CN101044749A - 用于将像素复位电压升压的像素 - Google Patents
用于将像素复位电压升压的像素 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101044749A CN101044749A CNA2005800360519A CN200580036051A CN101044749A CN 101044749 A CN101044749 A CN 101044749A CN A2005800360519 A CNA2005800360519 A CN A2005800360519A CN 200580036051 A CN200580036051 A CN 200580036051A CN 101044749 A CN101044749 A CN 101044749A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transistor
- memory node
- circuit
- voltage
- row selecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 32
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 28
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 28
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 14
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001394 metastastic effect Effects 0.000 description 1
- 206010061289 metastatic neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
- H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
- H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
- H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
- H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
- H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
一种电容被耦合在存储节点和行选择晶体管之间的像素单元。该像素单元利用复位晶体管的操作之间的读出定时顺序来将复位电压升压。
Description
技术领域
本发明一般涉及改进成像器像素的控制和操作。
背景技术
已经提出多种成像器电路，例如电荷耦合(CCD)阵列、互补金属氧化半导体(CMOS)阵列、组合CCD和CMOS特征的阵列，以及混合红外焦平面阵列(IR-FPA)。常规阵列具有光感测部件，通常称为“像素”和输出表示像素感测到光的信号的读出电路。
CMOS成像器包括例如像素单元的焦平面阵列；每个单元包括敷设在衬底上以用于在衬底的掺杂区中产生光生电荷的光电检测器(例如光电栅、光电导体或光电二极管)。为每个像素单元提供有一个读出电路，该读出电路包括至少一个源极跟随器晶体管和用于将源极跟随器晶体管耦合到列输出线路的行选择晶体管。像素单元通常还具有连接到源极跟随器晶体管的栅极的存储区。光电检测器生成的电荷被发送到存储区。成像器还可以包括用于将电荷从光电检测器转移到存储区的晶体管和用于在电荷转移之前将存储区复位到预定的电荷电平的另一个晶体管。
图1图示具有像素阵列200的CMOS成像器装置908的框图，其中每个像素单元如上文描述的来构造或按其他公知的像素单元电路来构造。像素阵列200包括按预定数量的列和行布置的多个像素(未示出)。由行选择线路同时将阵列200中的每个行的像素全部开启，由各个列选择线路选择性地输出每个列的像素。为整个阵列200提供有多个行和列线路。由行驱动器210响应行地址解码器220依次选择性地激活行线路。由列驱动器260响应列地址解码器270对于每次行激活依次选择性地激活列选择线路。因此，为每个像素提供有一个行和列地址。
由控制电路250操作CMOS成像器908，其控制用于为像素输出选择适合的行和列线路的地址解码器220、270。控制电路250还包括行和列驱动器电路210、260，以便它们将驱动电压施加到所选择的行和列线路的驱动晶体管。像素输出信号通常包括存储区被复位晶体管复位时从存储区取出的像素复位信号Vrst和光生电荷被转移到存储区之后从存储区取出的像素图像信号Vsig。由样本和保持电路265读取Vrst和Vsig信号，并由差分放大器267将它们相减，以产生每个像素的差分信号Vrst-Vsig。Vrst-Vsig表示照射在像素上的光的量。由模数转换器275将该差信号数字化。数字化的像素信号被馈送到图像处理器280，以形成数字图像输出。数字化和图像处理可以位于成像器芯片上或成像器芯片外。在一些布置中，可以将差分信号Vrst-Vsig放大为差分信号，并直接由差分模数转换器来数字化。
图2图示四晶体管(4T)CMOS成像器像素单元100。像素单元100包括连接到转移(TX)晶体管104的光电二极管102。转移晶体管104还连接到存储区108。复位(RST)晶体管106、电容器107和源极跟随器晶体管110的栅极连接到存储区108。行(ROW)选择晶体管112连接到源极跟随器晶体管110。像素单元100的有效部件执行如下功能：(1)由光电二极管102执行光子至电荷的转换；(2)在将电荷转移到存储区之前由复位晶体管106将存储区复位到已知状态；(3)由转移晶体管104将电荷转移到存储区108；(4)由行选择晶体管112选择用于读出的单元100；以及(5)由源极跟随器晶体管110基于存储区108上存在的电荷输出和放大表示复位电压(即Vrst)和像素信号电压(即Vsig)的信号。采用电容器107，因为光电二极管102在积分期间产生的电荷大于存储区108的容量。因此，电容器107提供附加的电荷存储容量。图2的像素单元100作为成像器装置像素阵列(例如图1的阵列200)的一部分在半导体衬底上形成。
