respect to Figure 1B, the first four-transistor, four-shared-pixel architecture 105 on the left comprises photodiodes PDR1, PDR2, PDG1, and PDG3. along with SF_AMP, SEL and RST transistors and floating diffusion nodes FD1 and FD2. Similarly, the second shared 4-transistor, 4-pixel architecture 110 on the right comprises photodiodes PDB1, PDB2, PDG2, and PDG4 along with transistors SF_AMP1, SEL1, and RST1 and floating diffusion nodes FD3 and FD4. The components of the second shared 4-transistor, 4-pixel architecture 110 function in the same way as the components described above with respect to Figures 1A and 1B, with photodiodes PDB1 and PDB2 being configured to generate a current in response to perceived blue light. PDG2 and PDG4 of the second shared four-transistor, four-pixel architecture generate current signals in response to exposure to green light in addition to those generated by PDG1 and PDG3. The floating diffusion node FD3 can be located between the photodiodes PDB1 and PDG1 and the amplification transistor SF_AMP1 and FD4 can be located between the photodiodes PDB2 and PDG4 and the amplification transistor SF_AMP1.

[0047] A combinação das duas arquiteturas de 4 transistores e 4 pixels compartilhados 105, 110 pode fornecer uma representação de cores seguindo o padrão de cores Bayer, onde cada unidade cheia compreende dois pixels verdes (por exemplo, um pixel ímpar verde e um pixel par verde) em diagonal emparelhados com o pixel azul e o pixel vermelho na diagonal. De acordo, em algumas modalidades, PDG1 e PDG3 podem ser referidos como fotodiodos ímpares verde enquanto PDG2 e PDG4 podem ser referidos como fotodiodos par verde. Em algumas modalidades, outros padrões coloridos podem ser utilizados em um conjunto entrelaçado; a seleção entre os vários padrões coloridos pode depender de pelo menos uma aplicação do arranjo de pixels.[0047] The combination of the two architectures of 4 transistors and 4 shared pixels 105, 110 can provide a color representation following the Bayer color standard, where each full unit comprises two green pixels (e.g., a green odd pixel and a green odd pixel green pair) diagonally paired with the blue pixel and the red pixel diagonally. Accordingly, in some embodiments, PDG1 and PDG3 may be referred to as green odd photodiodes while PDG2 and PDG4 may be referred to as green even photodiodes. In some embodiments, other colored patterns may be used in an interlaced set; selection among various colored patterns may depend on at least one application of the pixel array.

[0048] Os componentes compartilhados na coluna central da segunda arquitetura 110 compreendem os transistores SF_AMP1, SEL1 e RST1 e os pontos de difusão flutuantes FD3 e FD4. SF_AMP1, como descrito acima, pode ser configurado para converter a entrada de carga de um dos fotodiodos PDB1, PDB2, PDG2 e PDG4 em sinais de voltagem correspondentes a serem lidos. O transistor de seleção SEL2 pode ser configurado para selecionar uma única linha do conjunto de pixel da segunda arquitetura 110 a ser lida (ou enviada), como descrito acima. Finalmente, o transistor de reajuste RST1 pode ser configurado para liberar a carga de cada um dos fotodiodos PDB1, PDB2, PDG2 e PDG4 e nós de difusão flutuantes FD3 e FD4. Para liberar a carga de cada um dos fotodiodos PDB1, PDB2, PDG2 e PDG4, as portas de transferência respetivas TG1_1, TG2_1, TG3_1 e TG4_1 podem ser ativadas em conjunto com o transistor de reajuste RST1.[0048] The shared components in the central column of the second architecture 110 comprise the transistors SF_AMP1, SEL1 and RST1 and the floating diffusion points FD3 and FD4. SF_AMP1, as described above, can be configured to convert the load input of one of the photodiodes PDB1, PDB2, PDG2 and PDG4 into corresponding voltage signals to be read. The selection transistor SEL2 may be configured to select a single row from the pixel array of the second architecture 110 to be read (or sent), as described above. Finally, the reset transistor RST1 can be configured to release the charge from each of the photodiodes PDB1, PDB2, PDG2, and PDG4 and floating diffusion nodes FD3 and FD4. To release the charge from each of the photodiodes PDB1, PDB2, PDG2 and PDG4, the respective transfer ports TG1_1, TG2_1, TG3_1 and TG4_1 can be activated together with the reset transistor RST1.

[0049] A figura 2 apresenta as arquiteturas de quatro transistores e quatro pixels compartilhados 105 e 110 das figuras 1B e 1C em um conjunto de arquitetura de pixel entrelaçado designado conjunto entrelaçado 200, de acordo com uma modalidade ilustrativa. A figura 2 pode apresentar como as arquiteturas entrelaçadas 105 e 110 das figuras 1B e 1C podem alinhar fisicamente. Por exemplo, as arquiteturas de quatro transistores e quatro pixels compartilhados 105 d 110 da figura 1C são ilustradas formando o conjunto entrelaçado 200 de seis arquiteturas de quatro transistores e 4 pixels compartilhados (três de cada de ambos 105 e 110). Por exemplo, a primeira linha de arquiteturas de 4 pixels compartilhados pode ser a arquitetura de pixel 105, enquanto a segunda linha de arquiteturas de quatro pixels compartilhados pode ser a arquitetura de pixel 110. Apesar de não individualmente rotuladas como tal nessa figura, cada uma das seis arquiteturas de quatro transistores e 4 pixels compartilhados compreende os componentes descritos acima com relação às figuras 1B e 1C (por exemplo, cada uma compreendendo quatro fotodiodos (não rotulados individualmente nessa figura), quatro transistores de porta de transferência (não rotulados individualmente nessa figura)). Os transistores de porta de transferência e os transistores de reajuste e seleção de cada uma das arquiteturas de quatro transistores e quatro pixels compartilhados são adicionalmente acoplados aos barramentos indicados no lado esquerdo da figura 2. A modalidade ilustrada na figura 2 apresenta doze barramentos associados com seis sinais, cada um dos seis sinais sendo comunicado em dois barramentos separados.[0049] Figure 2 shows the architectures of four transistors and four shared pixels 105 and 110 of Figures 1B and 1C in an interlaced pixel architecture set designated interlaced set 200, according to an illustrative embodiment. Figure 2 can show how the interlaced architectures 105 and 110 of Figures 1B and 1C can physically align. For example, the four-transistor, four-pixel shared architectures 105 and 110 of Figure 1C are illustrated forming the interlaced set 200 of six four-transistor, four-pixel shared architectures (three each of both 105 and 110). For example, the first row of shared 4-pixel architectures might be the 105 pixel architecture, while the second row of shared four-pixel architectures might be the 110 pixel architecture. Although not individually labeled as such in this figure, each of the six shared four-transistor, four-pixel architectures comprises the components described above with respect to Figures 1B and 1C (e.g., each comprising four photodiodes (not individually labeled in this figure), four transfer gate transistors (not individually labeled in this figure), figure)). The transfer gate transistors and the reset and selection transistors of each of the four-transistor, four-pixel shared architectures are additionally coupled to the buses indicated on the left side of Figure 2. The embodiment illustrated in Figure 2 features twelve buses associated with six signals, each of the six signals being communicated on two separate buses.

[0050] Os dois barramentos separados para cada sinal podem ser utilizados para comunicar com as arquiteturas de pixels compartilhados separadas devido à representação entrelaçada no conjunto, onde os fotodiodos e os transistores de arquiteturas de pixel adjacentes formando o conjunto entrelaçado 200 não são todos alinhados em uma unida direção horizontal. Por exemplo, os transistores para cada arquitetura de 4 pixels compartilhados 105 podem não ser uma linha única horizontalmente através do conjunto e, em vez disso, são separados em linhas alternadas de fotodiodos pares vermelhos e verdes PDRm e PDGn, onde m representa o número de fotodiodo PDX sendo apresentado e n representa o número de fotodiodo PDX sendo apresentado, respectivamente, e fotodiodos ímpares azul e verde PDBm e PDGn, respectivamente. Dessa forma, devido ao conjunto entrelaçado 200, os transistores TG1_m de duas arquiteturas de 4 pixels compartilhados adjacentes 105 e 110 podem não estar em uma única linha, mas, em vez disso, em duas linhas desviadas uma da outra. De acordo, dois barramentos são utilizados para comunicar o sinal TG_1 para todos os transistores TG1_m de uma linha determinada de arquiteturas de 4 pixels compartilhados adjacentes 105 e 110. De forma similar, dois barramentos são utilizados para comunicar os sinais TG_2, TG_3, TG_4, SEL e RES para todos os transistores respectivos de uma determinada "linha" de arquiteturas de 4 pixels compartilhados adjacentes, onde, como descrito acima, as arquiteturas de pixels compartilhados adjacentes 105 e 110 do conjunto entrelaçado 200 são desviadas uma da outra. Essa arquitetura de barramentos horizontais pode alternar através do conjunto verticalmente de modo que cada arquitetura de pixels compartilhados 105 e 110 do conjunto entrelaçado 200 pode conectar a cada um dos barramentos para transistores respectivos. De acordo, as portas de transferência das figuras 1B e 1C acima são acopladas às linhas de barramento TG_1 e TG_2 da figura 2, respectivamente. De forma similar, as portas de transferência das figuras 1B e 1C acima são acopladas às linhas de barramento TG_3 e TG_4 da figura 2, respectivamente. Os transistores de reajuste das arquiteturas de quatro transistores e 4 pixels compartilhados 105 e 110 da figura 2 são, cada uma, acopladas à linha de barramento de reconfiguração RST. De forma similar, os transistores de seleção das arquiteturas de 4 transistores e 4 pixels compartilhados 105 e 110 da figura 2 são, cada uma, acopladas à linha de barramento de seleção SEL.[0050] The two separate buses for each signal can be used to communicate with separate shared pixel architectures due to the interlaced representation in the array, where the photodiodes and transistors of adjacent pixel architectures forming the interlaced array 200 are not all aligned in a united horizontal direction. For example, the transistors for each shared 4-pixel architecture 105 may not be a single row horizontally across the array and are instead separated into alternating rows of PDRm and PDGn red and green paired photodiodes, where m represents the number of PDX photodiode being presented and n represents the number of PDX photodiode being presented, respectively, and blue and green odd photodiodes PDBm and PDGn, respectively. Thus, due to the interlaced assembly 200, the TG1_m transistors of two adjacent shared 4-pixel architectures 105 and 110 may not be in a single row, but instead in two rows offset from each other. Accordingly, two buses are used to communicate the TG_1 signal to all TG1_m transistors of a given row of adjacent shared 4-pixel architectures 105 and 110. Similarly, two buses are used to communicate the signals TG_2, TG_3, TG_4, SEL and RES for all respective transistors of a given "row" of 4 adjacent shared pixel architectures, where, as described above, the adjacent shared pixel architectures 105 and 110 of the interlaced set 200 are offset from each other. This horizontal bus architecture can switch across the array vertically so that each shared pixel architecture 105 and 110 of the interlaced array 200 can connect to each of the busses for respective transistors. Accordingly, the transfer ports of Figures 1B and 1C above are coupled to the TG_1 and TG_2 bus lines of Figure 2, respectively. Similarly, the transfer ports of Figures 1B and 1C above are coupled to the TG_3 and TG_4 bus lines of Figure 2, respectively. The reset transistors of the shared four-transistor, four-pixel architectures 105 and 110 of Figure 2 are each coupled to the RST reset bus line. Similarly, the selection transistors of the shared 4-transistor, 4-pixel architectures 105 and 110 of Figure 2 are each coupled to the SEL selection bus line.

[0051] Adicionalmente, os transistores de amplificação e os transistores de seleção são, cada um, adicionalmente acoplados a um dos canais verticais indicados no topo e fundo da figura 2. A figura 2 apresenta canais de leitura que leem uma voltagem correspondente à carga armazenada nos fotodiodos. Os canais de leitura alternam nas direções ascendente/descendente, onde cada um dos fotodiodos de uma determinar arquitetura de 4 transistores e 4 pixels compartilhados 105 e 110 é conectado ao canal de leitura 205, enquanto a arquitetura compartilhada 110 é acoplada ao canal de leitura 210. O canal de leitura 205 compreende pbus_y1 e pvh_y1, onde a voltagem de pbus_y1 é transferida para pvh_y1 através do transistor de seleção e do transistor de amplificação com base na carga dentro do fotodiodo sendo lida quando o transistor de seleção de linha está ativo e o transistor de porta de transferência está ativo para o fotodiodo em particular. Esses canais de leitura podem, cada um, ser acoplados aos transistores compartilhados de amplificação e seleção das arquiteturas de pixels compartilhados de modo que as cargas dos fotodiodos das arquiteturas de pixels compartilhados 105 e 110 através do conjunto entrelaçado 200 sejam enviados através dos canais de leitura 205 e 210. Dessa forma, cada par de canais de leitura pode ser configurado para enviar sinais de duas colunas das arquiteturas de pixels compartilhados 105 e 110 do conjunto entrelaçado 200.[0051] Additionally, the amplification transistors and the selection transistors are each additionally coupled to one of the vertical channels indicated at the top and bottom of figure 2. Figure 2 shows reading channels that read a voltage corresponding to the stored charge in the photodiodes. The readout channels alternate in ascending/descending directions, where each of the photodiodes of a shared 4-transistor, 4-pixel architecture 105 and 110 is connected to the readout channel 205, while the shared architecture 110 is coupled to the readout channel 210 The read channel 205 comprises pbus_y1 and pvh_y1, where the voltage from pbus_y1 is transferred to pvh_y1 through the selection transistor and the amplification transistor based on the charge within the photodiode being read when the line selection transistor is active and the. transfer gate transistor is active for the particular photodiode. These readout channels may each be coupled to the shared amplification and selection transistors of the shared pixel architectures so that charges from the photodiodes of the shared pixel architectures 105 and 110 through the interlaced array 200 are sent through the readout channels. 205 and 210. In this way, each pair of readout channels can be configured to send two-column signals from the shared pixel architectures 105 and 110 of the interlaced array 200.

[0052] Cada um dos canais de sinal de leitura do par de canais de leitura descritos acima pode ser dedicado a um par específico de cores. Por exemplo, na figura 2, o canal de leitura pvh_y1/pbus_y1 pode ser dedicado à leitura de sinais dos fotodiodos vermelhos e os fotodiodos pares verdes, enquanto o canal de leitura pvh_y2/pbus_y2 pode ser dedicado à leitura de sinais dos fotodiodos azuis e fotodiodos ímpares verdes. Em algumas modalidades, os canais de leitura podem ser dispostos ao longo do conjunto entrelaçado 200 de modo que a correlação entre o canal de leitura/cor de fotodiodo seja mantida. Adicionalmente, a fim de obter uma leitura de 1 cor por canal onde os canais, como descritos acima, são dedicados a uma arquitetura de pixels compartilhados possuindo fotodiodos de duas cores, cores individuais da arquitetura de pixels compartilhados acoplados são lidas em momentos específicos. Dessa forma, cada canal de leitura do par de canais de leitura pode ser configurado para ler de acordo com um esquema de temporização, alternando entre as duas cores de fotodiodo da arquitetura de pixels compartilhados acoplados 105 ou 110, de modo que uma única cor seja lida no canal em um momento em particular. Tal esquema de temporização é descrito em maiores detalhes abaixo com referência às figuras 3A, 3B, 6A e 6B.[0052] Each of the read signal channels of the pair of read channels described above can be dedicated to a specific pair of colors. For example, in Figure 2, the read channel pvh_y1/pbus_y1 can be dedicated to reading signals from the red photodiodes and the green photodiodes pairs, while the read channel pvh_y2/pbus_y2 can be dedicated to reading signals from the blue photodiodes and photodiodes green oddballs. In some embodiments, the readout channels may be arranged along the interlaced array 200 such that the readout channel/photodiode color correlation is maintained. Additionally, in order to obtain a 1-color reading per channel where the channels, as described above, are dedicated to a shared pixel architecture having two-color photodiodes, individual colors of the coupled shared pixel architecture are read at specific times. In this way, each read channel of the pair of read channels can be configured to read according to a timing scheme, alternating between the two photodiode colors of the coupled shared pixel architecture 105 or 110, so that a single color is read on the channel at a particular time. Such a timing scheme is described in greater detail below with reference to Figures 3A, 3B, 6A and 6B.

[0053] No conjunto entrelaçado em funcionamento 200, cada fotodiodo de cada arquitetura de pixels compartilhados 105 e 110 pode gerar uma carga quando exposto às suas cores respectivas de luz. No entanto, enquanto a porta de transferência respectiva associada com o fotodiodo gerando a carga está fechada, a carga não é transferida para longe do fotodiodo. Por exemplo, quando o fotodiodo PD1 da figura 1A é exposto à luz vermelha, o fotodiodo PD1 pode gerar uma carga. Enquanto a porta de transferência TG1 está fechada, a carga não pode ser transferida para longe do fotodiodo PD1 e é, em vez disso, integrada (por exemplo, acumula) no fotodiodo PD1. Quando a porta de transferência TG1 recebe um sinal no barramento TG_1, a porta de transferência TG1 pode abrir, permitindo que a carga do fotodiodo PD1 seja transferida para o nó de difusão flutuante FD1. O nó de difusão flutuante FD1 pode armazenar a carga recebida do PD1 com o tempo. O nó de difusão flutuante FD1 pode ser reajustado se o transistor de reajuste RST receber um sinal de reconfiguração do barramento RST, ou pode, alternativamente, enviar a carga integrada através do transistor de amplificação SF_AMP em resposta ao transistor de seleção SEL recebendo um sinal de seleção do barramento SEL. Em algumas modalidades, apesar de não ilustrado, o nó de difusão flutuante FD1 pode transferir a carga armazenada para um capacitor de armazenamento CS1. Quando o transistor de seleção SEL recebe um sinal de seleção, o transistor de amplificação SF_AMP pode converter a carga integrada a ser enviada no canal de leitura pvh_y1/pbus_y1. Esse processo pode ser aplicado de forma similar a cada fotodiodo PD da arquitetura de pixels compartilhados 105 e 110 de modo que o canal de leitura possa ser dedicado a uma única cor em qualquer momento determinado.[0053] In the working interlaced set 200, each photodiode of each shared pixel architecture 105 and 110 can generate a charge when exposed to their respective colors of light. However, while the respective transfer port associated with the photodiode generating the charge is closed, the charge is not transferred away from the photodiode. For example, when photodiode PD1 in Figure 1A is exposed to red light, photodiode PD1 can generate a charge. While the TG1 transfer port is closed, charge cannot be transferred away from the PD1 photodiode and is instead integrated (e.g. accumulates) in the PD1 photodiode. When the TG1 transfer port receives a signal on the TG_1 bus, the TG1 transfer port can open, allowing the charge from the photodiode PD1 to be transferred to the floating diffusion node FD1. The floating broadcast node FD1 can store the payload received from PD1 over time. The floating diffusion node FD1 can be reset if the reset transistor RST receives a reset signal from the RST bus, or it can alternatively send the integrated load through the amplification transistor SF_AMP in response to the selection transistor SEL receiving a signal. SEL bus selection. In some embodiments, although not illustrated, the floating diffusion node FD1 may transfer the stored charge to a storage capacitor CS1. When the SEL selection transistor receives a selection signal, the SF_AMP amplification transistor can convert the integrated load to be sent on the pvh_y1/pbus_y1 readout channel. This process can be applied in a similar way to each PD photodiode of the shared pixel architecture 105 and 110 so that the readout channel can be dedicated to a single color at any given time.

