CN101742131A - Cmos图像传感器的光电转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CMOS图像传感器的光电转换器，包括电源，重置晶体管，源跟随晶体管和光电二极管，电源与重置晶体管的漏极相连接，重置晶体管的源极与光电二极管的阴极相连接，光电二极管的阳极接地，源跟随管的栅极与光电二极管的阴极相连接，同时与重置晶体管的源极相连接，源跟随管的漏极与电源相连接，源跟随管的源极与BL相连接，时序控制信号与电源相连接，光电转换器的电源在时序控制信号作用下得到初始化信号，并进行信号采集和转换。本发明能降低制造成本，提高芯片的集成程度，节省待机功耗。

Description

CMOS图像传感器的光电转换器
技术领域
本发明涉及半导体集成电路中的CMOS图像传感器，尤其涉及一种CMOS图像传感器的光电转换器。
背景技术
目前较多应用的CMOS图像传感器的光电转换器通常由三个晶体管和一个光电二极管组成的阵列构成。如图1至图3所示，光电转换器包括电源(vdd in)，重置晶体管(reset)、行选择管(row select)、源跟随晶体管(source flower)和光电二极管。
电源100与重置晶体管200的漏极相连接，重置晶体管200的源极与光电二极管400的阴极相连接，光电二极管400的阳极接地，源跟随管300的栅极与光电二极管400的阴极相连接，同时与重置晶体管200的源极相连接，源跟随管300的漏极与行选择管500的漏极相连接，行选择管500的源极与位线(bit line，简称BL)相连接，行选择管500的栅极置空。
现有技术其工作方式为电源电压从电源输入进入，保持长开不受时序控制。光电转换在时序控制下，首先重置管打开，光电二极管初始化，源跟随管跟随打开，得到初始化信号。随后重置管关闭，源跟随管关闭，光电二极管接受光信号，通过结电容与源跟随管转换为电信号，并在下一采样周期开始的时候把行选择管打开，把电信号输出。然后进行下一个周期，重置管再次打开。
在现有技术中，所需要的晶体管较多，因此器件所占用的面积较大，而且由于电源是不受时序的控制，保持常开的状态，增加了待机的功耗，造成了能源的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CMOS图像传感器的光电转换器，能够减小了待机功耗，降低器件成本，并减少了单个像素处理单元的面积，提高芯片的集成度。
为解决上述技术问题，本发明CMOS图像传感器的光电转换器的技术方案是，包括电源，重置晶体管，源跟随晶体管和光电二极管，电源与重置晶体管的漏极相连接，重置晶体管的源极与光电二极管的阴极相连接，光电二极管的阳极接地，源跟随管的栅极与光电二极管的阴极相连接，同时与重置晶体管的源极相连接，源跟随管的漏极与电源相连接，源跟随管的源极与BL相连接，行选择控制逻辑电路与电源相连接，光电转换器的电源在时序控制信号作用下得到初始化信号，光电二极管中结电容使光电转换器的电位变为最高，源跟随管的电位也变为最高，随后重置晶体管在时序电路的控制下关闭，使光电转换器与源跟随器的电位与其它电路电隔离，并保持不变，当光电转换器接受光照，激发光电转换器产生电子将光电转换器与源跟随器的电位变低，光照前或者光照过程中行选择控制逻辑电路关闭电源，此时源跟随管没有信号输出，光照时间满足时序电路预设时间时，行选择逻辑再次把电源打开，源跟随器的栅极电位与光电转换器相同，漏端即为电源电压，根据光电转换器的电位输出不同的电流，信号采集完毕后，重置管再次打开，重复上述过程进行下一个采样周期。
作为本发明的进一步改进是，通过金属走线将时序控制信号引入电源。
本发明在减少一个控制器件行选择管的情况下，把时序控制接在电源输入上，电源输入只需要在有信号输出的时候才引入，减小了待机功耗。同时在减少一个控制器件行选择管的情况下实现同样的信号采样和输出功能，降低了器件的制造成本，而且减少了单个像素处理单元的面积，提高了集成度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为已有CMOS图像传感器的光电转换器电路图；
图2为已有CMOS图像传感器的光电转换器阵列结构示意图；
图3为已有CMOS图像传感器的光电转换器时序图；
图4为本发明电路图；
图5为本发明时序图。
图中附图标记，在已有技术中，电源为100、重置晶体管为200、源跟随管为300、光电二极管为400、行选择管为500，在本发明中，电源为10，重置晶体管为20，源跟随晶体管为30，光电二极管为40。
具体实施方式
如图4、图5所示，在本发明的CMOS图像传感器的光电转换器中，包括包括电源10，重置晶体管20，源跟随晶体管30和光电二极管40，电源10与重置晶体管20的漏极相连接，重置晶体管20的源极与光电二极管40的阴极相连接，光电二极管40的阳极接地，源跟随管30的栅极与光电二极管40的阴极相连接，同时与重置晶体管20的源极相连接，源跟随管30的？极与电源10相连接，源跟随管30的漏极与BL相连接，时序控制信号与电源相连接，光电转换器的电源在时序控制信号作用下得到初始化信号，光电二极管中结电容使光电转换器的电位变为最高，即为电源电压减晶体管的开启电压，源跟随管的电位也变为最高，为电源电压减晶体管的开启电压。随后重置晶体管在时序电路的控制下关闭，使光电转换器与源跟随器的电位与其它电路电隔离，并保持不变，当光电转换器接受光照，激发光电转换器产生电子将光电转换器与源跟随器的电位变低，幅度取决于光强与光的颜色，当入射光均匀时，电位的变化为线性变低的。光照前或者光照过程中行选择控制逻辑电路关闭电源，此时源跟随管漏端没有电压，因此没有信号输出，光照时间满足时序电路预设时间时，行选择逻辑再次把电源打开，源跟随器的栅极电位与光电转换器相同，漏端即为电源电压，根据光电转换器的电位输出不同的电流，信号采集完毕后，重置管再次打开，重复上述过程进行下一个采样周期。
在本发明中，将已有技术中的行选择管省去，相应的已有技术中的行选择管所占用的面积也被省略。同时将控制时序与电源输入相连接，使得电源输入受时序信息的控制。
在制作本发明CMOS图像传感器的光电转换器过程中，可以重新制作，也可以在已有技术的版上改进，通过金属走线引入，将电源输入接在已有技术中的行选择管的控制逻辑端上。
从结构上看，在本发明的光电转换器中，已有技术中的行选择管被省略，因此能够降低光电转换器的制造成本。同时由于减少了一块晶体管，因此减少了相应的面积，从而提高了芯片的集成程度。另外，由于采用时序控制与电源输入相连接，使得电源输入不是常开的状态，而是受时序信号的控制，因此能够节省待机功耗，降低成本，节约能源。