图3图示图2的电路300在像素读出期间的时序图。最初，将成像器阵列200(图1)中的所有像素的存储区108设在预定电压，以确保所有源极跟随器晶体管110保持关闭状态。在源极跟随器晶体管110两端提供工作电压，以在时间t1将要读取的像素的行(ROW)信号置于脉冲高。然后在时间t2通过暂时地开启复位晶体管以106将要取样的像素的存储区108复位，其中当信号RST走高时对其提供工作电压VCC加复位晶体管106的Vt阈值电压，由此将存储区108复位到预定电压。然后将存储区108上的复位电压电平施加到源极跟随器晶体管110的栅极，然后将其转换成列输出线路上的复位输出电压Vrst。此后在时间t3对输出信号取样，例如由样本和保持电路265(图1)来执行取样，其中使用高脉冲SHR将复位输出单元Vrst取样并将其保持在第一样本和保持电容器。
随后通过在时间t4信号TX走高将自积分期间起存储在光电二极管102中的电荷转移到存储区108，由此开启转移晶体管104。转移的电荷将存储区108上的电压降低到像素输出信号电平，然后被施加到源极跟随器晶体管110的栅极。得到提供工作电压VCC的源极跟随器晶体管将该信号电压电平转换到列输出线路上的信号输出电压Vsig。样本和保持电路265(图1)在时间t5响应样本/保持脉冲SHS使列线路上的像素的信号输出电压Vsig存储在第二样本和保持电容器。在对Vsig取样之后，将ROW信号设到低电压，像素电路已为下一个图像捕捉准备就绪。
因为转移晶体管104设在光电二极管102和存储区108之间，所以可以在转移电子之前将存储区108复位。这样能够准许得到降低的kTC噪声和图像噪声的相关的双取样操作。
在复位期间图2的像素电路配置中，为了在存储区108处获得最大电压摆幅，将复位晶体管栅电压升压到VCC+Vt(复位晶体管106的阈值电压)。通过将电压Vt加到复位电压，可以将存储区108复位到VCC，这允许响应从光电二极管102转移到存储区1080的电荷从源极跟随器晶体管110获得更大的输出信号摆幅。该技术需要附加的电源升压电路来提升复位电压，这增加了像素和相关电路的尺寸、功耗、设计复杂度和成本。
发明内容
本发明的示范方法和设备提供一种用于成像器的新像素设计，其中选择用于操作和读出的像素行的行晶体管电气耦合到存储区，并且以将施加到存储区的复位电压升压的方式操作该行晶体管，由此免去对电源升压电路的需要。
在一个示范实施例中，像素单元包括光传感器、用于从光传感器接收转移的电荷的存储区、由复位控制信号操作的用于复位存储区的复位晶体管、具有耦合到存储区的栅极用于响应行选择信号提供选择性读出的源极跟随器输出晶体管、在电源与源极跟随器输出晶体管之间耦合的用于在输出列线路上提供输出信号的行选择晶体管以及在存储区和行选择晶体管的源极端之间耦合的电容。当开启复位晶体管之后即刻开启行选择晶体管时，行选择晶体管通过将初始脉冲电压增加到复位晶体管提供的复位电压以将存储区上的复位电压升压。当从光传感器将电荷转移到存储区时，电容还为存储区提供增加的电荷存储。该电容可以由寄生或添加的电容器来提供。
在一个示范实施例中，像素单元包括光传感器、用于从光传感器接收转移的电荷的存储区、由复位控制信号操作的用于复位存储区的复位晶体管、具有耦合到存储区的栅极用于提供读出信号的源极跟随器输出晶体管、连接到源极跟随器输出晶体管的源极响应行选择信号以由此将读出信号输出到输出列线路的行选择晶体管以及在源极跟随器晶体管的栅极与行选择晶体管之间耦合的电容器。当复位晶体管开启之后行选择晶体管开启时，提供将存储区上的复位电压升压的电压脉冲。
附图说明
从下文详细描述将更好地理解本发明的这些和其他特征和优点，这些描述是结合附图来提供的，其中：
图1是常规成像器装置的框图；
图2是常规四晶体管像素的示意图；
图3是常规四晶体管像素的电荷读出的时序图；
图4是根据本发明第一示范实施例的示范电路图；
图5是根据本发明第二示范实施例的示范电路图；
图6是用于图4和图5电路的电荷读出的时序图；以及
图7是采用一种成像器的处理系统的示意图，该成像器采用根据图4和图5电路构造的像素阵列。
具体实施方式
在下文的详细描述中，参考了构成说明书的一部分的附图，以及其中通过说明的方式示出可以实施本发明的多种实施例。对这些实施例给予了充分详细的描述，以使本领域技术人员能够实施和利用它们。要理解的是还可以利用其他实施例，以及在不背离本发明精神和范围的前提下可以进行结构、逻辑和电气方面的更改以及所采用的材料的更改。此外，还描述某些处理步骤和特定次序的处理步骤；但是，步骤的顺序不限于本文提出的顺序，如本领域公知的可以更改，而需要按某个次序进行的步骤或操作除外。
术语“晶圆”和“衬底”应理解为可互换的，以及理解为包括硅、绝缘体上的硅(SOI)或蓝宝石上的硅(SOS)、掺杂和非掺杂半导体、基极半导体基础支持的外延硅层以及其他半导体结构。而且，当下文描述中涉及到“晶圆”或“衬底”时，可能利用了先前的过程步骤来形成基极半导体结构或基础中的区域、结或材料层。此外，半导体无需是硅基的，但是可以基于硅-锗、锗或砷化镓或其他公知半导体材料。
术语“像素”涉及包含用光电转换装置或光传感器(例如光电栅、光电导体或光电二极管)以及用于处理来自光电转换装置感测到的电磁辐射的电信号的晶体管的光电部件单元。仅为了示例说明，本文论述的像素的实施例图示并描述为采用四晶体管(4T)像素电路，它使用转移晶体管以将电荷从光传感器选通到存储区。应该理解的是，可以结合具有较多或较少的四晶体管的其他像素布置以及在不使用转移晶体管的布置中使用本发明。