[0054] A arquitetura de pixels compartilhados 105 e 110 apresentada nas figuras 1B-2 pode fornecer várias vantagens com relação à representação e arquitetura apresentadas. Por exemplo, os canais de leitura vertical podem fornecer uma leitura de 1 cor por canal quando as leituras forem realizadas de acordo com um esquema de temporização. Em uma leitura de 1 cor por canal, cada cor possui um canal dedicado em um momento determinado. Como ilustrado na figura 2, a primeira arquitetura de quatro pixels compartilhados pode compreender fotodiodos vermelhos PDR1 e PDR2 com fotodiodos ímpares verdes PDG1 e PDG3. Dessa forma, o canal de leitura vertical 205 pode ser dedicado a uma única cor quando emparelhado com um esquema de temporização que alterna entre a leitura de fotodiodos vermelhos PDR1 e PDR2 e os fotodiodos ímpares verdes PDG1 e PDG3. Dessa forma, as cores ímpares verdes e vermelhas possuem um canal dedicado quando estão sendo lidas. O mesmo se aplica para os fotodiodos pares verdes e azuis PDG2, PDG4, PDB1 e PDB2.[0054] The shared pixel architecture 105 and 110 shown in Figures 1B-2 can provide several advantages with respect to the representation and architecture presented. For example, vertical scan channels may provide a reading of 1 color per channel when readings are taken according to a timing scheme. In a 1 color per channel reading, each color has a dedicated channel at a given time. As illustrated in Figure 2, the first shared four-pixel architecture can comprise red photodiodes PDR1 and PDR2 with green odd photodiodes PDG1 and PDG3. In this way, the vertical read channel 205 can be dedicated to a single color when paired with a timing scheme that alternates between reading the red photodiodes PDR1 and PDR2 and the green odd photodiodes PDG1 and PDG3. This way, the odd green and red colors have a dedicated channel when they are being read. The same applies to the green and blue paired photodiodes PDG2, PDG4, PDB1 and PDB2.

[0055] A leitura de uma cor por canal disponibilizada pela arquitetura de 4 pixels coloridos 105 e 110 pode apresentar vantagens próprias, incluindo a capacidade de distribuir sinais com menor ruído e maior ganho do que os sinais distribuídos pelos canais compartilhados por mais de uma cor. Isso pode resultar de cada canal ser totalmente separado dos outros canais, permitindo que as mudanças para um canal sejam mantidas independentes de outros sinais. Adicionalmente, uma cor por canal pode fornecer um ruído de padrão fixo menor do que as modalidades onde múltiplas cores compartilham um canal, visto que os fotodiodos não são combinados em um único canal, e o desvio e as correções de erro de ganho podem ser aplicadas independentemente de cor. Adicionalmente, a leitura de uma cor por canal pode resultar em áreas menores e controle de linha compartilhada para a arquitetura de pixels compartilhados 105 e 110 e, dessa forma, o conjunto entrelaçado 200. Os canais separados por cor também podem fornecer capacidades de processamento paralelas, de modo que dispositivos de alta resolução (por exemplo, câmeras HD e câmeras SLR digitais) possam processar as altas resoluções em uma alta taxa de dados. Adicionalmente, o ruído temporal pode ser reduzido por canais separados visto que capacitores menores (por exemplo, capacitores de armazenamento) podem ser utilizados, o que contribui para o ruído temporal.[0055] Reading one color per channel provided by the architecture of 4 colored pixels 105 and 110 may have its own advantages, including the ability to distribute signals with lower noise and higher gain than signals distributed across channels shared by more than one color . This may result from each channel being completely separate from other channels, allowing changes to one channel to be maintained independent of other signals. Additionally, one color per channel can provide lower fixed pattern noise than embodiments where multiple colors share a channel, as the photodiodes are not combined into a single channel, and offset and gain error corrections can be applied. regardless of color. Additionally, reading one color per channel can result in smaller areas and shared line control for the shared pixel architecture 105 and 110 and thus the interlaced array 200. Color-separated channels can also provide parallel processing capabilities. , so that high-resolution devices (e.g. HD cameras and digital SLR cameras) can process the high resolutions at a high data rate. Additionally, temporal noise can be reduced by separate channels as smaller capacitors (e.g., storage capacitors) can be used, which contribute to temporal noise.

[0056] A Tabela 1 compara a arquitetura de pixels compartilhados entrelaçada descrita aqui com arquiteturas de pixels compartilhados não entrelaçadas.[0056] Table 1 compares the interlaced shared pixel architecture described here with non-interlaced shared pixel architectures.

[0057] Tabela 1: [0057] Table 1:

[0058] Como ilustrado pela Tabela 1, as arquiteturas compartilhadas anteriores foram mais limitadas do que as arquiteturas compartilhadas integradas descritas aqui. Como ilustrado na Tabela 1, uma arquitetura de 2 x 2 pixels compartilhados pode fornecer uma média de 3 linhas horizontais por pixel, uma linha vertical média por pixel, nenhum compartimento vertical, 0,5 cores de saída por coluna, um circuito de leitura por coluna e nenhuma capacidade de canal único por cor. Uma arquitetura de pixels compartilhados de porta de transferência 2 x 2 pode fornecer uma média de 2 linhas horizontais por pixel, uma linha vertical média por pixel, nenhum compartimento vertical, 0,5 cores de saída por coluna, um circuito de leitura por coluna, e nenhuma capacidade de canal único por coluna. Uma arquitetura de 4 x 1 pixels compartilhados pode fornecer uma média de 1,5 linhas horizontais por pixel, 2 linhas verticais médias por pixel, compartimentalização vertical, 1 cor de saída por coluna, um circuito de leitura por coluna, e nenhuma capacidade de canal único por cor. Uma arquitetura de pixels compartilhados integrada pode fornecer uma média de 3 linhas horizontais por pixel, 2 linhas verticais médias por pixel, compartimentalização vertical, 1 cor de saída por coluna, 2 circuitos de leitura por coluna, e a capacidade de canal singular por cor. Uma arquitetura de pixels compartilhados de porta de transferência integrada pode fornecer uma média de 2 linhas horizontais por pixel, 2 linhas verticais média por pixel, compartimentalização vertical, 1 cor de saída por coluna, 1 circuitos de leitura por coluna, uma capacidade de canal singular por cor.[0058] As illustrated by Table 1, previous shared architectures have been more limited than the integrated shared architectures described here. As illustrated in Table 1, a 2 x 2 shared pixel architecture can provide an average of 3 horizontal lines per pixel, one average vertical line per pixel, no vertical bins, 0.5 output colors per column, one read circuit per column and no single channel capability per color. A 2 x 2 transfer port shared pixel architecture can provide an average of 2 horizontal lines per pixel, one average vertical line per pixel, no vertical bins, 0.5 output colors per column, one read circuit per column, and no single channel capability per column. A shared 4 x 1 pixel architecture can provide an average of 1.5 horizontal lines per pixel, 2 average vertical lines per pixel, vertical binning, 1 output color per column, one read circuit per column, and no channel capacity single by color. An integrated shared pixel architecture can provide an average of 3 horizontal lines per pixel, 2 average vertical lines per pixel, vertical binning, 1 output color per column, 2 read circuits per column, and single channel capability per color. An integrated transfer port shared pixel architecture can provide an average of 2 horizontal lines per pixel, 2 average vertical lines per pixel, vertical binning, 1 output color per column, 1 read circuits per column, a single channel capacity by color.

[0059] A figura 3A ilustra uma sequência de leitura de 4 cores por canal de uma arquitetura de 4 pixels compartilhados entrelaçada 1 x 4, de acordo com uma modalidade ilustrativa. A figura 3A apresenta um exemplo de um arranjo de pixels vermelhos, azuis e verdes em uma configuração Bayer. Cada um dos pixels no conjunto pode ser ferido de acordo com seu número de linha e coluna respectivo, [r, c], onde "r" representa o número de linha e "c" representa o número de coluna. Por exemplo, o pixel [0,0] pode corresponder ao pixel Gr no canto superior esquerdo do conjunto, onde a linha superior é a linha 0 e a coluna mais à esquerda é a coluna 0. Cada coluna e linha de pixels do conjunto compreende duas cores de pixels de uma forma alternada. Por exemplo, a linha [0] compreende pixels verdes Gr e pixels vermelhos R, enquanto a linha [1] compreende pixels azuis B e pixels verdes Gb. De forma similar, a coluna [0] compreende pixels verdes Gr e pixels azuis B, enquanto a coluna [1] compreende pixels vermelhos R e pixels verdes Gb. Adicionalmente, cada pixel é acoplado a um canal de leitura vertical da pluralidade de canais de leitura verticais 305 (ascendente) e 310 (descendente). Os canais de leitura vertical 305a-305c podem corresponder aos canais de leitura vertical 205, enquanto o canal de leitura vertical 310a-310c pode corresponder aos canais de leitura vertical 210, como referido na figura 2. Na arquitetura de 4 pixels compartilhados entrelaçados 1 x 4 como ilustrado, os pixels verdes Gr e verdes Gb são acoplados aos mesmos canais de leitura descendente 310a-310c, enquanto os pixels vermelhos R e azuis B são acoplados aos mesmos canais de leitura ascendente 305a-305c. No lado esquerdo do arranjo de pixels são ilustrados sinais representativos TG_1, TG_2, TG_3 e TG_4, cada um correspondendo a uma das linhas 0, 1, 2 e 3, respetivamente. Os sinais TG_1, TG_2, TG_3 e TG_4 podem corresponder aos sinais recebidos nos barramentos da mesma designação como referido na figura 2. De acordo, quando o barramento TG_1 indica um sinal para as portas de transferência TG1, os pixels da linha à qual as portas de transferência TG1 são conectadas (aqui, linha 0) são lidos verticalmente.[0059] Figure 3A illustrates a 4-color reading sequence per channel of a 1 x 4 interlaced 4 shared pixel architecture, according to an illustrative embodiment. Figure 3A presents an example of an arrangement of red, blue and green pixels in a Bayer configuration. Each of the pixels in the set can be assigned according to its respective row and column number, [r, c], where "r" represents the row number and "c" represents the column number. For example, pixel [0,0] may correspond to pixel Gr in the upper left corner of the set, where the top row is row 0 and the leftmost column is column 0. Each column and row of pixels in the set comprises two pixel colors in an alternating manner. For example, row [0] comprises green Gr pixels and red R pixels, while row [1] comprises blue B pixels and green Gb pixels. Similarly, column [0] comprises green Gr pixels and blue B pixels, while column [1] comprises red pixels R and green pixels Gb. Additionally, each pixel is coupled to a vertical read channel of the plurality of vertical read channels 305 (upward) and 310 (downward). The vertical readout channels 305a-305c may correspond to the vertical readout channels 205, while the vertical readout channel 310a-310c may correspond to the vertical readout channels 210, as referred to in Figure 2. In the architecture of 4 interlaced shared pixels 1 x 4 as illustrated, the green Gr and green Gb pixels are coupled to the same downstream readout channels 310a-310c, while the red R and blue B pixels are coupled to the same upstream readout channels 305a-305c. On the left side of the pixel array, representative signals TG_1, TG_2, TG_3 and TG_4 are illustrated, each corresponding to one of lines 0, 1, 2 and 3, respectively. The TG_1, TG_2, TG_3 and TG_4 signals may correspond to signals received on buses of the same designation as referred to in figure 2. Accordingly, when the TG_1 bus indicates a signal to the TG1 transfer ports, the pixels of the line to which the ports transfer signals TG1 are connected (here, line 0) are read vertically.

[0060] O diagrama ilustra como as cargas dos pixels coloridos são lidas a partir da arquitetura de pixels compartilhados e "despejado" nos capacitores de amostragem e retenção em paralelo e posteriormente removidos sequencialmente com base no sinal de seleção SEL (não ilustrado nessa figura) e os sinais de porta de transferência TG_1-TG_4. Como ilustrado pela modalidade na figura 3A, cada cor é lida como um canal de cor separado quando da leitura de acordo com um esquema de temporização, permitindo, assim, que cada canal de cor tenha um ganho diferente aplicado ao mesmo para alcançar uma fidelidade de cor desejada e/ou equilíbrio branco (por exemplo, diferente processamento de cor por canal está disponível, como discutido acima). Quando o sinal TG_1 é recebido pela porta de transferência respectiva TG1, os pixels na linha 0 podem ser lidos em seus canais de leitura correspondentes 305 e 310. Dessa forma, uma leitura dos pixels na linha 0 pode resultar no pixel Gr [0,0] sendo lido pelo canal de leitura descendente 310a, o pixel R [0,1] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 305b, o pixel Gr [0,2] sendo lido pelo canal de leitura descendente 310b, o pixel R [0,3] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 305c, e o pixel Gr [0,4] sendo lido pelo canal de leitura descendente 310c. De forma similar, as linhas restantes 1 a 3 podem ser lidas dentro dos capacitores de amostragem e retenção. Em algumas modalidades, cada canal de leitura 305a-305c e 310a-310c pode alimentar para dentro de um capacitor de amostragem e retenção separado. Em algumas outras modalidades, os capacitores de amostragem e retenção podem ser compartilhados entre dois ou mais canais de leitura 305a-305c e 310a-310c.[0060] The diagram illustrates how color pixel charges are read from the shared pixel architecture and "dumped" onto sample and hold capacitors in parallel and subsequently removed sequentially based on the SEL select signal (not illustrated in this figure). and the transfer gate signals TG_1-TG_4. As illustrated by the embodiment in Figure 3A, each color is read as a separate color channel when read according to a timing scheme, thus allowing each color channel to have a different gain applied to it to achieve a fidelity of desired color and/or white balance (e.g., different color processing per channel is available, as discussed above). When the TG_1 signal is received by the respective transfer port TG1, the pixels in line 0 can be read on their corresponding readout channels 305 and 310. In this way, a readout of the pixels in line 0 can result in the pixel Gr [0,0 ] being read by the downward read channel 310a, the pixel R[0,1] being read by the upward read channel 305b, the pixel Gr[0,2] being read by the downward read channel 310b, the pixel R[0, 3] being read by the upward read channel 305c, and the pixel Gr [0,4] being read by the downward read channel 310c. Similarly, the remaining lines 1 to 3 can be read within the sample and hold capacitors. In some embodiments, each read channel 305a-305c and 310a-310c may feed into a separate sample and hold capacitor. In some other embodiments, the sampling and holding capacitors may be shared between two or more readout channels 305a-305c and 310a-310c.

[0061] O diagrama ilustra adicionalmente a sequência de leituras de canal separadas pelos números de linha correspondentes, referidos como bancos 306 e 311. Por exemplo, no banco 306, o primeiro canal de leitura ascendente 306a coleta as cargas dos pixels azuis da coluna 0, como ilustrado pela primeira coluna de cargas lidas {descartar, B[1,0], descartar, B[3,0]}. As cargas "descartadas" são cargas que são ignoradas visto que não existe pixel a ser lido. Por exemplo, a linha 0 lida para o canal de leitura ascendente 305a pode ser descartada visto que não existe coluna de pixels para a esquerda do canal de leitura ascendente 305a, de modo que o canal de leitura ascendente 305a lê um valor que não corresponde a uma carga de um pixel existente. De acordo, os valores que são lidos que não correspondem às cargas de pixels existentes podem ser simplesmente descartados ou ignorados. As cargas B[1,0] e B[3,0] representam as cargas de dois pixels azuis na coluna 0 nas figuras 1 e 3, respectivamente.[0061] The diagram further illustrates the sequence of channel reads separated by corresponding line numbers, referred to as banks 306 and 311. For example, in bank 306, the first up read channel 306a collects the charges from the blue pixels of column 0 , as illustrated by the first column of loads read {drop, B[1,0], drop, B[3,0]}. "Discarded" charges are charges that are ignored since there is no pixel to be read. For example, line 0 read into upstream read channel 305a may be discarded since there is no column of pixels to the left of upstream read channel 305a, so upstream read channel 305a reads a value that does not correspond to a charge from an existing pixel. Accordingly, values that are read that do not match existing pixel loads can simply be discarded or ignored. The charges B[1,0] and B[3,0] represent the charges of two blue pixels in column 0 in figures 1 and 3, respectively.

[0062] De forma similar, o canal de leitura ascendente 306b lê {R[0,1], B[1,2], R[2,1], B[3,2]} carregados, coletando as cargas vermelhas e azuis de ambas as colunas 1 e 2 e canal de leitura ascendente 305c coleta as cargas vermelhas e azuis de ambas as colunas 3 e 4, resultando em {R[0,3], B[1,4], R[2,3], B[3,4]}. Dessa forma, a sequência de leituras de canal separadas pelos números de linha correspondentes indica qual pixel foi lido por um canal particular. Por exemplo, como indicado na figura 3A, para a linha [0], o canal de leitura 305a possui um valor de carga descartado, o canal de leitura 305b possui uma carga de pixel vermelho a [0,1], o canal de leitura 305c possui a carga do pixel vermelho em [0,3], e o canal de leitura 305d (não ilustrado nessa figura) apresenta a carga do pixel vermelho em [0,5]. A sequência de leituras de canal para as linhas restantes 1-3 para os canais de leitura ascendente 305a-305d e as linhas 0-3 para os canais de leitura descendente 310a- 310c apresentam fontes de carga de uma forma similar. A sequência de leituras de canal para os canais de leitura descendente 310a-310c pode ser ilustrada no banco 311.[0062] Similarly, the upward read channel 306b reads charged {R[0,1], B[1,2], R[2,1], B[3,2]}, collecting the red and blue charges from both columns 1 and 2 and upstream read channel 305c collects the red and blue charges from both columns 3 and 4, resulting in {R[0,3], B[1,4], R[2,3 ], B[3,4]}. In this way, the sequence of channel reads separated by corresponding line numbers indicates which pixel was read by a particular channel. For example, as indicated in Figure 3A, for line [0], the read channel 305a has a dropped charge value, the read channel 305b has a red pixel charge at [0,1], the read channel 305c has the red pixel charge at [0,3], and the read channel 305d (not illustrated in this figure) has the red pixel charge at [0,5]. The sequence of channel reads for the remaining lines 1-3 for up-read channels 305a-305d and lines 0-3 for down-read channels 310a-310c present load sources in a similar manner. The sequence of channel reads for downstream read channels 310a-310c can be illustrated in bank 311.

[0063] como ilustrado na figura 3A, as cargas nos pixels podem ser lidas em paralelo através de cada coluna, visto que cada coluna para uma linha determinada recebe apenas uma carga de um pixel de cor única a ser armazenado nos capacitores de amostragem e retenção respectivos. Subsequentemente, as cargas nos capacitores de amostragem e retenção são mudadas sequencialmente. A fim de manter o grupo de padrão Bayer nas cargas lidas, os dados precisam ser alinhados corretamente, ou lidos de acordo com um determinado padrão ou sequência de tempo. Por exemplo, as linhas ímpares do banco 306 podem ser retardadas por um relógio "horizontal" (por exemplo, um tempo de pixel), enquanto que as linhas pares e ímpares do banco 311 também podem ser retardadas por um relógio "horizontal". Uma vez que a carga é alterada sequencialmente dos capacitores de amostragem e retenção, o processo de leitura restante é similar ao de uma estrutura linear de 1 x 4.[0063] As illustrated in Figure 3A, the charges on the pixels can be read in parallel across each column, as each column for a given row receives only one charge from a single color pixel to be stored in the sample and hold capacitors. related. Subsequently, the charges on the sample and hold capacitors are changed sequentially. In order to maintain the Bayer pattern group in read payloads, the data needs to be correctly aligned, or read according to a certain pattern or time sequence. For example, the odd rows of bank 306 may be delayed by a "horizontal" clock (e.g., a pixel time), while the even and odd rows of bank 311 may also be delayed by a "horizontal" clock. Since the charge is changed sequentially from the sample and hold capacitors, the remaining reading process is similar to that of a 1 x 4 linear structure.