Claims (2)

1.一种CMOS图像传感器的光电转换器，其特征在于，包括电源，重置晶体管，源跟随晶体管和光电二极管，电源与重置晶体管的漏极相连接，重置晶体管的源极与光电二极管的阴极相连接，光电二极管的阳极接地，源跟随管的栅极与光电二极管的阴极相连接，同时与重置晶体管的源极相连接，源跟随管的漏极与电源相连接，源跟随管的源极与BL相连接，行选择控制逻辑电路与电源相连接，光电转换器的电源在时序控制信号作用下得到初始化信号，光电二极管中结电容使光电转换器的电位变为最高，源跟随管的电位也变为最高，随后重置晶体管在时序电路的控制下关闭，使光电转换器与源跟随器的电位与其它电路电隔离，并保持不变，当光电转换器接受光照，激发光电转换器产生电子将光电转换器与源跟随器的电位变低，光照前或者光照过程中行选择控制逻辑电路关闭电源，此时源跟随管没有信号输出，光照时间满足时序电路预设时间时，行选择逻辑再次把电源打开，源跟随器的栅极电位与光电转换器相同，漏端即为电源电压，根据光电转换器的电位输出不同的电流，信号采集完毕后，重置管再次打开，重复上述过程进行下一个采样周期。
2.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的光电转换器，其特征在于，通过金属走线将时序控制信号引入电源。
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