虽然在本文中本发明是参考一个像素单元的体系结构和制造来描述的，但是应该理解到这是成像器装置的阵列(例如(图1)成像器装置908的阵列200)中多个像素的代表。此外，虽然下文参考CMOS成像器来描述本发明，但是本发明具有任何具有被复位然后将电荷转移于之的存储节点的固态成像装置的适用性。因此下文的详细描述不应视为限定意义的，本发明的范围仅由所附权利要求限定。
图4图示根据本发明第一示范实施例的像素电路300。像素电路300包括连接到转移晶体管304的光电二极管302。转移晶体管304还连接到存储区308。复位晶体管306和源极跟随器晶体管310连接到存储区308。但是，不同于电路100，行选择晶体管312的漏极连接到电压源VCC，源极连接到源极跟随器晶体管310。再者，电容器307的一端连接到行选择晶体管112的源极，而另一端连接到存储区108。就此布置，当首先开启行选择晶体管312时，将电压升压施加到存储区308。如果刚好在行选择晶体管312之前脉冲激发(开启/关闭)复位晶体管306，存储区将看到复位晶体管306施加的复位电压和开启行选择晶体管312导致的电压升压。可以利用其他电压耦合装置替代电容器307，例如反向偏压二极管。
如上文参考电路100的像素读出(图3)所提到的，通过开启复位晶体管106建立复位电压电平，由此将存储区108复位。将复位电压电平施加到源极跟随器晶体管110的栅极，源极跟随器晶体管110将其转换成列输出线路上的复位输出电压Vrst。还将开启行选择晶体管提供的升压电压施加到存储区108和源极跟随器晶体管110的栅极。像素读出期间的像素电路300配置和定时(图6)提供升压的复位信号，对其取样以在电荷积分期间(光电二极管302响应入射光生成信号电荷的期间)提供Vrst。因此，无需具有电压源升压电路。
当行选择晶体管312响应行选择脉冲的前沿开启时，存储区上的复位信号因电容器307的操作而升压。此外，如果只需轻微升压来对复位信号取样，可以省略电容器307，在此情况中可以利用源极跟随器晶体管310的栅极/源极结之间的寄生电容来向存储区308提供复位电压升压。
图5图示根据本发明第二示范实施例的像素电路400。像素电路400与像素电路100相似；但是，不是在存储区108和VCC之间耦合有电容器，而是将电容器407的一端连接到行选择晶体管112的栅极，而另一端连接到存储区108。因此，当将行选择控制信号施加到行选择晶体管112的栅极时，它在存储区108处提供被升压的复位信号。可以利用其他电压耦合装置替代电容器407，例如反向偏压二极管。
图6图示电路300和电路400在像素读出期间的时序图。在读出操作期间，在将行启动信号ROW置于脉冲高之前，脉冲激发(开启/关闭)施加到复位晶体管106的栅极的复位启动信号RST。
最初，将成像器阵列200中的像素的存储区(308/108)设为预定电压(接近VCC)。在时间t1，通过暂时开启复位晶体管(306/106)将要取样的像素的存储区(308/108)复位，当信号RST走高时向其提供工作电压VCC，由此将存储区(308/108)复位到预定电压。然后将存储区(308/108)上的复位电压电平施加到源极跟随器晶体管(310/110)的栅极。在RST脉冲走低之后，在时间t2对源极跟随器晶体管(310/110)的栅极提供电压升压，以将要读取的像素的ROW信号置于脉冲高。然后在时间t3对从行选择栅极电压提供的升压复位信号取样，例如由样本和保持电路265(图1)来取样，其中使用高脉冲SHR对复位输出电压Vrst取样并将其保持在第一样本和保持电容器上。
随后通过在时间t4信号TX走高将积分期间存储在光电二极管(302/102)中的电荷转移到存储区(308/108)，由此开启转移晶体管(304/104)。转移的电荷将存储区(308/108)上的电压降低到像素输出信号水平，其被施加到源极跟随器晶体管(310/110)的栅极。经由行选择晶体管(312/112)被提供以工作电压VCC的源极跟随器晶体管(310/110)将该信号电压电平转换到列输出线路上的信号输出电压Vsig。样本和保持电路265(图1)在时间t5响应样本/保持脉冲SHS使列线路上的像素的信号输出电压Vsig存储在第二样本和保持电容器。在对Vsig取样之后，将ROW信号设到低电压，并且像素电路已为下一个图像捕捉准备就绪。
在t2处将ROW置于脉冲高之前，在t1将RST置于脉冲高，实现预定的复位电压的升压。该升压归因于在存储区308(图4)和行选择晶体管310(图4)的栅极之间的电容耦合，或在在存储区108(图5)和行选择晶体管112(图5)的栅极之间的电容耦合。
图7图示一种基于处理器的系统900，包括修改为根据本发明构造的阵列200中的某些像素的图1的成像装置908。基于处理器的系统900是采用一种成像装置908的系统的示例，该成像装置908包括具有根据本发明构造并操作的像素的像素阵列。在不作限制的情况下，此类系统可以包括摄像机系统、计算机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航系统、视频电话、监视系统、自动聚焦系统、星跟踪器系统、运动检测系统和其他。
基于处理器的系统900，例如摄像机系统一般包括如微处理器的中央处理单元(CPU)902，它通过总线906与输入/输出(I/O)装置904通信。成像装置908还通过总线904与CPU 902通信。基于处理器的系统900还包括也通过总线904与CPU 902通信的随机存取存储器(RAM)910，并可以包括例如闪存的可拆卸存储器915。成像装置908可以与诸如CPU、数字信号处理器或微处理器的处理器组合，可以具有或不具有单个集成电路上的存储器或在与处理器不同的芯片上的存储器。
本发明的各种实施例是使用光电二极管作为电荷转换装置并且在四晶体管像素的环境中来说明的。但是，应该认识到，本发明并不局限于此，而是可以在采用与上文描述的电路相似的方式耦合的行选择晶体管和源极跟随器晶体管，该方式用于免除将复位信号的电压升压的需要。还可以使用其他类型的光传感器来生成图像电荷。本发明还可以用于CCD(电荷耦合装置)阵列的读出电路中。因此，不意味着将本发明严格地限制于上文描述的且图示的实施例。虽然目前不可预测，但是属于所附权利要求的精神和范围的对本发明的任何修改均应视为本发明的一部分。