[0064] O compartilhamento vertical como ilustrado na figura 3A é similar à arquitetura de pixels entrelaçados, compartilhados, verticais tradicional. Adicionalmente, a arquitetura compartilhada é capaz de compartimentalizar a carga em ambas as direções horizontal e vertical. A compartimentalização de carga pode ser importante visto que permite que a carga em mais de um pixel/fotodiodo seja combinada em uma ou ambas as direções horizontal e vertical no domínio analógico. Essa compartimentalização de carga amplifica, dessa forma, a capacidade de carga (por exemplo, a carga total disponível) que pode ser economizada dos fotodiodos. A compartimentalização de nível de pixel disponibilizada pela arquitetura de pixels compartilhados entrelaçados pode fornecer um melhor desempenho de baixa luz, onde a captura e exibição da resolução total de uma imagem podem ser difíceis. A compartimentalização de carga pode amplificar o nível de saída pela combinação das saídas dos pixels horizontal e vertical. Por exemplo, com relação à arquitetura de pixels compartilhados entrelaçados 105 e 110 ilustrados nas figuras 1B-2, os fotodiodos adjacentes vermelhos, azuis, ímpares vedes e pares verdes ilustrados em cada arquitetura de quatro transistores e quatro pixels compartilhados 105 e 110 podem ser combinados em uma única saída de pixel quando combinados com esquemas de temporização adequados (por exemplo, compartimentalização horizontal) e então combinados verticalmente com saídas de outras arquiteturas de quatro transistores e quatro pixels compartilhados (por exemplo, compartimentalização vertical). Tal compartimentalização pode ser útil em "modos de visualização prévia" como fornecido em vários dispositivos de criação de imagem, onde, visto que os modos anteriores tendem a exibir uma imagem em uma resolução reduzida, o modo de visualização prévia gerado por um conjunto de arquiteturas de pixels compartilhados entrelaçados pode ter uma resolução maior do que as geradas por arquiteturas de pixels compartilhados não entrelaçados.[0064] Vertical sharing as illustrated in Figure 3A is similar to the traditional vertical, shared, interlaced pixel architecture. Additionally, the shared architecture is capable of compartmentalizing the load in both horizontal and vertical directions. Charge compartmentalization can be important as it allows charge on more than one pixel/photodiode to be combined in one or both horizontal and vertical directions in the analog domain. This charge compartmentalization thus amplifies the charge capacity (e.g., the total available charge) that can be saved from the photodiodes. The pixel-level compartmentalization made available by the interlaced shared pixel architecture can provide better low-light performance where capturing and displaying the full resolution of an image can be difficult. Charge compartmentalization can amplify the output level by combining the horizontal and vertical pixel outputs. For example, with respect to the interlocking shared-pixel architecture 105 and 110 illustrated in Figures 1B-2, the adjacent red, blue, odd-green, and even-green photodiodes illustrated in each four-transistor, four-shared-pixel architecture 105 and 110 may be combined. into a single pixel output when combined with suitable timing schemes (e.g., horizontal binning) and then combined vertically with outputs from other shared four-transistor, four-pixel architectures (e.g., vertical binning). Such compartmentalization can be useful in "preview modes" as provided on various imaging devices, where, since the previous modes tend to display an image at a reduced resolution, the preview mode generated by a set of architectures of interlaced shared pixels can have a higher resolution than those generated by non-interlaced shared pixel architectures.

[0065] A figura 3B ilustra uma sequência de leitura de 4 cores por canal de uma arquitetura de 4 pixels compartilhados entrelaçados 2 x 2, de acordo com uma modalidade ilustrativa. A figura 3B apresenta um exemplo de um arranjo de pixels vermelhos, azuis e verdes em uma configuração Bayer. Cada um dos pixels no conjunto pode ser referido de acordo com seu número respectivo de linha e coluna, [r,c], onde "r" representa o número de linha e "c" representa o número da coluna. Por exemplo, o pixel [0,0] pode corresponder ao pixel Gr no canto superior esquerdo do conjunto, onde a linha superior é a linha 0 e a coluna mais à esquerda é a coluna 0. Cada pixel pode ser acoplado a um canal de leitura vertical dentre a pluralidade de canais de leitura vertical 355 (ascendente) e 360 (descendente). Os canais de leitura vertical podem corresponder aos canais de leitura vertical 205 e 210 como referido na figura 2. Na arquitetura de 4 pixels compartilhados entrelaçados 2 x 2 como ilustrado, os pixels verdes Gr e vermelhos R são acoplados aos mesmos canais de leitura ascendente 355a-355d, enquanto os pixels verdes Gb e azuis B são acoplados aos mesmos canais de leitura descendente 360a-360c. O no lado esquerdo do arranjo de pixels são ilustrados sinais representativos TG_1, TG_2, TG_3 e TG_4, cada um correspondendo a uma das linhas 0, 1, 2 e 3, respectivamente. Os sinais TG_1, TG_2, TG_3 e TG_4 podem corresponder aos sinais recebidos nos barramentos da mesma designação como referido na figura 2. De acordo com quando o barramento TG_1 indica um sinal para as portas de transferência TG1, os pixels da linha à qual as portas de transferência TG1 são conectadas (aqui, a linha 0) são lidos verticalmente.[0065] Figure 3B illustrates a 4-color reading sequence per channel of a 2 x 2 interlaced 4 shared pixel architecture, according to an illustrative embodiment. Figure 3B presents an example of an arrangement of red, blue and green pixels in a Bayer configuration. Each of the pixels in the set can be referred to according to its respective row and column number, [r,c], where "r" represents the row number and "c" represents the column number. For example, pixel [0,0] might correspond to pixel Gr in the upper left corner of the set, where the top row is row 0 and the leftmost column is column 0. Each pixel can be coupled to a channel vertical reading among the plurality of vertical reading channels 355 (ascending) and 360 (descending). The vertical readout channels may correspond to the vertical readout channels 205 and 210 as referred to in Figure 2. In the 2 x 2 interlaced 4 shared pixel architecture as illustrated, the green Gr and red R pixels are coupled to the same upward readout channels 355a -355d, while the green Gb and blue B pixels are coupled to the same downstream readout channels 360a-360c. On the left side of the pixel array are illustrated representative signals TG_1, TG_2, TG_3 and TG_4, each corresponding to one of lines 0, 1, 2 and 3, respectively. The TG_1, TG_2, TG_3 and TG_4 signals may correspond to signals received on buses of the same designation as referred to in figure 2. According to when the TG_1 bus indicates a signal to the TG1 transfer ports, the pixels of the line to which the ports transfer signals TG1 are connected (here, line 0) are read vertically.

[0066] O diagrama ilustra com as cargas dos pixels coloridos são lidas a partir da arquitetura de pixels compartilhados e "despejados" em capacitores de amostragem e retenção em paralelo e posteriormente mudados sequencialmente com base no sinal de seleção SEL (não ilustrado nessa figura) e os sinais de porta de transferência TG_1-TG_4, de acordo com um esquema de temporização (não ilustrado nessa figura). Quando o sinal TG_1 é recebido pela porta de transferência respectiva TG1, os pixels na linha 0 podem ser lidos em seus canais de leitura correspondentes 355 e 360. Dessa forma, uma leitura dos pixels na linha 0 pode resultar no pixel Gr [0,0] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 355a, o pixel R [0,1] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 355b, o pixel Gr [0,2] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 355b, o pixel R [0,3] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 355c, e o pixel Gr [0,4] sendo lido pelo canal de leitura ascendente 355c. De forma similar, as linhas restantes 1-3 podem ser lidos nos capacitores de amostragem e retenção ascendente e descendente. Em algumas modalidades, cada canal de leitura 355a-355d e 360a-360c podem alimentar para dentro de um capacitor de amostragem e retenção. Em algumas outras modalidades, os capacitores de amostragem e retenção podem ser compartilhados entre dois ou mais canais de leitura 355a- 355d e 360a-360c. De acordo, na estrutura de 4 pixels compartilhados entrelaçados 2 x 2, cada linha de pixels é lida em canais de leitura alternados. O canal único por cor pode ser mantido pela leitura de pixels coloridos específicos em momentos específicos, de modo que apenas os pixels vermelhos possam ser lidos verticalmente em um determinado momento, enquanto os pixels GR verdes são lidos verticalmente no mesmo canal em um momento diferente.[0066] The diagram illustrates how the colored pixel charges are read from the shared pixel architecture and "dumped" into sample and hold capacitors in parallel and subsequently changed sequentially based on the SEL selection signal (not illustrated in this figure). and transfer gate signals TG_1-TG_4, according to a timing scheme (not illustrated in this figure). When the TG_1 signal is received by the respective transfer port TG1, the pixels in line 0 can be read on their corresponding readout channels 355 and 360. In this way, a readout of the pixels in line 0 can result in the pixel Gr [0,0 ] being read by the up-read channel 355a, the pixel R[0,1] being read by the up-read channel 355b, the pixel Gr[0,2] being read by the up-read channel 355b, the pixel R[0, 3] being read by the upward read channel 355c, and the pixel Gr [0,4] being read by the upward read channel 355c. Similarly, the remaining lines 1-3 can be read from the up and down sample and hold capacitors. In some embodiments, each read channel 355a-355d and 360a-360c may feed into a sample and hold capacitor. In some other embodiments, the sampling and holding capacitors may be shared between two or more readout channels 355a-355d and 360a-360c. Accordingly, in the 2 x 2 interlaced 4 shared pixel structure, each row of pixels is read on alternate read channels. Single channel per color can be maintained by reading specific color pixels at specific times, so that only red pixels can be read vertically at a given time, while green GR pixels are read vertically in the same channel at a different time.

[0067] O diagrama ilustra adicionalmente a sequência de leituras de canal separadas pelos números de linha correspondentes, referidos como bancos 356 e 361. Por exemplo, no banco 356, o primeiro canal de leitura ascendente 355a coleta cargas dos pixels Gr verdes da coluna 0, como ilustrado pela primeira coluna de cargas lidas {descartar, Gr[0,0], descartar, Gr[2,0]}. As cargas "descartadas" são cargas que são ignoradas visto que não existem pixel a ser lido. Por exemplo, a linha 0 lida para o canal de leitura ascendente 305a pode ser descartada visto que não existe qualquer coluna de pixels à esquerda do canal de leitura ascendente 305a, de modo que o canal de leitura ascendente 305a leia um valor que não corresponde a uma carga de um pixel existente. De acordo, os valores que são lidos que não correspondem às cargas de pixels existentes podem ser simplesmente descartados ou ignorados. As cargas Gr[0,0] e GR[2,0] representam as cargas de dois pixels verdes Gr na coluna 0 nas linhas 0 e 2, respectivamente.[0067] The diagram further illustrates the sequence of channel reads separated by corresponding line numbers, referred to as banks 356 and 361. For example, in bank 356, the first up read channel 355a collects charges from the green Gr pixels of column 0 , as illustrated by the first column of loads read {discard, Gr[0,0], discard, Gr[2,0]}. "Discarded" charges are charges that are ignored since there are no pixels to be read. For example, line 0 read for upstream read channel 305a may be discarded since there is no column of pixels to the left of upstream read channel 305a, so that upstream read channel 305a reads a value that does not correspond to a charge from an existing pixel. Accordingly, values that are read that do not match existing pixel loads can simply be discarded or ignored. The charges Gr[0,0] and GR[2,0] represent the charges of two green pixels Gr in column 0 in rows 0 and 2, respectively.

[0068] De forma similar, o canal de leitura ascendente 305b lê as cargas {R[0,1], Gr[0,2], R[2,1], Gr[2,2]}, coletando as cargas vermelha e verde Gr de ambas as colunas 1 e 2, e o canal de leitura ascendente 305c coleta as cargas vermelha e verde Gr de ambas as colunas 3 e 4, resultando em {R[0,3], Gr[0,4], R[2,3], Gr[2,4]}. Dessa forma, a sequência de leituras de canal separada pelos números de linha correspondentes indica que os pixels foram lidos por um canal em particular. Por exemplo, como indicado na figura 3B, para a linha[0], o canal de leitura 305a apresentava um valor de carga descartado, o canal de leitura 305b apresentou uma carga de pixel vermelho em [0,1], o canal de leitura 305c apresentou uma carga do pixel vermelho em [0,3] e o canal de leitura 305d (não ilustrado nessa figura) apresentou a carga do pixel vermelho em [0,5]. A sequência de leituras de canal para as linhas restantes 1-3 para os canais de leitura ascendente 305-a 305d e as linhas 0-3 para os canais de leitura descendentes 310a-310c apresentam fontes de carga de uma forma similar. A sequência de leituras de canal para canais de leitura descendente 310a-310c pode ser ilustrada no banco 361.[0068] Similarly, the upward read channel 305b reads the charges {R[0,1], Gr[0,2], R[2,1], Gr[2,2]}, collecting the red charges and green Gr from both columns 1 and 2, and the up-read channel 305c collects the red and green charges Gr from both columns 3 and 4, resulting in {R[0,3], Gr[0,4], R[2,3], Gr[2,4]}. In this way, the sequence of channel reads separated by corresponding line numbers indicates that the pixels were read by a particular channel. For example, as indicated in Figure 3B, for line[0], read channel 305a had a discarded charge value, read channel 305b had a red pixel charge at [0,1], the read channel 305c presented a red pixel charge at [0,3] and the readout channel 305d (not illustrated in this figure) presented the red pixel charge at [0,5]. The sequence of channel reads for the remaining lines 1-3 for the up-read channels 305-through 305d and lines 0-3 for the down-read channels 310a-310c present charge sources in a similar manner. The sequence of channel reads for downstream read channels 310a-310c can be illustrated in bank 361.

[0069] Como ilustrado na figura 3B, as cargas nos pixels podem ser lidas em paralelo através de cada coluna, visto que cada coluna para uma linha determinada recebe uma carga de dois pixels coloridos a serem armazenados nos capacitores de amostragem e retenção respectivos. Subsequentemente, as cargas nos capacitores de amostragem e retenção são alteradas sequencialmente. A fim de manter o grupo de padrão Bayer nas cargas de leitura, os dados precisam ser alinhados corretamente, ou lidos de acordo com um determinado padrão ou sequência de tempo. Por exemplo, as linhas ímpares do banco 356 podem ser retardadas por um relógio "horizontal, enquanto as linhas pares e ímpares do banco 361 também podem ser retardadas por um relógio "horizontal". Uma vez que a carga é alterada sequencialmente dos capacitores de amostragem e retenção, o processo de leitura restante é similar ao de uma estrutura quadrada de 2 x 2 (não entrelaçada).[0069] As illustrated in Figure 3B, the charges on the pixels can be read in parallel through each column, as each column for a given row receives a charge from two colored pixels to be stored in the respective sampling and retention capacitors. Subsequently, the charges on the sample and hold capacitors are changed sequentially. In order to maintain the Bayer pattern group in read loads, the data needs to be correctly aligned, or read according to a certain pattern or time sequence. For example, the odd rows of bank 356 can be delayed by a "horizontal" clock, while the even and odd rows of bank 361 can also be delayed by a "horizontal" clock. Since the charge is changed sequentially from the sampling capacitors and retention, the remaining reading process is similar to that of a 2 x 2 (non-interlaced) square structure.

[0070] Os esquemas de reconfiguração e leitura e as sequências para duas arquiteturas exibidas nas figuras 3A e 3B são similares apesar de aplicados a diferentes desenhos físicos de localização e direcionamento de barramentos e componentes de controle de pixel (por exemplo, portas de transferência, transistores de reajuste, seleção e amplificação).[0070] The reconfiguration and readout schemes and sequences for two architectures shown in Figures 3A and 3B are similar despite being applied to different physical designs for locating and routing buses and pixel control components (e.g., transfer ports, adjustment, selection and amplification transistors).

[0071] A figura 4A ilustra uma modalidade de uma arquitetura de 4 transistores e 8 pixels de sensor de imagem compartilhados entrelaçada 400 possuindo um sistema de leitura de pixel, de acordo com uma modalidade ilustrativa. Algumas modalidades do sensor de imagem podem ser um sensor de imagem em estado sólido, por exemplo, um sensor de imagem CMOS, que possui oito pixels de 4 transistores (4T) compartilhando o conjunto de circuitos de pixel e uma representação compacta. A arquitetura de 8 pixels compartilhados 4T 400 pode ser utilizada como a arquitetura de pixel para os pixels no conjunto de pixel, em algumas modalidades. A arquitetura de 8 pixels compartilhados 4T 400 inclui oito pixels, e apesar de muitos desses pixels serem dispostos no conjunto, por motivos de simplicidade apenas uma arquitetura de 8 pixels compartilhados 4T 400 é ilustrada em maiores detalhes.[0071] Figure 4A illustrates an embodiment of an interlaced shared 4-transistor 8-pixel image sensor architecture 400 having a pixel reading system, according to an illustrative embodiment. Some embodiments of the image sensor may be a solid-state image sensor, for example, a CMOS image sensor, which has eight 4-transistor (4T) pixels sharing the pixel circuitry and a compact representation. The 4T 400 shared 8-pixel architecture may be used as the pixel architecture for the pixels in the pixel array, in some embodiments. The 4T 400 shared 8-pixel architecture includes eight pixels, and although many of these pixels are arranged in the array, for simplicity only one 4T 400 shared 8-pixel architecture is illustrated in greater detail.

[0072] A arquitetura de 8 pixels compartilhados 4T 400 inclui oito circuitos de fotodiodos, um nó de difusão flutuante FD, um transistor de reajuste RST, um suprimento de voltagem VDD, um amplificador seguidor de fonte SF_AMP, um transistor seletor SEL, um nó de voltagem de saída Vcol e uma fonte de corrente Ibias. Em algumas modalidades, os circuitos de fotodiodos podem, cada um, compreender um fotodiodo PD1-PD8, uma porta de transferência TG1-TG8, um capacitor de armazenamento CS1-CS8, e um circuito de temporização TS1-TS8. Como mencionado acima, em algumas modalidades, o nó de difusão flutuante FD pode representar um ou mais pontos de difusão flutuantes dedicados a um circuito de fotodiodo ou compartilhados entre múltiplos circuitos de fotodiodos. Os componentes do conjunto de circuitos de leitura apresentados na figura 4A podem realizar funções similares como descrito acima com relação às figuras 1A - 2. Esses componentes podem ser compartilhados pelos 8 circuitos de fotodiodos separados possuindo seus fotodiodos associados PD1-PD8, portas de transferência TG1-TG8, capacitores de armazenamento CS1-CS8 e circuitos de temporização TS1-TS8. O compartilhamento do nó de difusão flutuante FD, amplificador de seguidor fonte SF_AMP, transistor de seleção de linha SEL, e transistor de reajuste RST entre os circuitos de fotodiodo adjacentes (por exemplo, em série) auxiliam no aumento do fator de abastecimento da arquitetura de pixel, o fator de abastecimento representando o percentual da área de pixel que é sensível à luz. A arquitetura ilustrada 400 resulta em 1,5 transistores por pixel aproximadamente. Em algumas modalidades dos fotodiodos PD1-PD8, dois fotodiodos podem ser utilizados para detectar um componente vermelho da luz de entrada, quatro fotodiodos podem ser utilizados para detectar um componente verde da luz de entrada, e dois fotodiodos podem ser utilizados para detectar um componente azul da luz de entrada, de acordo com um padrão de cores Bayer.[0072] The 4T 400 shared 8-pixel architecture includes eight photodiode circuits, an FD floating diffusion node, an RST retuning transistor, a VDD voltage supply, an SF_AMP source follower amplifier, an SEL selector transistor, a of output voltage Vcol and a current source Ibias. In some embodiments, the photodiode circuits may each comprise a photodiode PD1-PD8, a transfer gate TG1-TG8, a storage capacitor CS1-CS8, and a timing circuit TS1-TS8. As mentioned above, in some embodiments, the floating diffusion node FD may represent one or more floating diffusion points dedicated to a photodiode circuit or shared among multiple photodiode circuits. The components of the readout circuit set shown in Figure 4A can perform similar functions as described above with respect to Figures 1A - 2. These components can be shared by the 8 separate photodiode circuits having their associated photodiodes PD1-PD8, transfer ports TG1 -TG8, CS1-CS8 storage capacitors and TS1-TS8 timing circuits. Sharing the floating diffusion node FD, source follower amplifier SF_AMP, line selection transistor SEL, and retuning transistor RST among adjacent photodiode circuits (e.g., in series) assists in increasing the supply factor of the pixel, the supply factor representing the percentage of the pixel area that is sensitive to light. The illustrated architecture 400 results in approximately 1.5 transistors per pixel. In some embodiments of the PD1-PD8 photodiodes, two photodiodes may be used to detect a red component of the input light, four photodiodes may be used to detect a green component of the input light, and two photodiodes may be used to detect a blue component. of the incoming light, according to a Bayer color standard.

[0073] Como descrito acima, em algumas modalidades os circuitos de temporização TS1-TS8 dos circuitos de fotodiodo podem incluir lógica de alta velocidade para regular o número de despejos de carga enviados dos fotodiodos PD1-PD8 para os capacitores de armazenamento CS1-CS8 e para determinar quando abrir para permitir que a carga nos capacitores de armazenamento respectivos CS1-CS8 sejam lidos através do nó de difusão flutuante. Em algumas modalidades, apenas um capacitor de armazenamento dos capacitores de armazenamento CS1-CS8 pode ser lido pelo conjunto de circuitos de leitura de cada vez. Dessa forma, os circuitos de temporização TS1-TS8 podem ser coordenados de modo que dois não sejam abertos jutos. Pelo acúmulo de múltiplos despejos de carga a partir dos fotodiodos PD1-PD8 no domínio analógico, a energia do dispositivo pode ser economizada em comparação com o acúmulo de múltiplos despejos de carga dos fotodiodos PD1-PD8 no domínio digital A carga acumulada pode ser lida a partir dos capacitores de armazenamento CS1-CS8 através do nó de difusão flutuante FD, através do seguidor de fonte SF_AMP e através do transistor de seleção SEL para o nó de voltagem de saída Vcol.[0073] As described above, in some embodiments the timing circuits TS1-TS8 of the photodiode circuits may include high-speed logic to regulate the number of charge dumps sent from the photodiodes PD1-PD8 to the storage capacitors CS1-CS8 and to determine when to open to allow the charge on the respective storage capacitors CS1-CS8 to be read through the floating diffusion node. In some embodiments, only one storage capacitor of the CS1-CS8 storage capacitors can be read by the read circuitry at a time. In this way, timing circuits TS1-TS8 can be coordinated so that no two are opened together. By accumulating multiple charge dumps from photodiodes PD1-PD8 in the analog domain, device power can be saved compared to accumulating multiple charge dumps from photodiodes PD1-PD8 in the digital domain. from the storage capacitors CS1-CS8 through the floating diffusion node FD, through the source follower SF_AMP and through the selection transistor SEL to the output voltage node Vcol.

[0074] A figura 4A também ilustra uma modalidade de parição do arranjo de pixels e do conjunto de circuitos de pixels em estruturas empilhadas separadas (por exemplo, wafers de silício). Uma estrutura empilhada pode ser desejável onde o número de componentes e apresentação geral da arquitetura de pixels compartilhados limita a área disponível para absorção de luz. Por exemplo, com referência às figuras 1B e 2, todos os componentes apresentados podem ser localizados na mesma camada (por exemplo, a mesma parte de silício). Como pode ser observado, a área limitada pode ser facilmente preenchida com componentes compartilhados e fotodiodos individuais PD, portas de transferência TG, capacitores de armazenamento CS e circuitos de temporização TS. Como discutido acima, o número grande de componentes reduz a quantidade de luz capaz de refletir a partir de ou ser bloqueada por esses componentes e estruturas acoplando os componentes na área do fotodiodo PD. Adicionalmente, à medida que mais componentes (por exemplo, transistores contatos ou barramentos) são introduzidos na arquitetura de conjunto entrelaçado de pixels compartilhados coplanar com os fotodiodos PD, menos espaço pode estar disponível e mais luz pode ser bloqueada e impedida de alcançar os fotodiodos PD onde o empilhamento não é utilizado.[0074] Figure 4A also illustrates an embodiment of partitioning the pixel array and pixel circuitry into separate stacked structures (e.g., silicon wafers). A stacked structure may be desirable where the number of components and overall presentation of the shared pixel architecture limits the area available for light absorption. For example, with reference to Figures 1B and 2, all components shown can be located on the same layer (e.g., the same silicon part). As can be seen, the limited area can be easily filled with shared components and individual PD photodiodes, TG transfer gates, CS storage capacitors, and TS timing circuits. As discussed above, the large number of components reduces the amount of light capable of reflecting from or being blocked by these components and structures coupling the components in the area of the PD photodiode. Additionally, as more components (e.g., transistors, contacts or buses) are introduced into the interlaced array architecture of shared pixels coplanar with the PD photodiodes, less space may be available and more light may be blocked and prevented from reaching the PD photodiodes. where stacking is not used.

[0075] Alternativamente, os componentes da arquitetura de pixels compartilhados podem ser separados em camadas diferentes em uma estrutura de pixel empilhada. Por exemplo, uma primeira parte incluindo os fotodiodos PD1-PD8, as portas de transferência correspondentes TG1-TG8, os capacitores de armazenamento correspondentes CS1-CS8, os circuitos de temporização correspondentes TS1-TS8, e o nó de difusão flutuante FD podem ser substituídos em um wafer de fotodiodo 410 configurado para integrar a carga da luz de entrada. Uma segunda parte incluindo o transistor de reajuste RST, o suprimento de voltagem VDD, o amplificador seguidor de fonte SF_AMP, o transistor seletor SEL, o nó de voltagem de saída Vcol, e a fonte de corrente Ibias podem ser substituídos em um wafer de conjunto de circuitos de pixel 420. Em algumas modalidades, o wafer de conjunto de circuitos de pixel 420 pode ser construído em cima do wafer de fotodiodo 410 oposto ao lado exposto à luz de entrada. De acordo, o espaço de superfície para detecção da luz de entrada pode ser aumentado através de ambos o espaço de economia de espaço da arquitetura de pixels compartilhados além da separação dos fotodiodos e do conjunto de circuitos de pixel em wafers diferentes. Quando os componentes de conjunto de circuitos de pixel e estruturas forem localizados em uma camada individual (por exemplo, o wafer de conjunto de circuito de pixel 420), mais estado real é disponibilizado para absorção da luz de entrada no wafer de fotodiodo 410.[0075] Alternatively, the components of the shared pixel architecture may be separated into different layers in a stacked pixel structure. For example, a first part including the photodiodes PD1-PD8, the corresponding transfer gates TG1-TG8, the corresponding storage capacitors CS1-CS8, the corresponding timing circuits TS1-TS8, and the floating diffusion node FD can be replaced on a 410 photodiode wafer configured to integrate the input light load. A second part including the RST reset transistor, the VDD voltage supply, the SF_AMP source follower amplifier, the SEL selector transistor, the Vcol output voltage node, and the Ibias current source can be replaced on an assembly wafer. of pixel circuitry 420. In some embodiments, the pixel circuitry wafer 420 may be built on top of the photodiode wafer 410 opposite the side exposed to input light. Accordingly, the surface space for sensing incoming light can be increased through both the space-saving space of the shared pixel architecture in addition to the separation of the photodiodes and the pixel circuitry on different wafers. When the pixel circuitry components and structures are located on an individual layer (e.g., the pixel circuitry wafer 420), more real state is available for absorption of incoming light on the photodiode wafer 410.

[0076] Dependendo da arquitetura de pixels compartilhados utilizados, a divisão de componentes pode mudar, e/ou os pontos de conexão entre as várias camadas pode mudar. Por exemplo, na arquitetura de pixels compartilhados entrelaçados, os pontos de conexão entre as camadas inferior e superior podem ser os nós de difusão flutuante. Por exemplo, em algumas modalidades, o conjunto de circuitos de temporização TS e o amplificador seguidor de fonte SF_AMP do wafer de conjunto de circuitos de pixel 420 podem ser conectados ao nó de difusão flutuante FD do wafer de fotodiodo. Em algumas outras modalidades, por exemplo, a arquitetura de pixels compartilhados 2 x 2, os pontos de conexão podem ser as interconexões de linha/coluna.[0076] Depending on the shared pixel architecture used, the division of components may change, and/or the connection points between the various layers may change. For example, in the interlaced shared pixel architecture, the connection points between the lower and upper layers can be the floating diffusion nodes. For example, in some embodiments, the timing circuitry TS and the source follower amplifier SF_AMP of the pixel circuitry wafer 420 may be connected to the floating diffusion node FD of the photodiode wafer. In some other embodiments, for example, the 2 x 2 shared pixel architecture, the connection points may be row/column interconnections.

[0077] A separação ou partição da arquitetura compartilhada na configuração de pilha tridimensional não é uma questão trivial. A realocação dos componentes entre as várias camadas pode ser limitada pela tecnologia atual (por exemplo, a determinação entre as ligações por fusão ou ligações híbridas de inclinação fina, como será discutido abaixo), e a partição e localização dos vários componentes pode impactar o desempenho da arquitetura de pixels compartilhados. Por exemplo, a razão de sinal para ruído, a capacidade de carga, ou quão bem o ruído de fundo pode ser suprimido podem, cada um, ser impactados pela partição dos componentes entre as várias camadas 3D.[0077] The separation or partition of the shared architecture in the three-dimensional stack configuration is not a trivial matter. The relocation of components between the various layers may be limited by current technology (e.g., the determination between fusion bonds or fine-pitch hybrid bonds, as discussed below), and the partitioning and location of the various components may impact performance. of shared pixel architecture. For example, the signal-to-noise ratio, load capacity, or how well background noise can be suppressed can each be impacted by the partitioning of components between the various 3D layers.

[0078] Em uma modalidade, o wafer de fotodiodo 410 pode ser configurado como um sensor de imagem iluminado no lado posterior (BSI), onde os fotodiodos PD1-PD8, as portas de transferência TG1-TG8, os capacitores de armazenamento CS1-CS8 e os circuitos de temporização TS1-TS8 descritos acima são integrados no sensor de imagem BSI. O sensor de imagem BSI pode ter uma estrutura fixada ao mesmo para fornecer suporte para o sensor de imagem BSI, que pode ter uma integridade estrutural inferior devido às restrições de fabricação e desenho (por exemplo, devido ao sensor de imagem BSI precisar ser muito fino para permitir que a luz penetre no substrato de silício, o wafer de sensor de imagem BSI podendo ser frágil e suscetível a danos). Em algumas modalidades, a estrutura que suporta o wafer de sensor de imagem BSI pode ser um wafer de silício "falso" ou "em branco", de acordo, os componentes localizados no wafer do conjunto de circuitos de pixel 420 podem ser integrados ao wafer de suporte utilizado para fornecer suporte estrutural para o sensor de imagem BSI. Dessa forma, o sensor de imagem BSI pode ser projetado para ser mais sensível à luz, onde os componentes elétricos utilizados para gerar e ler sinais em resposta à luz percebida podem ser localizados de forma mais eficiente estruturalmente. Em algumas modalidades, os componentes indicados como estando no wafer de fotodiodo 410 ou wafer de conjunto de circuitos de pixel 420 podem ser manipulados ou alterados de modo que diferentes componentes estejam em diferentes wafers dos ilustrados na figura 4A. Por exemplo, em algumas modalidades, os componentes da arquitetura de pixels compartilhados podem ser separados entre o wafer de fotodiodo 410 e o wafer do conjunto de circuitos de pixel 420 com base em possuírem características elétricas similares, técnicas de fabricação, restrições operacionais ou qualquer outra característica que possa afetar o projeto, fabricação ou operação do sensor de criação de imagem sendo projetado ou componentes integrados ao sensor de criação de imagem.[0078] In one embodiment, the photodiode wafer 410 may be configured as a back-side illuminated image sensor (BSI), where the photodiodes PD1-PD8, the transfer ports TG1-TG8, the storage capacitors CS1-CS8 and the TS1-TS8 timing circuits described above are integrated into the BSI image sensor. The BSI image sensor may have a structure attached to it to provide support for the BSI image sensor, which may have inferior structural integrity due to manufacturing and design constraints (e.g., due to the BSI image sensor needing to be very thin to allow light to penetrate the silicon substrate, the BSI image sensor wafer may be fragile and susceptible to damage). In some embodiments, the structure supporting the BSI image sensor wafer may be a "dummy" or "blank" silicon wafer, accordingly, components located on the wafer of pixel circuitry 420 may be integrated into the wafer. bracket used to provide structural support for the BSI image sensor. In this way, the BSI image sensor can be designed to be more sensitive to light, where the electrical components used to generate and read signals in response to perceived light can be located more efficiently structurally. In some embodiments, components indicated as being on photodiode wafer 410 or pixel circuitry wafer 420 may be manipulated or changed so that different components are on different wafers than those illustrated in Figure 4A. For example, in some embodiments, components of the shared pixel architecture may be separated between the photodiode wafer 410 and the pixel circuitry wafer 420 based on whether they have similar electrical characteristics, manufacturing techniques, operational constraints, or any other characteristic that may affect the design, manufacture or operation of the imaging sensor being designed or components integrated into the imaging sensor.

[0079] Em algumas modalidades, vários outros projetos empilhados 3D ou tecnologias podem ser implementados e podem dividir os componentes de circuito, elementos e blocos por meio de várias tecnologias e características empilhadas (por exemplo, inclinação de enchimento ou densidade). Tais projetos e implementações podem distribuir um desempenho de detector superior que as configurações de sensor 2D não conseguem.[0079] In some embodiments, various other 3D stacked designs or technologies may be implemented and may divide the circuit components, elements, and blocks through various stacked technologies and characteristics (e.g., fill slope or density). Such designs and implementations can deliver superior detector performance that 2D sensor configurations cannot.

[0080] Em algumas modalidades, os componentes integrados à camada superior (por exemplo, o wafer de conjunto de circuitos de pixel 420) podem ser conectados aos componentes integrados na camada inferior (por exemplo, o wafer de fotodiodo 410) através de uma conexão em um ou mais pontos de conexão. Em algumas modalidades, o nó de difusão flutuante FD pode ser configurado para funcionar como o ponto de conexão entre a camada superior (a camada de conjunto de circuitos de pixel 420) e a camada inferior (o wafer de fotodiodo 410) através de uma ligação híbrida de inclinação fina. Em algumas modalidades, os nós de difusão flutuantes podem ser configurados para funcionar como o ponto de conexão entre a camada superior e a camada inferior através de uma ligação por fusão. O transistor de reajuste RST e o amplificador seguidor de fonte SF_AMP do wafer de conjunto de circuitos de pixel 420 podem ser conectados ao nó de difusão flutuante FD do wafer de fotodiodo 410. Maiores detalhes referentes às ligações híbridas de inclinação fina serão fornecidos abaixo com relação à figura 5A, enquanto detalhes adicionais referentes às uniões por fusão serão fornecidos com relação à figura 5B. Vários outros tipos de ligações podem ser utilizados para acoplar as camadas superior e inferior dos wafers.[0080] In some embodiments, components integrated in the upper layer (e.g., pixel circuitry wafer 420) may be connected to components integrated in the lower layer (e.g., photodiode wafer 410) via a connection at one or more connection points. In some embodiments, the floating diffusion node FD may be configured to function as the connection point between the upper layer (the pixel circuitry layer 420) and the lower layer (the photodiode wafer 410) via a link. fine slope hybrid. In some embodiments, the floating broadcast nodes may be configured to function as the connection point between the upper layer and the lower layer via a fusion bond. The reset transistor RST and the source follower amplifier SF_AMP of the pixel circuitry wafer 420 can be connected to the floating diffusion node FD of the photodiode wafer 410. Further details regarding fine slope hybrid connections will be provided below regarding to Figure 5A, while additional details regarding fusion joints will be provided with respect to Figure 5B. Several other types of connections can be used to couple the top and bottom layers of the wafers.

[0081] A figura 4B e a figura 4C ilustram duas seções de uma modalidade de uma arquitetura de quatro transistores e 16 pixels de sensor de imagem compartilhados 450 possuindo um sistema de leitura de pixel, de acordo com uma modalidade ilustrativa, onde os pontos de conexão A-B indicam a continuação dos elementos entre as figuras 4B e 4C. Algumas modalidades do sensor de imagem podem ser um sensor de imagem em estado sólido, por exemplo, um sensor de imagem CMOS que possui dezesseis pixels 4T compartilhando o conjunto de circuitos de pixel e uma apresentação compacta. A arquitetura de 16 pixels compartilhados 4T 450 pode ser utilizada como a arquitetura de pixel para os pixels no arranjo de pixels. A arquitetura de 16 pixels compartilhados 4T 450 inclui dezesseis pixels, e apesar de muitos desses pixels serem dispostos no conjunto, por motivos de simplicidade, apenas a arquitetura de 16 pixels compartilhados 4T 450 é ilustrada em maiores detalhes.[0081] Figure 4B and Figure 4C illustrate two sections of an embodiment of a four-transistor architecture and 16 shared image sensor pixels 450 having a pixel reading system, in accordance with an illustrative embodiment, wherein the points of connection A-B indicate the continuation of the elements between figures 4B and 4C. Some embodiments of the image sensor may be a solid-state image sensor, for example, a CMOS image sensor that has sixteen 4T pixels sharing the pixel circuitry, and a compact presentation. The 4T 450 shared 16-pixel architecture can be used as the pixel architecture for the pixels in the pixel array. The 4T 450 shared 16-pixel architecture includes sixteen pixels, and although many of these pixels are arranged in the array, for simplicity only the 4T 450 shared 16-pixel architecture is illustrated in greater detail.

[0082] A arquitetura de 16 pixels compartilhados 4T 450 inclui dezesseis circuitos de fotodiodos, um nó de difusão flutuante FD, um transistor de reajuste RST, um suprimento de voltagem VDD, um amplificador seguidor de fonte SF_AMP, um transistor seletor SEL, um nó de voltagem de saída Vcol, e uma fonte de corrente Ibias. Como mencionado acima, em algumas modalidades, o nó de difusão flutuante FD pode representar um ou mais pontos de difusão flutuantes dedicados a um circuito de fotodiodo ou compartilhados entre múltiplos circuitos de fotodiodo. Os componentes das figuras 4B e 4C podem realizar funções similares às descritas acima com relação às figuras 1A e 4A. Os componentes do conjunto de circuitos de leitura podem ser compartilhados por dezesseis circuitos de fotodiodos separados. Os circuitos de fotodiodo, como descritos acima com relação às figuras 1A e 4A, podem compreender os fotodiodos PD1-PD16, as portas de transferência TG1-TG16, os capacitores de armazenamento CS1- CS16, e os circuitos de temporização TS1-TS16. O compartilhamento do nó de difusão flutuante FD, o amplificador seguidor de fonte SF_AMP, o transistor de seleção de linha SEL, e o transistor de reajuste RST entre os circuitos de fotodiodo adjacentes pode auxiliar no aumento do fator de enchimento da arquitetura de pixel, o fator de enchimento representando o percentual da área de pixel que é sensível à luz. A arquitetura ilustrada 450 resulta em aproximadamente 1,25 transistores por pixel. Em algumas modalidades dos fotodiodos PD1-PD16, quatro fotodiodos podem ser utilizados para detectar um componente vermelho da luz de entrada, oito fotodiodos podem ser utilizados para detectar um componente verde da luz de entrada, e quatro fotodiodos podem ser utilizados para detectar um componente azul da luz de entrada. Como pode ser observado a partir da comparação das arquiteturas de 4 pixels compartilhados, 8 pixels compartilhados e 16 pixels compartilhados, quanto maior o número de pixels compartilhados, menor os resultados eficientes de transistores por pixel.[0082] The 4T 450 shared 16-pixel architecture includes sixteen photodiode circuits, an FD floating diffusion node, an RST retuning transistor, a VDD voltage supply, an SF_AMP source follower amplifier, an SEL selector transistor, a of output voltage Vcol, and a current source Ibias. As mentioned above, in some embodiments, the floating diffusion node FD may represent one or more floating diffusion points dedicated to a photodiode circuit or shared among multiple photodiode circuits. The components of Figures 4B and 4C can perform functions similar to those described above with respect to Figures 1A and 4A. The components of the readout circuitry may be shared by sixteen separate photodiode circuits. The photodiode circuits, as described above with respect to Figures 1A and 4A, may comprise photodiodes PD1-PD16, transfer gates TG1-TG16, storage capacitors CS1-CS16, and timing circuits TS1-TS16. Sharing the floating diffusion node FD, the source-following amplifier SF_AMP, the line selection transistor SEL, and the retuning transistor RST among adjacent photodiode circuits can assist in increasing the fill factor of the pixel architecture, the fill factor representing the percentage of the pixel area that is sensitive to light. The illustrated architecture 450 results in approximately 1.25 transistors per pixel. In some embodiments of the PD1-PD16 photodiodes, four photodiodes may be used to detect a red component of the input light, eight photodiodes may be used to detect a green component of the input light, and four photodiodes may be used to detect a blue component. of the entrance light. As can be seen from the comparison of the 4 shared pixels, 8 shared pixels and 16 shared pixels architectures, the greater the number of shared pixels, the lower the efficient results of transistors per pixel.