Claims (42)
1.一种用于成像装置的像素电路，所述像素电路包括：
用于在积分期间生成电荷的光传感器；
用于从所述光传感器接收所述生成的电荷的存储节点；
耦合到所述存储节点用于在所述存储节点处将电荷信号转换成输出电压的输出晶体管；
用于将复位电压施加到所述存储节点的复位晶体管；
耦合到所述输出晶体管用于选择性地启用所述像素电路以输出所述输出电压的行选择晶体管；以及
在所述行选择晶体管与所述存储节点之间的电容耦合，用于在激活所述行选择晶体管时将所述复位晶体管施加到所述存储节点的复位电压升压。
2.如权利要求1所述的电路，其中，所述输出晶体管基于所述存储节点处的所述电荷提供输出信号。
3.如权利要求1所述的电路，还包括连接到所述光传感器用于将电荷从所述光传感器转移到所述存储节点的转移晶体管。
4.如权利要求1所述的电路，其中，将所述行选择晶体管耦合在电压源与所述输出晶体管的漏极之间。
5.如权利要求4所述的电路，其中，所述电容耦合包括连接在所述存储节点和所述行选择晶体管的源极之间的电容器。
6.如权利要求1所述的电路，其中，将所述行选择晶体管耦合在所述输出晶体管与输出线路之间。
7.如权利要求1所述的电路，其中，将所述电容耦合连接到所述存储节点和所述行选择晶体管的栅极。
8.如权利要求1所述的电路，还包括耦合到所述行选择晶体管的漏极和所述复位晶体管的漏极以用于将工作电压提供到所述像素电路的电压源。
9.一种用于成像装置的成像电路，包括：
用于接收光生电荷的存储节点；
耦合到所述存储节点用于在所述存储节点处将电荷信号转换成输出电压的输出晶体管；
用于将复位电压施加到所述存储节点的复位晶体管；
耦合到所述输出晶体管以用于选择性地提供所述输出电压的选择晶体管；以及
耦合在所述行选择晶体管与所述存储节点之间的电容耦合，用于在激活所述选择晶体管时将所述复位晶体管施加到所述存储节点的复位电压升压。
10.如权利要求9所述的电路，其中，所述输出晶体管基于所述存储节点处的所述电荷提供输出信号。
11.如权利要求9所述的电路，其中，将所述选择晶体管耦合在电压源与所述输出晶体管的漏极之间。
12.如权利要求11所述的电路，其中，所述电容耦合包括连接到所述存储节点和所述选择晶体管的源极的电容器。
13.如权利要求9所述的电路，其中，将所述选择晶体管耦合在所述输出晶体管与输出线路之间。
14.如权利要求13所述的电路，其中，所述电容耦合包括连接到所述存储节点和所述选择晶体管的栅极的电容器。
15.一种用于成像装置的像素电路，所述像素电路包括：
用于在积分期间生成电荷的光传感器；
用于从所述光传感器接收所述生成的电荷的存储节点；
耦合到输出晶体管用于选择性地启用所述像素电路以输出输出电压的行选择晶体管；
耦合到所述存储节点以用于将复位电压施加到所述存储节点的复位晶体管；以及
用于将与所述复位晶体管施加的所述复位电压分离的附加电压施加到所述存储节点的电路。
16.如权利要求15所述的电路，还包括用于从所述存储节点读出存储的电荷并基于所述存储节点处的所述电荷提供输出信号的读出电路。
17.如权利要求15所述的电路，还包括连接到所述光传感器用于将电荷从所述光传感器转移到所述存储节点的转移晶体管。
18.如权利要求15所述的电路，还包括耦合到所述存储节点用于将所述生成的电荷转换成输出电压的输出晶体管。
19.一种用于成像装置的像素电路，所述像素电路包括：
用于在积分期间生成电荷的光传感器；
用于从所述光传感器接收所述生成的电荷的存储节点；
用于将复位电压施加到所述存储节点的复位晶体管；
用于读出所述存储节点的复位电压的读出电路，所述读出电路包括用于选择性地启用所述像素电路以输出输出电压的行选择晶体管；以及
耦合在所述行选择晶体管与所述存储节点之间的电容器。
20.如权利要求19所述的电路，其中，将所述电容器耦合在所述行选择晶体管的源极与所述存储节点之间。
21.如权利要求19所述的电路，其中，将所述电容器耦合在所述行选择晶体管的栅极与所述存储节点之间。
22.如权利要求19所述的电路，还包括连接到所述光传感器用于将电荷从所述光传感器转移到所述存储节点的转移晶体管。
23.一种集成电路，包括：
像素阵列，所述阵列的至少一个像素包括：
用于在积分期间生成电荷的光传感器；
用于从所述光传感器接收所述生成的电荷的存储节点；
耦合到所述存储节点用于在所述存储节点处将电荷信号转换成输出电压的输出晶体管；
用于将复位电压施加到所述存储节点的复位晶体管；
耦合到所述输出晶体管以用于选择性地启用所述至输出晶体管的行选择晶体管；以及
耦合在所述行选择晶体管与所述存储节点之间的电容耦合，用于在激活所述行选择晶体管时将所述复位晶体管施加到所述存储节点的复位电压升压。
24.如权利要求23所述的电路，还包括连接到所述光传感器用于将电荷从所述光传感器转移到所述存储节点的转移晶体管。
25.如权利要求23所述的电路，其中，将所述行选择晶体管耦合在电压源与所述输出晶体管的漏极之间。
26.如权利要求25所述的电路，其中，所述电容耦合包括连接在所述存储节点和所述行选择晶体管的源极之间的电容器。
27.如权利要求23所述的电路，其中，将所述行选择晶体管耦合在所述输出晶体管与输出线路之间。
28.如权利要求23所述的电路，其中，所述电容耦合包括连接到所述存储节点和所述行选择晶体管的栅极的电容器。
29.如权利要求23所述的电路，还包括耦合到所述行选择晶体管的漏极和所述复位晶体管的漏极以用于将工作电压提供到所述像素电路的电压源。
30.一种成像系统，包括
处理器；以及
包括耦合到所述处理器的像素阵列的成像装置，每个像素包括：
用于在积分期间生成电荷的光传感器；
用于从所述光传感器接收所述生成的电荷的存储节点；
耦合到所述存储节点用于在所述存储节点处将电荷信号转换成输出电压的输出晶体管；