[0083] Como descrito acima, em algumas modalidades, os circuitos de temporização TS1-TS16 dos circuitos de fotodiodo podem incluir a lógica de alta velocidade para regular o número de despejos de carga enviados dos fotodiodos PD1-PD16 para os capacitores de armazenamento CS1-CS16 e para determinar quando abrir para permitir que a carga nos capacitores de armazenamento respectivos CS1-CS6 sejam lidos através do nó de difusão flutuante. Em algumas modalidades, apenas um capacitor de armazenamento dos capacitores de armazenamento CS1-CS16 pode ser lido pelo conjunto de circuitos de leitura de cada vez. Dessa forma, os circuitos de temporização TS1-TS16 podem ser coordenados de modo que dois não sejam abertos juntos. Pelo acúmulo de múltiplos despejos de carga dos fotodiodos PD1- PD16 no domínio analógico, a energia do dispositivo pode ser economizada em comparação com o acúmulo de múltiplos despejos de carga dos fotodiodos PD1-PD16 no domínio digital. A carga acumulada pode ser lida a partir dos capacitores de armazenamento CS1-CS16 através do nó de difusão flutuante FD, através do seguidor de fonte SF_AMP, e através do transistor de seleção SEL para o nó de voltagem de saída Vcol.[0083] As described above, in some embodiments, the timing circuits TS1-TS16 of the photodiode circuits may include high-speed logic to regulate the number of charge dumps sent from the photodiodes PD1-PD16 to the storage capacitors CS1- CS16 and to determine when to open to allow the charge on the respective storage capacitors CS1-CS6 to be read through the floating diffusion node. In some embodiments, only one storage capacitor of the CS1-CS16 storage capacitors can be read by the read circuitry at a time. In this way, timing circuits TS1-TS16 can be coordinated so that no two are opened together. By accumulating multiple charge dumps of PD1-PD16 photodiodes in the analog domain, device power can be saved compared to accumulating multiple charge dumps of PD1-PD16 photodiodes in the digital domain. The accumulated charge can be read from the CS1-CS16 storage capacitors through the FD floating diffusion node, through the SF_AMP source follower, and through the SEL selection transistor to the Vcol output voltage node.

[0084] As figuras 4B e 4C também ilustram uma modalidade da partição do arranjo de pixels e conjunto de circuitos de pixel em estruturas empilhadas separadas (por exemplo, wafers de silício), similar à descrita acima com relação à figura 4A. Por exemplo, uma primeira parte incluindo os fotodiodos PD1-PD16, as portas de transferência correspondentes TG1-TG16, os capacitores de armazenamento correspondentes CS1-CS16, os circuitos de temporização correspondentes TS1-TS16, e o nó de difusão flutuante FD podem ser substituídos em um wafer de fotodiodo 460 configurado para integrar a carga da luz de entrada. Uma segunda parte incluindo o transistor de reajuste RST, o suprimento de voltagem VDD, o amplificador seguidor de fonte SF_AMP, o transistor de seleção SEL, o nó de voltagem de saída Vcol, e a fonte de corrente Ibias podem ser localizados em um wafer de conjunto de circuitos de pixel 470. Em algumas modalidades, um ou mais desses componentes podem ser localizados em um terceiro wafer de conjunto de circuitos de pixel, não ilustrados nessa figura. De acordo, o espaço de superfície para detecção de luz pode ser aumentado através de ambos o desenho de economia de espaço da arquitetura de pixels compartilhados além da separação dos circuitos de fotodiodo e o conjunto de circuitos de pixel em wafers diferentes. O espaço de superfície para detecção de luz pode ser aumentado visto que quando as estruturas do conjunto de circuitos de pixel e os componentes formando as mesmas são localizados na mesma camada que os circuitos de fotodiodo, por exemplo, o wafer de fotodiodo 460, o estado real disponível para absorção de luz é reduzido (por exemplo, a luz é refletida ou bloqueada pelos componentes ou as conexões entre os mesmos e, dessa forma, não é absorvida pelos fotodiodos PD1-PD16).[0084] Figures 4B and 4C also illustrate an embodiment of partitioning the pixel array and pixel circuitry into separate stacked structures (e.g., silicon wafers), similar to that described above with respect to Figure 4A. For example, a first part including the photodiodes PD1-PD16, the corresponding transfer gates TG1-TG16, the corresponding storage capacitors CS1-CS16, the corresponding timing circuits TS1-TS16, and the floating diffusion node FD can be replaced on a 460 photodiode wafer configured to integrate the input light load. A second part including the reset transistor RST, the voltage supply VDD, the source follower amplifier SF_AMP, the selection transistor SEL, the output voltage node Vcol, and the current source Ibias can be located on a chip wafer. pixel circuitry assembly 470. In some embodiments, one or more of these components may be located on a third pixel circuitry assembly wafer, not illustrated in this figure. Accordingly, the surface space for light detection can be increased through both the space-saving design of the shared pixel architecture in addition to the separation of the photodiode circuits and the pixel circuit assembly on different wafers. The surface space for light detection can be increased since when the pixel circuitry structures and the components forming them are located on the same layer as the photodiode circuits, e.g., the photodiode wafer 460, the state real available for light absorption is reduced (for example, light is reflected or blocked by components or the connections between them and is therefore not absorbed by photodiodes PD1-PD16).

[0085] Quando os componentes de conjunto de circuitos de pixel e estruturas estão localizados em uma camada individual (por exemplo, o wafer de conjunto de circuito de pixel 470), mais estado real é disponibilizado para absorver luz no wafer do fotodiodo 460 pelos fotodiodos PD1-PD16. Por exemplo, o wafer de fotodiodo 460 pode ser configurado como um sensor de imagem iluminado no lado posterior (BSI), onde os componentes descritos acima como sendo colocados no wafer de fotodiodo 460 são integrados ao sensor de imagem BSI. Um sensor de imagem BSI pode ter uma estrutura fixada ao mesmo para fornecer suporte para o sensor de imagem BSI, que pode possuir uma integridade estrutural menor devido às restrições de fabricação e desenho (por exemplo, devido ao sensor de imagem BSI precisar ser muito fino para permitir que a luz penetre no substrato de silício, o wafer de sensor de imagem BSI pode ser frágil e suscetível a danos). Em algumas modalidades, essa estrutura que suporta o wafer de sensor de imagem BSI pode ser um wafer de silício "falso" ou "em branco", de acordo, os componentes localizados no wafer de conjunto de circuito de pixel 470 podem ser integrados ao wafer de suporte utilizado para fornecer um suporte estrutural par ao sensor de imagem BSI. Dessa forma, o sensor de imagem BSI pode ser projetado para ser mais sensível à luz, onde os componentes elétricos utilizados para gerar e ler os sinais em resposta à luz percebida podem ser mais eficientemente localizados de forma estrutural de uma forma que aumente a área com a qual o fotodiodo PD pode absorver luz. Em algumas modalidades, os componentes como indicados como estando no wafer do fotodiodo 460 ou o wafer do conjunto de circuito de pixel 470 podem ser manipulados ou alterados de modo que componentes diferentes estejam em wafers diferentes dos ilustrados nas figuras 4B e 4C. Por exemplo, em algumas modalidades, os componentes da arquitetura de pixels compartilhados podem ser separados entre o wafer de fotodiodo 460 e o wafer de conjunto de circuitos de pixel 470 com base no fato de possuir características elétricas similares, técnicas de fabricação, restrições operacionais, ou qualquer outra característica que possa afetar o desenho, fabricação ou operação do sensor de criação de imagem sendo designado ou os componentes integrados ao sensor de criação de imagem.[0085] When pixel circuitry components and structures are located on an individual layer (e.g., pixel circuitry wafer 470), more real state is available to absorb light on the photodiode wafer 460 by the photodiodes PD1-PD16. For example, the photodiode wafer 460 may be configured as a back-side illuminated (BSI) image sensor, where the components described above as being placed on the photodiode wafer 460 are integrated into the BSI image sensor. A BSI image sensor may have a structure attached to it to provide support for the BSI image sensor, which may have less structural integrity due to manufacturing and design constraints (e.g., because the BSI image sensor must be very thin To allow light to penetrate the silicon substrate, the BSI image sensor wafer can be fragile and susceptible to damage). In some embodiments, this structure supporting the BSI image sensor wafer may be a "dummy" or "blank" silicon wafer, accordingly, components located on the pixel circuit assembly wafer 470 may be integrated into the wafer. bracket used to provide structural support for the BSI image sensor. In this way, the BSI image sensor can be designed to be more sensitive to light, where the electrical components used to generate and read signals in response to perceived light can be more efficiently located structurally in a way that increases the area with which the PD photodiode can absorb light. In some embodiments, components as indicated as being on the photodiode wafer 460 or the pixel circuit assembly wafer 470 may be manipulated or changed so that different components are on different wafers than those illustrated in Figures 4B and 4C. For example, in some embodiments, components of the shared pixel architecture may be separated between the photodiode wafer 460 and the pixel circuitry wafer 470 based on whether they have similar electrical characteristics, manufacturing techniques, operational constraints, etc. or any other characteristic that may affect the design, manufacture or operation of the imaging sensor being designated or the components integrated into the imaging sensor.

[0086] Em algumas modalidades, os componentes integrados à camada superior (por exemplo, wafer de conjunto de circuito de pixel 470) pode ser conectada aos componentes integrados à camada inferior (por exemplo, wafer de fotodiodo 460) através de uma conexão em um ou mais pontos de conexão. Em algumas modalidades, o nó de difusão flutuante FD pode ser configurado para funcionar como o ponto de conexão entre a camada superior (a camada de conjunto de circuitos de pixel 470) e a camada inferior (o wafer de fotodiodo 460) através de uma ligação híbrida de inclinação fina. Em algumas modalidades, as camadas superior e inferior podem ser conectadas através de uma ligação por fusão no mesmo ou em outro ponto de conexão com relação ao nó de difusão flutuante FD. A ligação por fusão pode ser utilizada para interconexões de linha ou coluna, onde a leitura de uma linha ou coluna inteira é transferida para a camada superior. Em algumas modalidades, o tipo de ligações entre as camadas superior e inferior pode determinar, em parte, a divisão dos componentes entre a camada superior e a camada inferior. Por exemplo, quando as ligações por fusão são utilizadas para acoplar a camada superior e inferior, mais dos componentes podem ser integrados à camada inferior. O transistor de seleção SEL e o amplificador seguidor de fonte SF_AMP do wafer de conjunto de circuitos de pixel 470 podem ser conectados ao nó de difusão flutuante FD do wafer de fotodiodo 460. Mais detalhes referentes às ligações híbridas de inclinação fina serão fornecidos abaixo com relação à figura 5A, enquanto que detalhes adicionais referentes às ligações por fusão serão fornecidos com relação à figura 5B. Em algumas modalidades, o wafer de fotodiodo 460 pode compreender um wafer de conjunto detector e wafer de conjunto de circuitos de pixel pode compreender um Wafer ASIC de Modo Misto FET/AFE/ADE/ADC de Pixel, como ilustrado nas figuras 4B e 4B.[0086] In some embodiments, components integrated into the upper layer (e.g., pixel circuit assembly wafer 470) may be connected to components integrated into the lower layer (e.g., photodiode wafer 460) through a connection in a or more connection points. In some embodiments, the floating diffusion node FD may be configured to function as the connection point between the top layer (the pixel circuitry layer 470) and the bottom layer (the photodiode wafer 460) via a link. fine slope hybrid. In some embodiments, the upper and lower layers may be connected via a fusion bond at the same or another connection point with respect to the floating diffusion node FD. Fusion bonding can be used for row or column interconnections, where the reading of an entire row or column is transferred to the upper layer. In some embodiments, the type of connections between the upper and lower layers may determine, in part, the division of components between the upper layer and the lower layer. For example, when fusion bonds are used to couple the top and bottom layer, more of the components can be integrated into the bottom layer. The SEL selection transistor and SF_AMP source follower amplifier of the 470 pixel circuitry wafer can be connected to the FD floating diffusion node of the 460 photodiode wafer. to Figure 5A, while additional details regarding fusion bonds will be provided with respect to Figure 5B. In some embodiments, the photodiode wafer 460 may comprise a detector array wafer and the pixel circuitry wafer may comprise a Pixel FET/AFE/ADE/ADC Mixed Mode ASIC Wafer, as illustrated in Figures 4B and 4B.

[0087] A figura 5A ilustra uma modalidade de um sensor de imagem CMOS empilhado 3D compreendendo a arquitetura de pixels compartilhados entrelaçados das figuras 4A, 4B e 4C com ligação híbrida de inclinação fina de nível de pixel. O sensor de imagem CMOS empilhado 3D apresenta três camadas distintas do sensor de imagem CMOS empilhado 3D. A primeira camada (inferior) 505 pode compreender a camada inferior descrita acima como sendo o wafer de fotodiodo 410, 460. Como ilustrado na figura 5A, a primeira camada 505 pode compreender uma camada de sensor BSI. A camada de sensor BSI 505 como ilustrada ilustra uma amostra de três fotodiodos PD1-PD3 das arquiteturas de pixels compartilhados das figuras 1A-1C. Os fotodiodos PD1-PD3 são ilustrados possuindo portas de transferência TG1-TG3, respectivamente, conectando os fotodiodos PD1-PD3 a nós de difusão flutuantes individuais FD1-FD3. Os nós de difusão flutuantes FD1-FD3 são ilustrados como conectando, cada um, a camada intermediária 506 através das ligações híbridas de inclinação fina individuais.[0087] Figure 5A illustrates an embodiment of a 3D stacked CMOS image sensor comprising the interlaced shared pixel architecture of Figures 4A, 4B and 4C with pixel-level fine tilt hybrid bonding. The 3D stacked CMOS image sensor features three distinct layers of the 3D stacked CMOS image sensor. The first (lower) layer 505 may comprise the lower layer described above as the photodiode wafer 410, 460. As illustrated in Figure 5A, the first layer 505 may comprise a BSI sensor layer. The BSI 505 sensor layer as illustrated illustrates a sample of three PD1-PD3 photodiodes from the shared pixel architectures of Figures 1A-1C. Photodiodes PD1-PD3 are illustrated having transfer ports TG1-TG3, respectively, connecting photodiodes PD1-PD3 to individual floating diffusion nodes FD1-FD3. Floating diffusion nodes FD1-FD3 are illustrated as each connecting the intermediate layer 506 via individual fine-pitch hybrid bonds.

[0088] A segunda camada (intermediária) 506 pode compreender a camada superior descrita acima como sendo o wafer de conjunto de circuito de pixel 470. A segunda camada 506 pode compreender a extremidade dianteira analógica (AFE), o conjunto de circuitos de conversão A/D, e o conjunto de circuitos de pixel descrito acima. Por exemplo, a segunda camada 506 pode compreender o transistor de reajuste TSR, o transistor de seleção SEL, o transistor de amplificação SF_AMP, e o circuito de temporização TS com o capacitor de armazenamento CS. Para sensores BSI como ilustrado na primeira camada 505, a segunda camada 506 pode compreender previamente o wafer de suporte que fornece suporte estrutural para as camadas de sensor BSI, mas não fornece quaisquer capacidades funcionais. Como ilustrado na figura 5A e como discutido acima com relação às figuras 4A e 4B, a segunda camada 506 pode ser configurada para fornecer suporte estrutural e suporte funcional através dos componentes de conjunto de circuito de pixel integrados à segunda camada 506.[0088] The second (intermediate) layer 506 may comprise the top layer described above as the pixel circuitry wafer 470. The second layer 506 may comprise the analog front end (AFE), the conversion circuitry A /D, and the pixel circuitry described above. For example, the second layer 506 may comprise the TSR reset transistor, the SEL selection transistor, the SF_AMP amplification transistor, and the TS timing circuit with the CS storage capacitor. For BSI sensors as illustrated in the first layer 505, the second layer 506 may pre-comprise the support wafer that provides structural support for the BSI sensor layers, but does not provide any functional capabilities. As illustrated in Figure 5A and as discussed above with respect to Figures 4A and 4B, the second layer 506 may be configured to provide structural support and functional support through the pixel circuitry components integrated into the second layer 506.

[0089] A terceira camada (superior) 507 pode ser configurada como o processador de sinal de imagem ou a camada de processamento de sinal digital ou camada de conjunto de circuitos de leitura. Por exemplo, a terceira camada 507 pode compreender os chips lógicos ou outros conjuntos de circuito configurados para realizar o processamento final e/ou leitura dos sinais gerados pelo sensor BSI e convertido na forma digital pelo conjunto de circuitos de leitura. Em algumas modalidades, a terceira camada 507 pode ser excluída da estrutura empilhada 3D CMOS, e os componentes configurados para processar adicionalmente o sinal do conjunto de circuitos de pixel podem ser integrados à segunda camada 506.[0089] The third (top) layer 507 can be configured as the image signal processor or the digital signal processing layer or readout circuitry layer. For example, the third layer 507 may comprise logic chips or other circuitry configured to perform final processing and/or reading of signals generated by the BSI sensor and converted into digital form by the reading circuitry. In some embodiments, the third layer 507 may be excluded from the 3D CMOS stack structure, and components configured to further process the signal from the pixel circuitry may be integrated into the second layer 506.

[0090] Como ilustrado na figura 5A, uma luz de entrada 510 à qual os fotodiodos PD1-PD3 são expostos pode emitir ascendentemente a partir do fundo da figura, permitindo, assim, que a maior parte da luz gerada seja incidente nos fotodiodos PD1-PD3 sem precisar passar através do wafer de conjunto de circuitos de pixel 470. Como discutido acima, a realocação dos componentes para o conjunto de circuitos de pixel para a segunda camada 506 libera a área na primeira camada 505 que pode não fornecer mais exposição dos fotodiodos PD1-PD3 à luz. De acordo, os fotodiodos PD1-PD3 podem ser mais eficientes e rápidos. Com base na luz à qual são expostos, os fotodiodos PD1-PD3 podem gerar sinais de corrente que podem ser transferidos para os nós de difusão flutuantes quando a porta de transferência respectiva TG1-TG3 é ativada através de um sinal dos barramentos de porta de transferência (não ilustrados nessa figura). Então, os sinais de corrente nos nós de difusão flutuantes FD1-FD3 podem ser transferidos para o conjunto de circuitos de pixel da segunda camada 506 através das ligações híbridas de inclinação fina. O conjunto de circuitos de pixel pode então configurar os sinais de corrente recebidos através das ligações híbridas de inclinação fina a serem lidos com 1 cor por canal como descrito acima com relação às figuras 2 e 3.[0090] As illustrated in Figure 5A, an input light 510 to which photodiodes PD1-PD3 are exposed can emit upwardly from the bottom of the figure, thus allowing the majority of the light generated to be incident on the photodiodes PD1- PD3 without needing to pass through the pixel circuitry wafer 470. As discussed above, relocating the components for the pixel circuitry to the second layer 506 frees up the area in the first layer 505 that may no longer provide exposure of the photodiodes PD1-PD3 to light. Accordingly, PD1-PD3 photodiodes can be more efficient and faster. Based on the light they are exposed to, the PD1-PD3 photodiodes can generate current signals that can be transferred to the floating diffusion nodes when the respective transfer gate TG1-TG3 is activated via a signal from the transfer gate buses. (not illustrated in this figure). Then, the current signals in the floating diffusion nodes FD1-FD3 can be transferred to the second layer pixel circuitry 506 through the fine slope hybrid connections. The pixel circuitry can then configure the current signals received through the fine-pitch hybrid links to be read with 1 color per channel as described above with respect to Figures 2 and 3.