用于将复位电压施加到所述存储节点的复位晶体管；
耦合到所述输出晶体管以用于选择性地启用所述输出晶体管的行选择晶体管；以及
耦合在所述行选择晶体管与所述存储节点之间的电容耦合，用于在激活所述行选择晶体管时将所述复位晶体管施加到所述存储节点的复位电压升压。
31.如权利要求30所述的系统，还包括连接到所述光传感器用于将电荷从所述光传感器转移到所述存储节点的转移晶体管。
32.如权利要求30所述的系统，其中，将所述行选择晶体管耦合在电压源与所述输出晶体管的漏极之间。
33.如权利要求32所述的系统，其中，所述电容耦合包括连接在所述存储节点和所述行选择晶体管之间的电容器。
34.如权利要求30所述的系统，其中，将所述行选择晶体管耦合在所述输出晶体管与输出线路之间。
35.如权利要求30所述的系统，其中，所述电容耦合包括连接到所述存储节点和所述行选择晶体管的栅极的电容器。
36.如权利要求30所述的系统，还包括耦合到所述行选择晶体管的漏极和所述复位晶体管的漏极以用于将工作电压提供到所述像素电路的电压源。
37.一种获取根据光电荷生成的信号的方法，所述方法包括：
将适于接收光生电荷的存储节点复位到预定电压状态；
利用处于所述预定状态的存储节点，将附加电压增加到所述存储节点，以产生被升压的复位电压；以及
作为复位电平输出信号读出所述存储节点处的所述被升压的复位电压。
38.如权利要求37所述的方法，还包括在积分期间利用光传感器生成电荷并将所述生成的电荷施加到所述存储节点的操作。
39.如权利要求37所述的方法，还包括将电荷存储在耦合到所述存储节点的电容器中的操作，所述电容器用于将所述附加电压增加到所述存储节点。
40.如权利要求37所述的方法，其中，响应开启像素的行选择晶体管而增加所述附加电压。
41.如权利要求36所述的方法，还包括选择性地将所述光传感器生成的电荷转移到所述存储节点。
42.一种从像素单元读取复位信号的方法，包括：
将接收所述光传感器生成的电荷的电荷存储节点复位到复位电平；
利用处于所述复位电平的存储节点，开启行选择晶体管以从所述像素单元输出信号；以及
作为复位电平输出信号读出所述复位电平，其中开启所述行选择晶体管与所述存储节点的所附复位之间的定时关系将所述复位电平输出信号升压。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/925,172 US7652704B2 (en) | 2004-08-25 | 2004-08-25 | Pixel for boosting pixel reset voltage |
| US10/925,172 | 2004-08-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101044749A true CN101044749A (zh) | 2007-09-26 |
Family
ID=35455987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2005800360519A Pending CN101044749A (zh) | 2004-08-25 | 2005-08-18 | 用于将像素复位电压升压的像素 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7652704B2 (zh) |
| EP (1) | EP1784974A1 (zh) |
| JP (1) | JP2008511255A (zh) |
| KR (1) | KR20070055545A (zh) |
| CN (1) | CN101044749A (zh) |
| TW (1) | TWI309809B (zh) |
| WO (1) | WO2006026163A1 (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101902583B (zh) * | 2009-05-26 | 2013-03-13 | 英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司 | 影像传感器及具有高转换增益的低噪声像素读出电路 |
| CN108205152A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-06-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种像元电路、其驱动方法及x射线探测器 |
| CN108668094A (zh) * | 2017-03-27 | 2018-10-16 | 豪威科技股份有限公司 | 图像传感器像素、成像系统及用于将图像传感器预充电的方法 |
| CN110324543A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 爱思开海力士有限公司 | 电子设备 |
| WO2020082737A1 (zh) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | 宁波飞芯电子科技有限公司 | 复位方法、复位装置、以及应用其的复位系统和像素阵列 |
| CN112188129A (zh) * | 2019-07-03 | 2021-01-05 | 恒景科技股份有限公司 | 像素电路 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040069183A (ko) * | 2001-12-21 | 2004-08-04 | 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 화상 픽업 장치 및 카메라 시스템 |
| JP4161855B2 (ja) * | 2003-09-10 | 2008-10-08 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、駆動制御方法及び駆動制御装置 |
| US7446807B2 (en) * | 2004-12-03 | 2008-11-04 | Micron Technology, Inc. | Imager pixel with capacitance for boosting reset voltage |
| JP4955262B2 (ja) * | 2004-12-07 | 2012-06-20 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 液晶表示装置、光感知素子、及びバックライト光源の照度制御装置 |
| US7791664B1 (en) * | 2006-07-20 | 2010-09-07 | Advasense Technologies Ltd. | Methods for reading a pixel and for writing to a pixel and a device having pixel reading capabilities and pixel writing capabilities |
| US8525287B2 (en) | 2007-04-18 | 2013-09-03 | Invisage Technologies, Inc. | Materials, systems and methods for optoelectronic devices |
| EP2143141A4 (en) | 2007-04-18 | 2011-04-13 | Invisage Technologies Inc | MATERIAL SYSTEMS AND METHOD FOR OPTOELECTRONIC ARRANGEMENTS |
| US20100044676A1 (en) | 2008-04-18 | 2010-02-25 | Invisage Technologies, Inc. | Photodetectors and Photovoltaics Based on Semiconductor Nanocrystals |
| KR101344441B1 (ko) * | 2007-07-16 | 2013-12-23 | 삼성전자 주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| JP2009130679A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Sony Corp | 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法および撮像装置 |
| US8203195B2 (en) | 2008-04-18 | 2012-06-19 | Invisage Technologies, Inc. | Materials, fabrication equipment, and methods for stable, sensitive photodetectors and image sensors made therefrom |
| JP5029624B2 (ja) * | 2009-01-15 | 2012-09-19 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及び電子機器 |
| KR101074795B1 (ko) * | 2009-07-03 | 2011-10-19 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 광 센싱 회로, 이를 포함하는 터치 패널, 및 광 센싱 회로의 구동 방법 |
| WO2011111521A1 (en) | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Driving method of display device |
| WO2011156507A1 (en) | 2010-06-08 | 2011-12-15 | Edward Hartley Sargent | Stable, sensitive photodetectors and image sensors including circuits, processes, and materials for enhanced imaging performance |
| JP5511541B2 (ja) * | 2010-06-24 | 2014-06-04 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法 |
| KR102008233B1 (ko) | 2012-06-29 | 2019-08-07 | 삼성전자주식회사 | 거리 측정 장치 및 상기 거리 측정 장치를 이용한 거리 측정 방법 |
| CN104427266B (zh) * | 2013-09-03 | 2017-08-25 | 英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司 | 像素感测单元 |
| US9560301B2 (en) * | 2014-05-16 | 2017-01-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Pixel unit cell having conversion circuit |
| WO2020073626A1 (en) * | 2018-10-09 | 2020-04-16 | Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. | Image sensor with dynamic charge-domain sampling |