[0091] A figura 5B ilustra outra modalidade de um sensor de imagem CMOS empilhado 3D compreendendo a arquitetura de pixels compartilhados entrelaçada das figuras 4A e 4B com ligação por fusão de nível de coluna/linha. Na modalidade apresentada na figura 5B, existem quatro níveis estruturais. O primeiro nível (inferior) 555 é identificado como sendo a camada de sensor BSI, enquanto o segundo nível 556 é identificado como a extremidade dianteira analógica (AFE) e a camada de conversão digital analógica (ADC), o terceiro nível 557 é identificado como sendo o ISP/DSP, e a quarta camada (superior) é o substrato de painel PC (PCB), por exemplo, F/R4. A estrutura e os componentes integrados das várias camadas podem ser similares às camadas 505-507 da figura 5A. Em algumas modalidades, a estrutura e os componentes integrados das várias camadas podem ser diferentes dos das camadas 505-507 da figura 5A. Enquanto a divisão de componentes entre a primeira camada 505 e a segunda camada 506 da figura 5A corresponde à divisão de componentes como ilustrado nas figuras 4A e 4B, a divisão dos componentes entre a primeira camada 555 e a segunda camada 556 da figura 5B pode corresponder a uma divisão onde a maior parte dos componentes do circuito de fotodiodos e o circuito de pixels está na mesma camada. Por exemplo, enquanto as figuras 4A e 4B apresentam os fotodiodos PD1-PD3 e as portas de transferência TG1-TG3 como estando em um wafer de conjunto de detector 410, 460 enquanto o conjunto de circuitos de pixel compartilhado foi separado no wafer de conjunto de circuitos de pixel 420, 470, a seção transversal 3D ilustrada na figura 5B representa uma apresentação na qual todos os componentes das figuras 4A e 4B são integrados na mesma camada de silício exceto pela fonte decorrente Ibias e onde a camada superior é acoplada à camada intermediária através de uma ou mais ligações por fusão.[0091] Figure 5B illustrates another embodiment of a 3D stacked CMOS image sensor comprising the interlaced shared pixel architecture of Figures 4A and 4B with column/row level fusion bonding. In the embodiment presented in figure 5B, there are four structural levels. The first (lower) level 555 is identified as the BSI sensor layer, while the second level 556 is identified as the analog front end (AFE) and analog digital conversion (ADC) layer, the third level 557 is identified as being the ISP/DSP, and the fourth (top) layer is the PC panel substrate (PCB), e.g. F/R4. The structure and integrated components of the various layers may be similar to layers 505-507 of Figure 5A. In some embodiments, the structure and integrated components of the various layers may be different from those of layers 505-507 of Figure 5A. While the division of components between the first layer 505 and the second layer 506 of Figure 5A corresponds to the division of components as illustrated in Figures 4A and 4B, the division of components between the first layer 555 and the second layer 556 of Figure 5B may correspond to a division where most of the components of the photodiode circuit and the pixel circuit are on the same layer. For example, while Figures 4A and 4B show the PD1-PD3 photodiodes and TG1-TG3 transfer ports as being on a detector array wafer 410, 460 while the shared pixel circuitry has been separated on the detector array wafer. pixel circuits 420, 470, the 3D cross section illustrated in Figure 5B represents a presentation in which all components of Figures 4A and 4B are integrated on the same silicon layer except for the Ibias current source and where the top layer is coupled to the middle layer through one or more fusion bonds.

[0092] Por exemplo na primeira camada 555, os fotodiodos PD1-PD3 podem ser configurados para converter energia de luz recebida através da luz 560 que flui ascendentemente a partir do fundo da página em sinais decorrente. Os sinais de corrente convertidos podem ser transferidos dos fotodiodos PD1-PD3 para os nós de difusão flutuantes FD1-FD3 associados com cada um dos fotodiodos PD1-PD3 através dos transistores de porta de transferencai TG1-TG3 em resposta ao recebimento do sinal nos barramentos respectivos TG_1-TG_3 como referido nas figuras 4A e 4B.[0092] For example in the first layer 555, photodiodes PD1-PD3 may be configured to convert light energy received through light 560 flowing upward from the bottom of the page into current signals. The converted current signals can be transferred from the photodiodes PD1-PD3 to the floating diffusion nodes FD1-FD3 associated with each of the photodiodes PD1-PD3 via transfer gate transistors TG1-TG3 in response to receiving the signal on the respective buses. TG_1-TG_3 as referred to in figures 4A and 4B.

[0093] A segunda camada 556 pode compreender uma camada analógica. A segunda camada 556 pode compreender uma extremidade dianteira analógica (AFE) e/ou um conjunto de circuitos de conversão A/D descrito acima. Por exemplo, a segunda camada 556 pode compreender os componentes configurados para realizar a manipulação analógica dos sinais recebidos da segunda camada BSI (primeira camada 555). Para sensores BSI como ilustrado na primeira camada 555, a segunda camada 556 pode compreender previamente o wafer de suporte que forneceu suporte estrutural para as camadas de sensor BSI mas não forneceu quaisquer capacidades funcionais. Como ilustrado na figura 5B, a segunda camada 556 pode ser configurada para fornecer suporte estrutural e suporte funcional através dos componentes analógicos integrados à segunda camada 556. Em algumas modalidades, os componentes do conjunto de circuitos de leitura podem ser integrados à segunda camada 556. Esse conjunto de circuitos pode incluir os capacitores de amostragem/retenção discutidos acima e outros componentes utilizados para ler os valores de carga a partir dos pixels.[0093] The second layer 556 may comprise an analog layer. The second layer 556 may comprise an analog front end (AFE) and/or an A/D conversion circuitry described above. For example, the second layer 556 may comprise components configured to perform analog manipulation of signals received from the second BSI layer (first layer 555). For BSI sensors as illustrated in the first layer 555, the second layer 556 may previously comprise the support wafer that provided structural support for the BSI sensor layers but did not provide any functional capabilities. As illustrated in Figure 5B, the second layer 556 may be configured to provide structural support and functional support through the analog components integrated into the second layer 556. In some embodiments, the readout circuitry components may be integrated into the second layer 556. This circuitry may include the sample/hold capacitors discussed above and other components used to read the charge values from the pixels.

[0094] A terceira camada 557 pode ser configurada como o processador de sinal de imagem ou camada de processamento de sinal digital ou camada de conjunto de circuito de leitura. Por exemplo, a terceira camada 557 pode compreender os chips lógicos e outro conjunto de circuitos configurado para realizar o processamento final e/ou leitura dos sinais gerados pelo sensor BSI e convertidos na forma digital pelo conjunto de circuitos de leitura. Em algumas modalidades, a terceira camada 557 pode ser excluída da estrutura empilhada 3D CMOS, e os componentes configurados para processar adicionalmente o sinal a partir do conjunto de circuitos de leitura podem ser integrados à terceira camada 557.[0094] The third layer 557 may be configured as the image signal processor or digital signal processing layer or readout circuitry layer. For example, the third layer 557 may comprise logic chips and another set of circuitry configured to perform final processing and/or reading of the signals generated by the BSI sensor and converted into digital form by the readout circuitry. In some embodiments, the third layer 557 may be excluded from the 3D CMOS stack structure, and components configured to further process the signal from the readout circuitry may be integrated into the third layer 557.

[0095] A figura 6A e a figura 6B ilustram duas seções de um diagrama de temporização da arquitetura entrelaçada de quatro transistores e 4 pixels de sensor de imagem compartilhados da figura 1B, de acordo com uma modalidade ilustrativa, possuindo pontos de conexão A-X para indicar a continuação dos elementos entre as figuras 6A e 6B. As figuras 6A e 6B ilustram um diagrama de temporização com aumento de tempo ao longo do eixo geométrico x e com as ativações liga-desliga de vários sinais ao longo do eixo geométrico y. Os vários sinais juntamente com o eixo geométrico y podem corresponder a transistores ou outros componentes do circuito de pixel descrito acima ou o circuito de leitura descrito acima. A metade superior do diagrama de temporização ilustra temporizações de ativação para o transistor de reajuste (referido como RES nas figuras 1A a 2; rotuladas "Reconfigurar" nas figuras 6A e 6B), as portas de transferência (referidas como TG1-TG4 nas figuras 1A a 2; rotuladas TG_P1, TG_P2, TG_P3, TG_P4 nas figuras 6A e 6B), e a temporização para ativação do transistor de seleção de linha (referido como SEL nas figuras 1A a 2; rotuladas Row_Sel nas figuras 6A e 6B). A metade inferior do diagrama de temporização ilustra temporizações de ativação para componentes alimentando vários capacitores de amostragem/retenção (rotulados SM11, SM21, SM12, e SM22 nas figuras 6A e 6B) e comutadores de amplificação de coluna (rotulados Phi21 e Phi22 nas figuras 6A e 6B).[0095] Figure 6A and Figure 6B illustrate two sections of a timing diagram of the shared four-transistor, 4-pixel image sensor interlaced architecture of Figure 1B, in accordance with an illustrative embodiment, having connection points A-X to indicate the continuation of the elements between figures 6A and 6B. Figures 6A and 6B illustrate a timing diagram with increasing time along the x axis and with on-off activations of various signals along the y axis. The various signals together with the y-axis may correspond to transistors or other components of the pixel circuit described above or the readout circuit described above. The top half of the timing diagram illustrates turn-on timings for the reset transistor (referred to as RES in Figures 1A through 2; labeled "Reset" in Figures 6A and 6B), the transfer gates (referred to as TG1-TG4 in Figures 1A to 2; labeled TG_P1, TG_P2, TG_P3, TG_P4 in Figures 6A and 6B), and the timing for activation of the row selection transistor (referred to as SEL in Figures 1A to 2; labeled Row_Sel in Figures 6A and 6B). The lower half of the timing diagram illustrates turn-on timings for components powering various sample/hold capacitors (labeled SM11, SM21, SM12, and SM22 in Figures 6A and 6B) and speaker amplification switches (labeled Phi21 and Phi22 in Figures 6A and 6B).

[0096] Dessa forma, as temporizações de ativação dos transistores e outros componentes são ilustrados em conjunto com as temporizações de ativação dos componentes de amostragem e retenção SM11, SM21, SM12 e SM22 e componentes de amplificação de coluna Phi21 e Phi22. O diagrama de temporização ilustra que o transistor de reajuste é ativado periodicamente. Quando qualquer uma das portas de transferência TG_P1-TG-P4 é ativada ao mesmo tempo que o transistor de reajuste, os fotodiodos (referidos como PD1- PD4 nas figuras 1A a 2; rotulados P1-P4 nas figuras 6A e 6B) são reajustados para uma voltagem padrão à qual o transistor de reajuste é acoplado. Por exemplo, no momento t0, o transistor de reajuste e a porta de transferência TG-P1 são ilustrados como sendo, ambos, ativados ao mesmo tempo. Dessa forma, no momento t0, o fotodiodo acoplado à porta de transferência TG_P1 (por exemplo, fotodiodo PD1) é reajustado para a voltagem acoplada. Cada uma das portas de transferência TG_P1 - TG_P4 é ativada simultaneamente com o transistor de reajuste em momentos diferentes, de modo que apenas uma única porta de transferência TG_P1 - TG_P4 seja ativada simultaneamente com o transistor de reajuste. Adicionalmente, quando o transistor de reajuste Reconfigurar está ativo, mas nenhuma das portas de transferência TG_P1- TG_P4 está ativa, o capacitor de armazenamento ou o nó de difusão flutuante é reajustado para a voltagem acoplada.[0096] In this way, the activation timings of the transistors and other components are illustrated in conjunction with the activation timings of the sample and hold components SM11, SM21, SM12 and SM22 and column amplification components Phi21 and Phi22. The timing diagram illustrates that the reset transistor is activated periodically. When any of the TG_P1-TG-P4 transfer ports are activated at the same time as the reset transistor, the photodiodes (referred to as PD1-PD4 in Figures 1A through 2; labeled P1-P4 in Figures 6A and 6B) are reset to a standard voltage to which the reset transistor is coupled. For example, at time t0, the reset transistor and the TG-P1 transfer gate are illustrated as both being activated at the same time. In this way, at time t0, the photodiode coupled to the TG_P1 transfer port (e.g. photodiode PD1) is readjusted to the coupled voltage. Each of the TG_P1 - TG_P4 transfer ports is activated simultaneously with the reset transistor at different times, so that only a single TG_P1 - TG_P4 transfer port is activated simultaneously with the reset transistor. Additionally, when the Reset reset transistor is active, but none of the TG_P1- TG_P4 transfer ports are active, the storage capacitor or floating diffusion node is reset to the coupled voltage.

[0097] O período de tempo entre as ativações para uma porta de transferência TG_P1-TG_P4 associada com um fotodiodo PD pode representar o período de integração do fotodiodo acoplado ao TG_P1 - TG_P4 particular. Por exemplo, entre o momento t0 e o momento t6, o fotodiodo acoplado à porta de transferência TG-P1 (por exemplo, PD1) pode integrar a luz e gerar uma carga correspondente à luz integrada. No momento t0, o fotodiodo PD1 pode ser reajustado quando ambos o transistor de porta de transferência TG_P1 e o transistor de reajuste PD1 são ativados ao mesmo tempo. No momento t6, a carga acumulada em PD1 pode ser transferida para um capacitor de armazenamento/nó de difusão flutuante. Como ilustrado, cada uma das portas de transferência TG_P1-TG_P4 possui um tempo de integração associado com as mesmas entre ativações subsequentes das respectivas portas de transferência TG_P1 - TG_P4. O transistor de seleção de linha Row_Sel indica quando o transistor de seleção de linha está ativado para uma leitura de uma porta de transferência particular TG_P1-TG_P4 e combinação de fotodiodos. Os fotodiodos podem integrar a luz até que a porta de transferência TG_P1-TG_P4 associada com o fotodiodo for ativada para transferir a carga integrada para o capacitor de armazenamento.[0097] The period of time between activations for a TG_P1-TG_P4 transfer port associated with a PD photodiode may represent the integration period of the photodiode coupled to the particular TG_P1 - TG_P4. For example, between time t0 and time t6, the photodiode coupled to the TG-P1 transfer port (e.g. PD1) can integrate light and generate a charge corresponding to the integrated light. At time t0, the photodiode PD1 can be reset when both the transfer gate transistor TG_P1 and the reset transistor PD1 are turned on at the same time. At time t6, the charge accumulated in PD1 can be transferred to a floating storage capacitor/diffusion node. As illustrated, each of the TG_P1-TG_P4 transfer ports has an integration time associated with it between subsequent activations of the respective TG_P1 - TG_P4 transfer ports. The row select transistor Row_Sel indicates when the row select transistor is enabled for a reading from a particular transfer gate TG_P1-TG_P4 and photodiode combination. The photodiodes can integrate light until the TG_P1-TG_P4 transfer port associated with the photodiode is activated to transfer the integrated charge to the storage capacitor.

[0098] Como indicado nas figuras 6A e 6B, um "tempo de linha única" pode indicar a quantidade de tempo que passa durante o qual uma única linha de pixels é lida. Como ilustrado nas figuras 6A e 6B, a leitura de uma linha pode compreender a leitura de mais de um pixel. Por exemplo, na figura 2, cada uma das quatro linhas ilustradas pode compreender dois pixels diferentes. De forma similar, a quantidade de tempo que passa entre o início de uma primeira leitura P1 e uma segunda leitura subsequente a P1 pode ser definida como "tempo de um quadro", onde os pixels de um determinado quando são lidos O tempo "t_pix" ilustrado no diagrama de temporização pode indicar o tempo de pixel, que completou uma amostragem de reconfiguração e níveis de sinal de um pixel singular durante o período de leitura. Quando da leitura de todos os pixels em uma linha, o período de tempo é referido como um tempo de linha.[0098] As indicated in Figures 6A and 6B, a "single line time" can indicate the amount of time that passes during which a single line of pixels is read. As illustrated in Figures 6A and 6B, reading a line can comprise reading more than one pixel. For example, in figure 2, each of the four illustrated lines can comprise two different pixels. Similarly, the amount of time that passes between the start of a first reading P1 and a second reading subsequent to P1 can be defined as "time of a frame", where the pixels of a given when are read The time "t_pix" illustrated in the timing diagram can indicate the time of pixel, which completed a reconfiguration sampling and signal levels of a singular pixel during the reading period. When reading all the pixels in a row, the period of time is referred to as a row time.

[0099] Como indicado nas figuras 6A e 6B, o transistor de seleção de linha Row_Sel realiza duas leituras para cada fotodiodo PD1-PD4. As duas leituras separadas de cada fotodiodo PD1-PD4 podem fornecer compensação e/ou redução de ruído. Por exemplo, no momento t5, o transistor de seleção de linha Row_Sel é ativado para uma primeira leitura do capacitor de armazenamento e/ou nó de difusão flutuante. Essa leitura inicial ocorre logo depois que o capacitor de armazenamento e/ou o nó de difusão flutuante é reajustado pelo transistor de reajuste Reconfigurar ativando no momento t4; essa leitura inicial pode fornecer a linha de base para o ruído associado com a leitura. Subsequentemente, a porta de transferência TG_P1 pode ser ativada no momento t6 para transferir a carga do fotodiodo PD1 acoplado ao transistor de porta de transferência TG_P1 para o capacitor de armazenamento e/ou nó de difusão flutuante. Então, depois que TG_P1 é ativado no momento t6, o transistor de seleção de linha Row_Sel é ativado no momento t7 para uma segunda leitura do capacitor de armazenamento e/ou nó de difusão flutuante. Essa segunda leitura pode fornecer um valor de leitura que pode ser corrigido com base no valor de leitura de linha de base. As duas leituras indicadas podem corresponder às medições de redução de ruído descritas acima. Pela realização de duas leituras, por exemplo, pela amostragem do capacitor de armazenamento antes e depois de a porta de transferência TG_P1-TG-P4 ser ligada, a amostragem dupla correlacionada com um tempo de amostragem curto pode ser realizada, eliminando, assim, pelo menos um ruído kTC. Adicionalmente, outros tipos de ruído podem ser eliminados ou compensados pela implementação de técnicas de múltiplas leituras similares.[0099] As indicated in figures 6A and 6B, the row selection transistor Row_Sel performs two readings for each photodiode PD1-PD4. The two separate readings from each photodiode PD1-PD4 can provide compensation and/or noise reduction. For example, at time t5, the row selection transistor Row_Sel is activated for a first reading from the storage capacitor and/or floating diffusion node. This initial reading occurs shortly after the storage capacitor and/or the floating diffusion node is reset by the Reset reset transistor activating at time t4; This initial reading can provide the baseline for noise associated with the reading. Subsequently, the transfer gate TG_P1 can be activated at time t6 to transfer the charge from the photodiode PD1 coupled to the transfer gate transistor TG_P1 to the storage capacitor and/or floating diffusion node. Then, after TG_P1 is activated at time t6, the row selection transistor Row_Sel is activated at time t7 for a second reading from the storage capacitor and/or floating diffusion node. This second reading can provide a reading value that can be corrected based on the baseline reading value. The two indicated readings may correspond to the noise reduction measurements described above. By taking two readings, for example by sampling the storage capacitor before and after the TG_P1-TG-P4 transfer port is turned on, correlated double sampling with a short sampling time can be performed, thus eliminating at least minus one kTC noise. Additionally, other types of noise can be eliminated or compensated by implementing similar multiple reading techniques.

[0100] Em algumas modalidades, o conjunto de circuitos de coluna de leitura pode compreender um capacitor de amostragem/retenção por coluna. Em algumas modalidades, o conjunto de circuitos de coluna de leitura para um sistema de criação de imagem pode compreender um par de capacitores de amostragem/retenção por coluna. Em qualquer caso, os capacitores de amostragem/retenção podem ser utilizados para reduzir uma leitura de ruído do sistema de criação de imagem como descrito acima. Os sinais SM11, SM21, SM12 e SM22 podem representar os sinais utilizados para obter a linha de base (referência) e a leitura (amostra). Por exemplo, a amostragem/retenção SM11: o sinal reajustado pode ser utilizado para obter a linha de base do capacitor de armazenamento ou nó de difusão flutuante antes do "despejo" da carga de um dos fotodiodos PD1-PD4 no capacitor de armazenamento ou nó de difusão flutuante, como ilustrado no momento t5. Então, depois que a carga do fotodiodo P1 é transferida para dentro do capacitor e armazenamento ou nó de difusão flutuante no momento t6, o sinal de amostragem/retenção SM21 pode ser utilizado para obter a carga transferida do fotodiodo P1. Então, a carga lida no momento t4 pode ser subtraída da carga lida no momento t7 para obter o valor de leitura sem o ruído que é comum entre a linha de base e os valores amostrados. A coluna-ampSW- 1/SW-2 pode representar os componentes de amplificação que estão amplificando os valores lidos dos canais de leitura de coluna superior e inferior, como apresentado na figura 7.[0100] In some embodiments, the readout column circuitry may comprise one sample/hold capacitor per column. In some embodiments, the readout column circuitry for an imaging system may comprise a pair of sample/hold capacitors per column. In any case, sample/hold capacitors can be used to reduce a noise reading from the imaging system as described above. Signals SM11, SM21, SM12 and SM22 can represent the signals used to obtain the baseline (reference) and reading (sample). For example, SM11 sampling/holding: the retuned signal can be used to baseline the storage capacitor or floating diffusion node before "dumping" the charge from one of the photodiodes PD1-PD4 into the storage capacitor or node of fluctuating diffusion, as illustrated at time t5. Then, after the charge of photodiode P1 is transferred into the capacitor and storage or floating diffusion node at time t6, the sample/hold signal SM21 can be used to obtain the charge transferred from photodiode P1. Then, the charge read at time t4 can be subtracted from the charge read at time t7 to obtain the reading value without the noise that is common between the baseline and the sampled values. The ampSW-1/SW-2 column can represent the amplification components that are amplifying the values read from the upper and lower column reading channels, as shown in figure 7.

[0101] A figura 7 ilustra um exemplo de um diagrama em bloco de leitura da arquitetura entrelaçada de 4 transistores e 4 pixels de sensor de imagem compartilhados da figura 1B de acordo com o diagrama de temporização das figuras 6A e 6B. Como apresentado, existem dois circuitos de leitura, um para as cargas lidas pelo canal de leitura ascendente e um para as cargas lidas pelo canal de leitura descendente. Os vários componentes acima e abaixo do arranjo de pixels compreendem comutadores de amostragem, os capacitores de amostragem, os multiplexadores de endereçamento de coluna e barramentos de sinal e reconfiguração, e amplificador de ganho variável. Esses componentes, em combinação, podem receber sinais do arranjo de pixels, amplificar os sinais e multiplexar os sinais para um ou mais sinais de vídeo.[0101] Figure 7 illustrates an example of a readout block diagram of the interlaced architecture of 4 transistors and 4 shared image sensor pixels of Figure 1B in accordance with the timing diagram of Figures 6A and 6B. As shown, there are two reading circuits, one for the loads read by the upward reading channel and one for the loads read by the downward reading channel. The various components above and below the pixel array comprise sampling switches, sampling capacitors, column addressing multiplexers and signal and reconfiguration buses, and variable gain amplifier. These components, in combination, can receive signals from the pixel array, amplify the signals, and multiplex the signals to one or more video signals.

Visão Geral do Dispositivo de Criação de Imagem IlustrativoIllustrative Imaging Device Overview

[0102] A figura 8 ilustra um diagrama esquemático de alto nível de uma modalidade de um dispositivo de captura de imagem 700, o dispositivo 700 possuindo um conjunto de componentes incluindo um processador de imagem 720 conectado a uma câmera 701 (sensor de imagem). O processador de imagem 720 também está em comunicação com uma memória de trabalho 765, a memória 730, o processador de dispositivo 755, que, por sua vez, está em comunicação com o armazenador 770 e um monitor eletrônico opcional 760.[0102] Figure 8 illustrates a high-level schematic diagram of an embodiment of an image capture device 700, the device 700 having a set of components including an image processor 720 connected to a camera 701 (image sensor). Image processor 720 is also in communication with a working memory 765, memory 730, device processor 755, which in turn is in communication with store 770, and an optional electronic display 760.

[0103] O dispositivo 700 pode ser um dispositivo de computação pessoal portátil, por exemplo, um telefone móvel, câmera digital, computador de tablet, assistente digital pessoal, ou similares. O dispositivo 700 também pode ser um dispositivo de computação estacionário ou qualquer dispositivo. Uma pluralidade de aplicativos pode estar disponível para o usuário no dispositivo 700. Esses aplicativos podem incluir aplicativos fotográficos e de vídeo tradicionais, por exemplo, aplicativos referentes ao gerenciamento de usuário do número de despejo de carga, número de quadros diferenciais, aplicativos de criação de imagem HDR, e similares.[0103] Device 700 may be a portable personal computing device, e.g., a mobile phone, digital camera, tablet computer, personal digital assistant, or the like. Device 700 may also be a stationary computing device or any device. A plurality of applications may be available to the user on device 700. These applications may include traditional photographic and video applications, e.g., applications pertaining to user management of load dump number, number of differential frames, image creation applications. HDR image, and the like.

[0104] O dispositivo de captura de imagem 700 inclui a câmera 701 para capturar imagens externas. A câmera 701 pode incluir um arranjo de pixels 710 e um conjunto de circuitos de leitura com capacitor de armazenamento adicional 715 como descrito acima. De acordo com as arquiteturas descritas acima, os capacitores de armazenamento podem possuir a capacitância para armazenar um número de despejo de carga a partir do pixel associado. A câmera 701 pode ser configurada para captura contínua ou intermitente dos quadros de visualização prévia, além da captura de imagens finais de resolução total.[0104] Image capture device 700 includes camera 701 for capturing external images. The camera 701 may include a pixel array 710 and an additional storage capacitor readout circuitry 715 as described above. According to the architectures described above, storage capacitors may have the capacitance to store a number of charge dumps from the associated pixel. Camera 701 can be configured to capture continuous or intermittent preview frames in addition to capturing final full resolution images.

[0105] O processador de imagem 720 pode ser configurado para realizar várias operações de processamento em quadros de visualização previa recebidos. O processador 720 pode ser uma unidade de processamento de finalidade geral ou um processador especificamente projetado para aplicativos de criação de imagem. Exemplos das operações de processamento de imagem incluem geração de ddos AWB e AEC, cálculo de corrente de LED, recorte, escalonamento (por exemplo, para uma resolução diferente), costura de imagem, conversão de formato de imagem, interpolação de cor, processamento de cor, filtragem de imagem (por exemplo, filtragem de imagem espacial), correção de artefato ou defeito de lente, etc. O processador 720 pode, em algumas modalidades, compreender uma pluralidade de processadores. O processador 720 pode ser um ou mais dos processadores de sinal de imagem dedicada (ISPs) ou uma implementação de software de um processador.[0105] Image processor 720 may be configured to perform various processing operations on received preview frames. Processor 720 may be a general purpose processing unit or a processor specifically designed for imaging applications. Examples of image processing operations include AWB and AEC data generation, LED current calculation, cropping, scaling (e.g., to a different resolution), image stitching, image format conversion, color interpolation, image processing, color, image filtering (e.g. spatial image filtering), lens artifact or defect correction, etc. The processor 720 may, in some embodiments, comprise a plurality of processors. The processor 720 may be one or more of the dedicated image signal processors (ISPs) or a software implementation of a processor.

[0106] Como ilustrado, o processador de imagem 720 é conectado a uma memória 730 e a uma memória de trabalho 765. Na modalidade ilustrada, a memória 730 armazena o módulo de controle de captura 735, o módulo de extensão total de capacidade de depósito 740, o módulo de compensação de ruído 780, e o sistema operacional 750. Os módulos da memória 730 incluem instruções que configuram o processador de imagem 720 do processador de dispositivo 755 para realizar várias tarefas de gerenciamento de dispositivo e processamento de imagem. A memória de trabalho 765 pode ser utilizada pelo processador de imagem 720 para armazenar um conjunto de trabalho de instruções de processador contido nos módulos da memória 730. Alternativamente, a memória de trabalho 765 também pode ser utilizada pelo processador de imagem 720 para armazenar dados dinâmicos criados durante a operação do dispositivo 700.[0106] As illustrated, the image processor 720 is connected to a memory 730 and a working memory 765. In the illustrated embodiment, the memory 730 stores the capture control module 735, the deposit capacity full extension module 740, the noise compensation module 780, and the operating system 750. The memory modules 730 include instructions that configure the image processor 720 of the device processor 755 to perform various device management and image processing tasks. Working memory 765 may be used by image processor 720 to store a working set of processor instructions contained in memory modules 730. Alternatively, working memory 765 may also be used by image processor 720 to store dynamic data. created during operation of device 700.

[0107] O módulo de extensão de capacidade total de depósito 740 pode armazenar sub-módulos do módulo de esquema de temporização 742 e o módulo manuseador do número de despejo de carga 744. Juntos, esses módulos podem cooperar para realizar as tarefas referentes à determinação de cada tempo de integração de pixel e múltiplos despejo de carga do pixel para o capacitor de armazenamento na arquitetura de leitura.[0107] The total dump capacity extension module 740 may store submodules of the timing scheme module 742 and the load dump number handling module 744. Together, these modules may cooperate to perform tasks pertaining to determining of each pixel integration time and multiple charge dumps from the pixel to the storage capacitor in the readout architecture.

[0108] O módulo de compensação de ruído 780 pode armazenar sub-módulos do módulo de captura de quadro 782 e módulo de agregação digital 784. Em algumas modalidades, o módulo de captura de quadro 782 pode ser fornecido com instruções que configuram o processador 720 para realizar o processo 500 descrito acima pelo fornecimento de instruções para o conjunto de circuitos de leitura do sensor de imagem. Em algumas modalidades, o módulo de agregação digital 784 pode ser fornecido com instruções que configuram o processador 720 para realizar o processo 600 descrito acima para agregar múltiplas cargas ao domínio digital.[0108] The noise compensation module 780 may store submodules of the frame capture module 782 and digital aggregation module 784. In some embodiments, the frame capture module 782 may be provided with instructions that configure the processor 720 to carry out the process 500 described above by providing instructions to the image sensor readout circuitry. In some embodiments, the digital aggregation module 784 may be provided with instructions that configure the processor 720 to perform the process 600 described above to aggregate multiple payloads into the digital domain.

[0109] Como mencionado acima, o processador de imagem 720 é configurado por vários módulos armazenados nas memórias. O módulo de controle de captura 735 pode incluir instruções que configuram o processador de imagem 720 para ajustar a posição de foco da câmera 701. O módulo de controle de captura 735 pode incluir adicionalmente instruções que controlam as funções de captura de imagem como um todo do dispositivo 700. Por exemplo, o módulo de controle de captura 735 pode incluir instruções que chamam as sub-rotinas para configurar o processador de imagem 720 para capturar os dados de imagem de visualização prévia ou dados de imagem de resolução total incluindo os um ou mais quadros de uma cena de imagem alvo utilizando a câmera 701.[0109] As mentioned above, the image processor 720 is configured by several modules stored in the memories. The capture control module 735 may include instructions that configure the image processor 720 to adjust the focus position of the camera 701. The capture control module 735 may additionally include instructions that control the overall image capture functions of the device 700. For example, capture control module 735 may include instructions that call subroutines to configure image processor 720 to capture preview image data or full resolution image data including the one or more frames of a target image scene using camera 701.

[0110] O módulo de sistema operacional 750 configura o processador de imagem 720 para gerenciar a memória de trabalho 765 e os recursos de processamento do dispositivo 700. Por exemplo, o módulo do sistema operacional 750 pode incluir acionadores de dispositivo para gerenciar os recursos de hardware, por exemplo, a câmera 701. Portanto, em algumas modalidades, as instruções contidas nos módulos de processamento de imagem discutidos acima podem não interagir com esses recursos de hardware diretamente, mas, em vez disso, interagem através de sub-rotinas padrão ou APIs localizados no componente do sistema operacional 750. As instruções dentro do sistema operacional 750 podem, então, interagir diretamente com esses componentes de hardware. O módulo do sistem operacional 750 pode configurar adicionalmente o processador de imagem 720 para compartilhar a informação com o processador de dispositivo 755.[0110] Operating system module 750 configures image processor 720 to manage working memory 765 and processing resources of device 700. For example, operating system module 750 may include device triggers to manage image processing resources. hardware, e.g., camera 701. Therefore, in some embodiments, instructions contained in the image processing modules discussed above may not interact with these hardware resources directly, but instead interact through standard subroutines or APIs located in operating system component 750. Instructions within operating system 750 can then interact directly with these hardware components. The operating system module 750 may further configure the image processor 720 to share information with the device processor 755.

[0111] O processador de dispositivo 755 pode ser configurado para controlar o monitor 760 para exibir a imagem capturada, ou uma visualização prévia da imagem capturada, para um usuário. O monitor 760 pode ser externo ao dispositivo de criação de imagem 200 ou pode ser parte do dispositivo de criação de imagem 200. O monitor 760 também pode ser configurado para fornecer uma exibição de viewfinder de uma imagem de visualização prévia para um uso antes da captura de uma imagem, por exemplo, apresentar ao usuário uma representação visual da faia dinâmica da cena de imagem e com uma interface de usuário para ajustar manualmente o número de despejo de carga analógica e/ou quadros diferenciais acumulados digitalmente. O monitor 760 pode compreender uma tela LCD ou LD, e pode implementar tecnologias sensíveis ao toque.[0111] Device processor 755 may be configured to control monitor 760 to display the captured image, or a preview of the captured image, to a user. Monitor 760 may be external to imaging device 200 or may be part of imaging device 200. Monitor 760 may also be configured to provide a viewfinder display of a preview image for use prior to capture. of an image, for example, presenting the user with a visual representation of the dynamic beech of the image scene and with a user interface to manually adjust the number of analog load dump and/or digitally accumulated differential frames. Monitor 760 may comprise an LCD or LD screen, and may implement touch-sensitive technologies.

[0112] O processador de dispositivo 755 pode escrever dados no módulo armazenador 770, por exemplo, dados representados quadros diferenciais acumulados digitalmente. Enquanto o módulo de armazenamento 770 é representado graficamente como um dispositivo de disco tradicional, os versados na técnica compreenderão que o módulo de armazenamento 770 pode incluir um acionador de disco, por exemplo, um acionador de disquete, um acionador de disco rígido, um acionador de disco ótico ou um acionador de disco magneto-ótico, ou uma memória em estado sólido, por exemplo, uma memória FLASH, RAM, ROM e/ou EEPROM. O módulo de armazenamento 770 também pode incluir múltiplas unidades de memória, e qualquer uma das unidades de memória pode ser configurada para estar dentro do dispositivo de captura de imagem 700, ou pode estar fora do dispositivo de captura de imagem 700. Por exemplo, o módulo de armazenamento 770 pode incluir uma memória ROM contendo instruções de programa de sistema armazenadas dentro do dispositivo de captura de imagem 700. O módulo de armazenamento 770 também pode incluir cartões de memória ou memórias de alta velocidade configuradas para armazenar imagens capturadas que podem ser removíveis da câmera. O módulo de armazenamento 770 também pode estar fora do dispositivo 700, e em um dispositivo ilustrativo 700 pode transmitir sem fio dados para o módulo de armazenamento 770, por exemplo, através de uma conexão em rede.[0112] Device processor 755 may write data to storage module 770, e.g., data represented digitally accumulated differential frames. While the storage module 770 is graphically represented as a traditional disk device, those skilled in the art will understand that the storage module 770 may include a disk drive, e.g., a floppy disk drive, a hard disk drive, a optical disk drive or a magneto-optical disk drive, or a solid-state memory, for example, a FLASH memory, RAM, ROM and/or EEPROM. The storage module 770 may also include multiple memory units, and any of the memory units may be configured to be within the image capture device 700, or may be outside the image capture device 700. For example, the Storage module 770 may include a ROM memory containing system program instructions stored within the image capture device 700. The storage module 770 may also include memory cards or high-speed memories configured to store captured images that may be removable. of the camera. The storage module 770 may also be outside the device 700, and in an illustrative device 700 may wirelessly transmit data to the storage module 770, for example, via a network connection.

[0113] Apesar de a figura 8 apresentar um dispositivo possuindo componentes separados para incluir um processador, sensor de criação de imagem, e memória, os versados na técnica reconhecerão que esses componentes separados podem ser combinados de várias formas para alcançar os objetivos de desenho particulares. Por exemplo, em uma modalidade alternativa, os componentes de memória podem ser combinados com componentes de processador, por exemplo, para economizar custos e/ou para aperfeiçoar o desempenho.[0113] Although Figure 8 depicts a device having separate components to include a processor, imaging sensor, and memory, those skilled in the art will recognize that these separate components can be combined in various ways to achieve particular design objectives. . For example, in an alternative embodiment, memory components may be combined with processor components, for example, to save costs and/or to improve performance.

[0114] Adicionalmente, apesar de a figura 8 ilustrar dois componentes de memória, incluindo o componente de memória 720 compreendendo vários módulos e uma memória separada 765 compreendendo uma memória de trabalho, os versados na técnica reconhecerão várias modalidades utilizando diferentes arquiteturas de memória. Por exemplo, um desenho pode utilizar memória ROM ou RAM estática para o armazenamento de instruções de processador implementando os módulos contidos na memória 730. As instruções de processador podem ser carregadas na RAM para facilitar a execução pelo processador de imagem 720. Por exemplo, a memória de trabalho 765 pode compreender memória RAM, com instruções carregadas na memória de trabalho 765 antes da execução pelo processador 720.[0114] Additionally, although Figure 8 illustrates two memory components, including memory component 720 comprising multiple modules and a separate memory 765 comprising working memory, those skilled in the art will recognize various embodiments utilizing different memory architectures. For example, a design may utilize ROM memory or static RAM for storing processor instructions implementing modules contained in memory 730. The processor instructions may be loaded into RAM to facilitate execution by the image processor 720. For example, the working memory 765 may comprise RAM memory, with instructions loaded into working memory 765 prior to execution by processor 720.

Implementação de Sistemas e TerminologiaSystems Implementation and Terminology

[0115] As implementações descritas aqui fornecem sistemas, métodos e aparelhos para aumentar a absorção de luz pelos pixels de fotodiodo e permitir leituras de baixo ruído e alto ganho, saídas de alta resolução e alta fidelidade de cores, e uma faixa dinâmica aumentada utilizando arquiteturas de pixel integrada verticalmente, empilhadas tridimensionais (3D). Os versados na técnica reconhecerão que essas modalidades podem ser implementadas em hardware, software, firmware, ou qualquer combinação dos mesmos.[0115] The implementations described here provide systems, methods, and apparatus for increasing light absorption by photodiode pixels and enabling low-noise, high-gain readouts, high-resolution, high-color-fidelity outputs, and an increased dynamic range utilizing architectures vertically integrated, stacked three-dimensional (3D) pixels. Those skilled in the art will recognize that these embodiments can be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof.