| KR20200118687A (ko) | 2019-04-08 | 2020-10-16 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 장치 및 그것의 동작 방법 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0591424A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Mitsubishi Electric Corp | 電荷転送装置の駆動方法 |
| US5952686A (en) * | 1997-12-03 | 1999-09-14 | Hewlett-Packard Company | Salient integration mode active pixel sensor |
| US6046444A (en) * | 1997-12-08 | 2000-04-04 | Intel Corporation | High sensitivity active pixel with electronic shutter |
| JP3871439B2 (ja) * | 1998-06-05 | 2007-01-24 | 松下電器産業株式会社 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
| US6850278B1 (en) * | 1998-11-27 | 2005-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image pickup apparatus |
| US6252462B1 (en) * | 1999-06-30 | 2001-06-26 | Raytheon Company | Capacitor transimpedance amplifier ( CTIA) with shared load |
| US7053945B1 (en) * | 2000-07-26 | 2006-05-30 | Micron Technolopgy, Inc. | Image sensor having boosted reset |
| US7224389B2 (en) * | 2001-07-16 | 2007-05-29 | Cypress Semiconductor Corporation (Belgium) Bvba | Method to adjust the signal level of an active pixel and corresponding active pixel |
| US6504196B1 (en) * | 2001-08-30 | 2003-01-07 | Micron Technology, Inc. | CMOS imager and method of formation |
| JP4434530B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2010-03-17 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| CN1225897C (zh) * | 2002-08-21 | 2005-11-02 | 佳能株式会社 | 摄像装置 |
| US7277129B1 (en) * | 2002-10-31 | 2007-10-02 | Sensata Technologies, Inc. | Pixel design including in-pixel correlated double sampling circuit |
| JP4161855B2 (ja) * | 2003-09-10 | 2008-10-08 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、駆動制御方法及び駆動制御装置 |
-
2004
- 2004-08-25 US US10/925,172 patent/US7652704B2/en active Active
-
2005
- 2005-08-18 EP EP05786459A patent/EP1784974A1/en not_active Withdrawn
- 2005-08-18 KR KR1020077006354A patent/KR20070055545A/ko active IP Right Grant
- 2005-08-18 WO PCT/US2005/029179 patent/WO2006026163A1/en active Application Filing
- 2005-08-18 JP JP2007529958A patent/JP2008511255A/ja active Pending
- 2005-08-18 CN CNA2005800360519A patent/CN101044749A/zh active Pending
- 2005-08-25 TW TW094129134A patent/TWI309809B/zh not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-12-08 US US12/632,828 patent/US8026969B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101902583B (zh) * | 2009-05-26 | 2013-03-13 | 英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司 | 影像传感器及具有高转换增益的低噪声像素读出电路 |