[0116] Em algumas modalidades, os circuitos, processos e sistemas discutidos acima podem ser utilizados em um dispositivo de comunicação sem fio. O dispositivo de comunicação sem fio pode ser um tipo de dispositivo eletrônico utilizado para comunicar sem fio com outros dispositivos eletrônicos. Exemplos dos dispositivos de comunicação sem fio incluem telefones celulares, smartphones, Assistentes Digitais Pessoais (PDAs), ereaders, sistemas de jogos, aparelhos de música, netbooks, modems sem fio, computadores laptop, dispositivos tablet, etc.[0116] In some embodiments, the circuits, processes and systems discussed above may be used in a wireless communication device. Wireless communication device can be a type of electronic device used to communicate wirelessly with other electronic devices. Examples of wireless communication devices include cell phones, smartphones, Personal Digital Assistants (PDAs), ereaders, gaming systems, music players, netbooks, wireless modems, laptop computers, tablet devices, etc.

[0117] O dispositivo de comunicação sem fio pode incluir um ou mais sensores de imagem, dois ou mais processadores de sinal de imagem, uma memória incluindo instruções ou módulos para realizar o processo CNR discutido acima. O dispositivo também pode possuir dados, um processador carregando instruções e/ou dados da memória, uma ou mais interfaces de comunicação, um ou mais dispositivos de entrada, um ou mais dispositivos de saída, por exemplo, um dispositivo de exibição e uma fonte/interface de energia. O dispositivo de comunicação sem fio pode incluir adicionalmente um transmissor e um receptor. O transmissor e o receptor podem ser referidos em conjunto como um transceptor. O transceptor pode ser acoplado a uma ou mais antenas para transmissão e/ou recepção de sinais sem fio.[0117] The wireless communication device may include one or more image sensors, two or more image signal processors, a memory including instructions or modules for carrying out the CNR process discussed above. The device may also have data, a processor loading instructions and/or data from memory, one or more communication interfaces, one or more input devices, one or more output devices, e.g., a display device, and a source/ power interface. The wireless communication device may additionally include a transmitter and a receiver. The transmitter and receiver can be referred to together as a transceiver. The transceiver can be coupled to one or more antennas for transmitting and/or receiving wireless signals.

[0118] O dispositivo de comunicação sem fio pode conectar sem fio a outro dispositivo eletrônico (por exemplo, estação base). Um dispositivo de comunicação sem fio pode, alternativamente, ser referido como um dispositivo móvel, uma estação móvel, uma estação de assinante, um equipamento de usuário (UE), uma estação remota, um terminal de acesso, um terminal móvel, um terminal, um terminal de usuário, uma unidade de assinante, etc. Exemplos dos dispositivos de comunicação sem fio incluem computadores laptop ou desktop, telefones celulares, smartphones, modems sem fio, e-readers, dispositivos tablet, sistemas de jogos, etc. Os dispositivos de comunicação sem fio podem operar de acordo com um ou mais padrões da indústria, por exemplo, o Projeto de Parceria de 3a. Geração (3GPP). Dessa forma, o termo geral "dispositivo de comunicação sem fio" pode incluir os dispositivos de comunicação sem fio descritos com nomenclaturas variáveis de acordo com os padrões da indústria (por exemplo, terminal de acesso, equipamento de usuário (UE), terminal remoto, etc.).[0118] The wireless communication device may wirelessly connect to another electronic device (e.g., base station). A wireless communication device may alternatively be referred to as a mobile device, a mobile station, a subscriber station, a user equipment (UE), a remote station, an access terminal, a mobile terminal, a terminal, a user terminal, a subscriber unit, etc. Examples of wireless communication devices include laptop or desktop computers, cell phones, smartphones, wireless modems, e-readers, tablet devices, gaming systems, etc. Wireless communication devices may operate in accordance with one or more industry standards, for example, the 3rd Partnership Project. Generation (3GPP). Therefore, the general term "wireless communication device" may include wireless communication devices described with varying nomenclature in accordance with industry standards (e.g., access terminal, user equipment (UE), remote terminal, etc.).

[0119] As funções descritas aqui podem ser armazenadas como uma ou mais instruções em um meio legível por processador ou legível por computador. O termo "meio legível por computador" se refere a qualquer meio disponível que possa ser acessado por um computador ou processador. Por meio de exemplo, e não de limitação, tal meio pode compreender RAM, ROM, EEPROM, memória flash, CD-ROM ou outro armazenamento em disco ótico, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualquer outro meio que possa ser utilizado para armazenar código de programa desejado na forma de instruções ou estruturas de dados e que possa ser acessado por um computador. Disquete e disco, como utilizados aqui, incluem disco compacto (CD), disco a laser, disco ótico, disco versátil digital (DVD), disquete e disco Blu-ray®, onde disquetes normalmente reproduzem os dados magneticamente, enquanto discos reproduzem os dados oticamente com lasers. Deve-se notar que um meio legível por computador pode ser tangível e não transitório. O termo "produto de programa de computador" se refere a um dispositivo de computação ou processador em combinação com código ou instruções (por exemplo, um "programa") que pode ser executado, processado ou computado pelo dispositivo de computação ou processador. Como utilizado aqui, o termo "código" pode se referir a software, instruções, código ou dados que são executáveis por um dispositivo de computação ou processador.[0119] The functions described here may be stored as one or more instructions in a processor-readable or computer-readable medium. The term "computer-readable medium" refers to any available medium that can be accessed by a computer or processor. By way of example, and not limitation, such medium may comprise RAM, ROM, EEPROM, flash memory, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices, or any other medium that may be used to store desired program code in the form of instructions or data structures and that can be accessed by a computer. Floppy disk and disc, as used herein, include compact disc (CD), laser disc, optical disc, digital versatile disc (DVD), floppy disk, and Blu-ray® disc, where floppy disks typically reproduce data magnetically, while discs reproduce data optically with lasers. It should be noted that a computer-readable medium may be tangible and non-transitory. The term "computer program product" refers to a computing device or processor in combination with code or instructions (e.g., a "program") that can be executed, processed, or computed by the computing device or processor. As used herein, the term "code" may refer to software, instructions, code or data that is executable by a computing device or processor.

[0120] Software ou instruções também podem ser transmitidos através de um meio de transmissão. Por exemplo, se o software for transmitido a partir de um sítio da rede, servidor ou outra fonte remota utilizando um cabo coaxial, um cabo de fibra ótica, um par torcido, uma linha de assinante digital (DSL), ou tecnologias sem fio, por exemplo, infravermelho, rádio e micro-ondas, então o cabo coaxial, o cabo de fibra ótica, o par torcido, DSL ou tecnologias sem fio, por exemplo, infravermelho, rádio e micro-ondas estão incluídos na definição de meio de transmissão.[0120] Software or instructions may also be transmitted via a transmission medium. For example, if the software is transmitted from a network site, server, or other remote source using coaxial cable, fiber optic cable, twisted pair, digital subscriber line (DSL), or wireless technologies, e.g., infrared, radio, and microwave, then coaxial cable, fiber optic cable, twisted pair, DSL, or wireless technologies, e.g., infrared, radio, and microwave are included in the definition of transmission medium .

[0121] Os métodos descritos aqui compreendem uma ou mais etapas ou ações para alcançar o método descrito. As etapas de método e/ou ações podem ser intercambiadas uma com a outra sem se distanciar do escopo de reivindicações. Em outras palavras, a menos que uma ordem específica de etapas ou ações seja necessária para a operação adequada do método que está sendo descrito, a ordem e/ou uso de etapas e/ou ações específicas pode ser modificada sem se distanciar do escopo das reivindicações.[0121] The methods described here comprise one or more steps or actions to achieve the method described. Method steps and/or actions can be interchanged with one another without departing from the scope of claims. In other words, unless a specific order of steps or actions is necessary for the proper operation of the method being described, the order and/or use of specific steps and/or actions may be modified without departing from the scope of the claims. .

[0122] Deve-se notar que os termos "acoplar", "acoplado" ou outras variações da palavra acoplar como utilizados aqui podem indicar uma conexão direta ou indireta. Por exemplo, se um primeiro componente é "acoplado" a um segundo componente, o primeiro componente pode estar indiretamente conectado ao segundo componente ou diretamente conectado ao segundo componente. Como utilizado aqui, o termo "pluralidade" denota dois ou mais. Por exemplo, uma pluralidade de componentes indica dois ou mais componentes.[0122] It should be noted that the terms "couple", "coupled" or other variations of the word couple as used herein may indicate a direct or indirect connection. For example, if a first component is "coupled" to a second component, the first component may be indirectly connected to the second component or directly connected to the second component. As used here, the term "plurality" denotes two or more. For example, a plurality of components indicates two or more components.

[0123] O termo "determinando" engloba uma ampla variedade de ações e, portanto, "determinando" pode incluir calculando, computando, processando, derivando, investigando, consultando (por exemplo, consultando uma tabela, uma base de dados ou outra estrutura de dados), determinando e similares. Além disso, "determinando" pode incluir recebendo (por exemplo, recebendo informação), acessando (por exemplo, acessando dados em uma memória) ou similares. Além disso, "determinando" pode incluir resolvendo, selecionando, escolhendo, estabelecendo e similares.[0123] The term "determining" encompasses a wide variety of actions, and therefore "determining" may include calculating, computing, processing, deriving, investigating, querying (e.g., querying a table, database, or other data structure). data), determining and the like. Furthermore, "determining" may include receiving (e.g., receiving information), accessing (e.g., accessing data in a memory), or the like. Furthermore, "determining" may include resolving, selecting, choosing, establishing, and the like.

[0124] A frase "com base em" não significa "com base apenas em", a menos que especificado expressamente o contrário. Em outras palavras, a frase "com base em" descreve ambos "com base apenas em" e "com base pelo menos em".[0124] The phrase "based on" does not mean "based solely on" unless expressly specified otherwise. In other words, the phrase "based on" describes both "based only on" and "based at least on."

[0125] Na descrição acima, os detalhes específicos são fornecidos para fornecer uma compreensão profunda dos exemplos. Por exemplo, será compreendido pelos versados na técnica que os exemplos podem ser praticados sem esses detalhes específicos. Por exemplo, componentes/dispositivos elétricos podem ser ilustrados na forma de diagramas em bloco a fim de não obscurecer os exemplos com detalhes desnecessários. Em outros casos, tais componentes, outras estruturas e técnicas podem ser ilustrados em detalhes para explicar adicionalmente os exemplos.[0125] In the above description, specific details are provided to provide an in-depth understanding of the examples. For example, it will be understood by those skilled in the art that the examples can be practiced without these specific details. For example, electrical components/devices can be illustrated in the form of block diagrams so as not to obscure the examples with unnecessary details. In other cases, such components, other structures and techniques may be illustrated in detail to further explain the examples.

[0126] Os cabeçalhos são incluídos aqui para referência e para auxiliar na localização de várias seções. Esses cabeçalhos não devem limitar o escopo dos conceitos descritos com relação a isso. Tais conceitos podem ter aplicabilidade através de toda a especificação.[0126] Headings are included here for reference and to assist in locating various sections. These headings shall not limit the scope of the concepts described in this regard. Such concepts may have applicability throughout the specification.

[0127] É notado também que os exemplos podem ser descritos como um processo, que é apresentado como um fluxograma, um diagrama de estado finito um diagrama de estrutura, ou um diagrama em bloco. Apesar de um fluxograma poder descrever as operações como um processo sequencial, muitas das operações podem ser realizadas em paralelo, ou simultaneamente, e o processo pode ser repetido. Adicionalmente, a ordem das operações pode ter nova disposição. Um processo é encerrado quando suas operações são completadas. Um processo pode corresponder a um método, uma função, um procedimento, uma sub-rotina, um subprograma, etc. Um processo pode corresponder a uma função de software, sua terminação correspondente a um retorno da função à função de chamada ou função principal.[0127] It is also noted that the examples can be described as a process, which is presented as a flowchart, a finite state diagram, a structure diagram, or a block diagram. Although a flowchart may describe operations as a sequential process, many of the operations may be performed in parallel, or simultaneously, and the process may be repeated. Additionally, the order of operations may have a new arrangement. A process ends when its operations are completed. A process can correspond to a method, a function, a procedure, a subroutine, a subprogram, etc. A process may correspond to a software function, its termination corresponding to a return from the function to the calling function or main function.

[0128] A descrição anterior das implementações descritas é fornecida para permitir que qualquer pessoa versada na técnica crie ou faça uso da presente invenção. Várias modificações a essas implementações serão prontamente aparentes aos versados na técnica, e os princípios genéricos definidos aqui podem ser aplicados a outras implementações sem se distanciar do espírito ou escopo da invenção. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada às implementações ilustradas aqui, mas deve ser acordado o escopo mais amplo consistente com os princípios e características de novidade descritos aqui.[0128] The foregoing description of the described implementations is provided to enable any person skilled in the art to create or make use of the present invention. Various modifications to these implementations will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other implementations without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention should not be limited to the implementations illustrated here, but the broadest scope consistent with the principles and novelty features described here should be agreed upon.

Claims (8)

1. Sistema de criação de imagem, caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de pixels configurados para converter luz em uma carga; um ou mais transistores de amplificador (SF_AMP) configurados para converter uma carga de uma pluralidade de pixels; um ou mais transistores de seleção (SEL) configurados para selecionar uma linha ou coluna dentre a pluralidade de pixels a serem lidos; um ou mais transistores de reajuste (RST) configurados para reajustar pelo menos um dentre uma pluralidade de pixels; uma pluralidade de transistores de porta de transferência (TG1, TG2), em que cada um dentre a pluralidade de transistores de porta de transferência (TG1, TG2) corresponde a um dentre a pluralidade de pixels; um arranjo de pixels incluindo a pluralidade de pixels disposta em uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas, em que cada uma da uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas compreende: um capacitor de armazenamento (CS1, CS2) conectado para ser carregado por um fotodiodo (PD1, PD2), o capacitor de armazenamento (CS1, CS2) possuindo capacitância para armazenamento de uma carga acumulada representando uma pluralidade de despejos de carga do fotodiodo conectado (PD1, PD2), cada um dentre a pluralidade de despejos de carga compreendendo uma carga representativa da luz integrada no fotodiodo conectado (PD1, PD2), em que o capacitor de armazenamento (CS1, CS2) é disposto para estar em série com o fotodiodo (PD1, PD2) através de um transistor de porta de transferência (TG1, TG2); e um transistor (TS1, TS2) em comunicação com o capacitor de armazenamento (CS1, CS2) e configurado para controlar o fluxo de carga do capacitor de armazenamento (CS1, CS2) para um nó de difusão flutuante (FD); o conjunto sendo disposto em uma pluralidade de linhas e colunas; uma primeira estrutura de silício (460, 505) em um primeiro plano sobre o qual a pluralidade de pixels é disposta; e uma segunda estrutura de silício (470, 506) em um segundo plano sobre o qual pelo menos um dentre o um ou mais transistores de amplificador (SF_AMP), transistores de seleção (SEL), e transistores de reajuste (RST) são dispostos, o segundo plano sendo diferente de, mas paralelo e sobreposto ao primeiro plano.1. Image creation system, characterized by the fact that it comprises: a plurality of pixels configured to convert light into a charge; one or more amplifier transistors (SF_AMP) configured to convert a charge of a plurality of pixels; one or more selection transistors (SEL) configured to select a row or column from among the plurality of pixels to be read; one or more retuning transistors (RST) configured to retun at least one of a plurality of pixels; a plurality of transfer gate transistors (TG1, TG2), each of the plurality of transfer gate transistors (TG1, TG2) corresponding to one of the plurality of pixels; an array of pixels including the plurality of pixels arranged in one or more shared pixel architectures, wherein each of the one or more shared pixel architectures comprises: a storage capacitor (CS1, CS2) connected to be charged by a photodiode ( PD1, PD2), the storage capacitor (CS1, CS2) having capacitance for storing an accumulated charge representing a plurality of charge dumps from the connected photodiode (PD1, PD2), each of the plurality of charge dumps comprising a charge representative of the light integrated into the connected photodiode (PD1, PD2), wherein the storage capacitor (CS1, CS2) is arranged to be in series with the photodiode (PD1, PD2) via a transfer gate transistor (TG1, TG2 ); and a transistor (TS1, TS2) in communication with the storage capacitor (CS1, CS2) and configured to control the flow of charge from the storage capacitor (CS1, CS2) to a floating diffusion (FD) node; the set being arranged in a plurality of rows and columns; a first silicon structure (460, 505) in a first plane on which the plurality of pixels is arranged; and a second silicon structure (470, 506) in a second plane upon which at least one of the one or more amplifier transistors (SF_AMP), selection transistors (SEL), and reset transistors (RST) are arranged, the background being different from, but parallel to and superimposed on the foreground. 2. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nó de difusão flutuante é disposto na primeira estrutura de silício em um primeiro plano e acoplado eletricamente ao um ou mais transistores de amplificador dispostos na segunda estrutura de silício em um segundo plano.2. Imaging system according to claim 1, characterized by the fact that the floating diffusion node is disposed in the first silicon structure in a first plane and electrically coupled to the one or more amplifier transistors disposed in the second structure silicon in a background. 3. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o nó de difusão flutuante disposto na primeira estrutura de silício em um primeiro plano é eletricamente acoplado ao um ou mais transistores de amplificador dispostos na segunda estrutura de silício em um segundo plano através de uma ligação híbrida de passo fino.3. The imaging system of claim 2, wherein the floating diffusion node disposed on the first silicon structure in a first plane is electrically coupled to the one or more amplifier transistors disposed on the second silicon structure. silicon in a background via a fine pitch hybrid bond. 4. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o nó de difusão flutuante disposto na primeira estrutura de silício em um primeiro plano é eletricamente acoplado ao um ou mais transistores de amplificador dispostos na segunda estrutura de silício em um segundo plano através de uma ligação por fusão.4. The imaging system of claim 2, wherein the floating diffusion node disposed on the first silicon structure in a first plane is electrically coupled to the one or more amplifier transistors disposed on the second silicon structure. silicon in a second plane through a fusion bond. 5. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas formando o arranjo de pixels são dispostas de uma forma entrelaçada e compreendem o um ou mais transistores de amplificador, um ou mais transistores de seleção, e um ou mais transistores de reajuste sendo compartilhados por um subconjunto de pixels da pluralidade de pixels.5. The imaging system of claim 1, wherein the one or more shared pixel architectures forming the pixel array are arranged in an interlaced manner and comprise the one or more amplifier transistors, a or more selection transistors, and one or more reset transistors being shared by a subset of pixels of the plurality of pixels. 6. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma da uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas é compartilhada entre pelo menos dois pixels dentre a pluralidade de pixels.6. The image creation system of claim 1, wherein each of the one or more shared pixel architectures is shared between at least two pixels among the plurality of pixels. 7. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o nó de difusão flutuante de cada uma da uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas é conectada entre o transistor (TS1, TS2) em comunicação com o capacitor de armazenamento (CS1, CS2) de cada um dos pelo menos dois pixels e o transistor de reajuste, o transistor de reajuste configurado para reajustar um ou mais dentre o nó de difusão flutuante, um ou mais capacitores de armazenamento associados com cada pixel dentre a pluralidade de pixels, e cada pixel dentre a pluralidade de pixels a um nível de carga predeterminado antes da pluralidade de despejos de carga.7. The imaging system of claim 6, wherein the floating diffusion node of each of the one or more shared pixel architectures is connected between the transistor (TS1, TS2) in communication with the storage capacitor (CS1, CS2) of each of the at least two pixels and the reset transistor, the reset transistor configured to reset one or more of the floating diffusion node, one or more storage capacitors associated with each pixel of the plurality of pixels, and each pixel among the plurality of pixels at a predetermined charge level prior to the plurality of charge dumps. 8. Sistema de criação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma da uma ou mais arquiteturas de pixel compartilhadas compreende adicionalmente: um amplificador seguidor de fonte configurado para receber a carga acumulada do capacitor de armazenamento; e um transistor de seleção de linha configurado para ativar o amplificador seguidor de fonte de uma linha selecionada dentre a pluralidade de pixels.8. The imaging system of claim 1, wherein each of the one or more shared pixel architectures further comprises: a source-following amplifier configured to receive the accumulated charge from the storage capacitor; and a line selection transistor configured to activate the source follow amplifier of a line selected from the plurality of pixels.
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