| CN108668094A (zh) * | 2017-03-27 | 2018-10-16 | 豪威科技股份有限公司 | 图像传感器像素、成像系统及用于将图像传感器预充电的方法 |
| CN108205152A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-06-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种像元电路、其驱动方法及x射线探测器 |
| CN110324543A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 爱思开海力士有限公司 | 电子设备 |
| CN110324543B (zh) * | 2018-03-29 | 2021-10-26 | 爱思开海力士有限公司 | 电子设备 |
| WO2020082737A1 (zh) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | 宁波飞芯电子科技有限公司 | 复位方法、复位装置、以及应用其的复位系统和像素阵列 |
| CN112188129A (zh) * | 2019-07-03 | 2021-01-05 | 恒景科技股份有限公司 | 像素电路 |
| CN112188129B (zh) * | 2019-07-03 | 2022-05-24 | 恒景科技股份有限公司 | 像素电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8026969B2 (en) | 2011-09-27 |
| US20100097509A1 (en) | 2010-04-22 |
| US7652704B2 (en) | 2010-01-26 |
| TWI309809B (en) | 2009-05-11 |
| TW200622968A (en) | 2006-07-01 |
| JP2008511255A (ja) | 2008-04-10 |
| EP1784974A1 (en) | 2007-05-16 |
| KR20070055545A (ko) | 2007-05-30 |
| US20060044438A1 (en) | 2006-03-02 |
| WO2006026163A1 (en) | 2006-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101044749A (zh) | 用于将像素复位电压升压的像素 | |
| US10566379B2 (en) | Image sensor with a gated storage node linked to transfer gate | |
| US9900528B2 (en) | Method, apparatus and system providing a storage gate pixel with high dynamic range | |
| US7728892B2 (en) | Image sensor with a capacitive storage node linked to transfer gate | |
| US8085321B2 (en) | Method and apparatus for providing a rolling double reset timing for global storage in image sensors | |
| US8848080B2 (en) | Active pixel sensor with a diagonal active area | |
| US7777169B2 (en) | Imager pixel with capacitance circuit for boosting reset voltage | |
| US6140630A (en) | Vcc pump for CMOS imagers | |
| CN1833429A (zh) | 双转换增益成像器 | |
| JPH09233392A (ja) | 光電変換装置 | |
| TW201246924A (en) | Solid-state imaging element, driving method, and electronic apparatus | |
| TW201126702A (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, method of driving the same, and electronic apparatus | |
| US20200119060A1 (en) | Image sensor with a gated storage node linked to transfer gate | |
| EP2648404B1 (en) | Floating diffusion pre-charge | |
| CN113906733A (zh) | 摄像装置和摄像装置的驱动方法 | |
| US20050145900A1 (en) | Charge sweep operation for reducing image lag | |
| US20090302323A1 (en) | Method and apparatus for providing a low-level interconnect section in an imager device | |
| US7071981B1 (en) | Image sensing system and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |