CN101815179B - Cmos图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CMOS图像传感器，像素单元，所述像素单元包括复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管，所述复位晶体管包括源极，所述源极作为像素单元的感应节点，还包括：复位单元，所述复位单元在输入的第一信号为高电位时，将所述感应节点电位升至高电位，在所述第一信号由高电位转换为低电位时，将复位晶体管的沟道电阻增大。通过增大复位晶体管的导通电阻，相对减小了复位噪声带宽，使得更多的复位噪声可以通过负反馈运算放大器消除。

Description

CMOS图像传感器

技术领域

本发明涉及图像传感器，特别涉及包含复位单元的CMOS图像传感器。

背景技术

摄像机、数码相机和数码摄像机等数字彩色成像装置的图像传感器通常采用CCD(Charge-coupled device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)技术。采用CMOS技术的图像传感器由于功耗小、成本低、易于在标准的生产线生产等优点成为主流。

现有技术的CMOS图像传感器的像素单元通常包括一个光电二极管和3个、4个或者5个NMOS晶体管。根据像素单元中包含的晶体管的数目，所述CMOS图像传感器可以分为3T型、4T型和5T型。现有的3T型、4T型图像传感器和5T型的图像传感器的工作原理相同，下面以5T型图像传感器为例，对现有CMOS图像传感器的工作原理进行说明。

请参考图1，图1是现有技术的CMOS图像传感器的电路结构示意图。所述图像传感器包括像素单元100，所述像素单元100包括1个光电二极管和5个NMOS晶体管，分别是：光电二极管PD、复位晶体管M1、放大晶体管M2、选择晶体管M3、转移晶体管M4、全局复位晶体管M5。所述复位晶体管M1包括源极，所述源极本领域技术人员称之为像素单元100的感应节点FD(又称为浮空扩散区，Floating Diffusion)。其中所述复位晶体管M1的漏极、放大晶体管M2的漏极分别接像素电源Vdd，所述像素电源Vdd为高电位。所述复位晶体管M1用于在曝光前对所述感应节点FD进行复位，使所述感应节点FD由低电位达到预定的高电位；所述全局复位晶体管M5用于在曝光前对光电二极管PD进行复位；所述光电二极管PD用于在曝光时进行光电转换，将接收到的光信号转换为电信号；所述转移晶体管M4用于将光电二极管PD转换后的电信号输入至所述感应节点FD；所述放大晶体管M2用于将从所述感应节点FD接收到的电信号放大；选择晶体管M3用于将放大后的电信号输出。

继续参考图1，所述图像传感器还包括负反馈运算放大器A和反馈晶体管M6。所述负反馈运算放大器A的输入负端V_-接收选择晶体管M3的漏极输出的电信号，输入正端V₊输入参考电压信号Vr。负反馈运算放大器A的输出信号至反馈晶体管M6的漏极。所述负反馈运算放大器A的输入正端输入的参考电压信号Vr为线性增长信号。所述反馈晶体管M6的栅极输入脉冲信号，所述反馈晶体管M6的源极电连接复位晶体管M1的栅极。

上述5T结构的图像传感器的工作过程如下：曝光前，反馈晶体管M6在栅极输入高电位脉冲信号时，反馈晶体管M6的内部形成导电沟道，反馈晶体管M6的漏极接收到的负反馈运算放大器A的输出信号为高电位，因此反馈晶体管M6导通，其源极输出与漏极相同的高电位信号；所述高电位信号输入至复位晶体管M1的栅极，复位晶体管M1的漏极接收像素电源Vdd，因此，复位晶体管M1导通，复位晶体管的源极输出与漏极相同的高电位信号，从而所述感应节点FD具有相应的高电位信号；所述感应节点FD的高电位信号作为放大晶体管M2的栅极控制信号，在放大晶体管M2内部形成导电沟道，所述放大晶体管M2的漏极接像素电源Vdd，因而放大晶体管M2导通，其源极输出与漏极相同的高电位信号，所述高电位信号输入至选择晶体管M3的漏极，此时选择晶体管M3的栅极接收的控制信号为高电位，使选择晶体管M3内部形成导电沟道，选择晶体管M3的漏极为高电位信号而导通，其漏极输出与源极相同的高电位信号从而感应节点FD电位经过放大晶体管M2的源极和选择晶体管M3的源极输出至运算放大器A的输入负端V_-。所述运算放大器A输入正端V₊接收参考电压信号Vr，所述参考电压信号为线性增长信号，运算放大器的输出信号等于a(V_--V₊)+b(V_-+V₊)，其中，a为运算放大器的差模增益，b为运算放大器的共模增益。所述负反馈运算放大器A根据选择晶体管M3的输出信号对输入复位晶体管M1的电信号进行调节，直至选择晶体管M3的输出信号稳定至与参考电压信号Vr相同，此时，所述感应节点FD达到预定电位，上述通过负反馈运算放大器A的负反馈作用消除了复位噪声。所述复位噪声包括由于复位晶体管M1的热噪声引起的感应节点FD噪声。

但是实际中发现，上述CMOS图像传感器的缺点是负反馈运算放大器A只能消除带宽位于负反馈运算放大器A的带宽内的噪声部分，而实际中，负反馈运算放大器A的带宽有限，消除复位噪声的效果有限。

因此，需要一种新的图像传感器，能够消除更多的复位噪声。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种新的CMOS图像传感器，消除了更多的复位噪声。

为解决上述问题，本发明提供一种CMOS图像传感器，所述像素单元包括复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管，所述复位晶体管包括源极，所述源极作为像素单元的感应节点，所述CMOS图像传感器还包括：

复位单元，所述复位单元在输入的第一信号为高电位时，将所述感应节点电位升至高电位，在所述第一信号由高电位转换为低电位时，将复位晶体管的沟道电阻增大。

可选地，所述CMOS图像传感器还包括反馈单元，用于稳定所述感应节点的电位，所述反馈单元包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述第一输入端电连接至选择晶体管的源极，所述第二输入端输入参考电压，所述第一输出端电连接至所述复位晶体管的漏极。

可选地，所述反馈单元为负反馈运算放大器。

可选地，所述选择晶体管的栅极输入第二信号，所述第二信号的脉宽大于第一信号。

可选地，所述复位单元包括：

变阻单元，用于提供阻值可变的电阻；

控制单元，用于在输入的第一信号为高电位时，使感应节点电位升至高电位，在所述第一信号由高电位转换为低电位时，将变阻单元提供的电阻与复位晶体管的栅极连接组成放电通路。

可选地，所述控制单元包括电压转换电路，所述电压转换电路包括输入端，用于将所述第一信号转换为第三信号，并且所述第三信号的高电位大于第一信号的高电位，第三信号的脉宽与第一信号相同；

所述控制单元还包括第一反相器，用于对第三信号进行反相转换；

所述控制单元还包括第一晶体管，所述第一晶体管用于在输入的第一信号为高电位时使感应节点升至高电位，所述第一晶体管的栅极接反相器输出端，漏极接像素电源，源极接复位晶体管的栅极；

所述控制单元还包括第二晶体管，所述第二晶体管用于输入的第一信号由高电位转为低电位时，控制变阻单元工作，所述第二晶体管的栅极接第三信号，源极接地，漏极与所述变阻单元输入端相连。

可选地，所述变阻单元包括多个电阻及电阻控制单元，所述电阻控制单元用于控制变阻单元工作时输出的电阻值。

可选地，所述电阻控制单元包括译码器，所述译码器接收外部数字脉冲信号，输出选择信号；

所述电阻控制单元还包括多个晶体管，所述多个晶体管与多个电阻相对应电连接，所述晶体管的栅极接收所述选择信号，源极电连接至所述电阻单元的第二晶体管的源极，漏极电连接相对应的电阻一端，所述电阻另一端与复位晶体管的栅极相连。

可选地，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管为NMOS晶体管。

可选地，当像素单元为4T型和5T型时，所述CMOS图像传感器还包括：

第一开关，所述放大晶体管和复位晶体管的漏极通过第一开关与反馈单元的输出端电连接，所述第一开关接收控制信号，在CMOS图像传感器工作于非相关双采样模式，第一开关接通；

第二开关，所述放大晶体管和复位晶体管的漏极通过第二开关与像素电源相连，所述第二开关接收控制信号，在CMOS图像传感器工作于相关双采样模式时，第二开关接通。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：复位单元在输入的第一信号为高电位时，将感应节点的电位升至高电位，在所述第一信号由高电位转换为低电位时，将复位晶体管的沟道电阻增大，减小了复位噪声，通过反馈单元使得感应节点的电压稳定，消除了更多的复位噪声；进一步优化地，所述复位单元包括变阻单元，所述变阻单元提供阻值可变的电阻，可以根据CMOS图像传感器的应用场合、复位噪声的状况进行选择，保证去除复位噪声的效果。

附图说明

图1是现有技术的CMOS图像传感器的电路结构示意图。

图2是本发明的CMOS图像传感器的结构示意图。

图3是本发明第一实施例的3T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。

图4是本发明第一实施例的复位单元的电路结构示意图。

图5是本发明第二实施例的4T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。

图6是本发明第三实施例的5T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。

具体实施方式

在现有CMOS图像传感器的工作过程中，发明人发现，CMOS图像传感器中的负反馈运算放大器只能消除复位噪声带宽位于负反馈运算放大器带宽以内的部分。若消除更多的噪声，有两个方法：一是增大负反馈运算放大器的带宽；二是减小复位噪声带宽。经过发明人进一步实验发现，复位噪声带宽随着复位晶体管的沟道电阻的增大而减小，负反馈运算放大器的带宽也随着复位晶体管的沟道电阻增大而减小，而复位噪声减小的更多，因此，增大复位晶体管的沟道电阻，可以相对地减小复位噪声带宽，使得更多的复位噪声带宽位于负反馈运算放大器带宽以内，可以消除更多的复位噪声。

因此，本发明提供一种CMOS图像传感器。请参考图2，图2是本发明的CMOS图像传感器的结构示意图。所述图像传感器包括：像素单元201，所述像素单元包括复位晶体管(未示出)、选择晶体管(未示出)和放大晶体管(未示出)，所述复位晶体管包括源极(未示出)，所述源极作为像素单元的感应节点，还包括：

复位单元202，所述复位单元202在输入的第一信号rst为高电位时，将所述感应节点电位升至高电位，在所述第一信号rst由高电位转换为低电位时，将复位晶体管的沟道电阻增大。

仍参考图2，所述CMOS图像传感器还包括反馈单元203，用于稳定所述感应节点的电位，所述反馈单元203包括输入负端V_-、输入正端V₊和输出端V_out，所述输入负端V_-电连接至选择晶体管的源极(未示出)，所述输入正端V₊输入参考电压Vref，所述输出端V_out电连接至所述复位晶体管的漏极。

下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。

第一实施例

请参考图3，图3是本发明第一实施例的3T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。所述CMOS图像传感器包括像素单元201、反馈单元203以及复位单元202。本发明所述的3T型CMOS图像传感器具体是指其中的像素单元201包括1个光电二极管和3个NMOS晶体管，分别是：光电二极管PD、复位晶体管M1、放大晶体管M2、选择晶体管M3。所述复位晶体管M1具有源极，所述源极本领域技术人员称之为像素单元的感应节点FD。

继续参考图3，所述反馈单元203包括负反馈运算放大器A，所述负反馈运算放大器A包括输入负端V_-、输入正端V₊和输出端V_out，所述输入负端V_-电连接至选择晶体管M3的源极，所述输入正端V₊输入参考电压Vref，所述输出端V_out电连接至所述复位晶体管M1的漏极以及放大晶体管M2的漏极。所述负反馈运算放大器A输出端的信号与输入负端V_-和输入正端V₊信号的关系为：a(V_--V₊)+b(V_-+V_-)。其中a为差模增益，b为共模增益。

参考图3，所述复位单元202输入第一信号rst，所述选择晶体管M3输入第二信号sel，第二信号sel的脉宽、占空比大于第一信号sel的脉宽、占空比。即当所述第一信号rst为高电位时，所述第二信号sel也为高电位，并且第二信号sel的高电位持续时间大于第一信号rst的高电位持续时间。

所述3T型CMOS图像传感器的复位过程包括：

当所述第一信号rst为高电位时，复位单元202输出第一控制信号至复位晶体管M1的栅极，所述第一控制信号为高电位信号，因此所述复位晶体管M1内部产生导电沟道，此时，负反馈运算放大器A的输出端V_out输出高电位反馈信号至复位晶体管M1的漏极和放大晶体管M2的漏极，因此复位晶体管M1导通，其源极输出高电位第一中间信号；所述第一中间信号作为放大晶体管M2的栅极控制信号，使放大晶体管M2内部形成导电沟道，放大晶体管M2的漏极接高电位反馈信号，放大晶体管M2导通，其源极输出高电位第二中间信号；所述第二中间信号输出至选择晶体管M3的漏极；选择晶体管M3的栅极接收的第二信号sel为高电位，选择晶体管M3的内部形成导电沟道，从而选择晶体管M3导通，选择晶体管M3的漏极输出高电位第三中间信号，忽略选择晶体管M3的导通压降，所述第三中间信号的电位与第二中间信号的电位相同；所述第三中间信号输入至负反馈运算放大器A的输入负端V_-，负反馈运算放大器A根据输入负端V_-的电位与输入负端V₊的电位比较，输出高电位反馈信号至复位晶体管M1的漏极和放大晶体管M2的漏极，然后重复上述过程，直至负反馈运算放大器A的输入负端V_-的电位与输入负端V₊的电位相等，此时，感应节点FD达到预定电位。

当第一信号rst由高电位转变为低电位时，复位单元202增大复位晶体管M1的沟道电阻，具体原理将将在后续复位单元202的工作原理进行详细说明，这里暂不作解释。

上述过程中，感应节点FD的电位偏离预定电位的波动称为复位噪声。复位噪声通常具有一定带宽，复位噪声带宽位于负反馈运算放大器A带宽以内的部分能够通过负反馈运算放大器A的反馈作用被消除。

所述负反馈运算放大器A的反馈作用消除复位噪声的原理为：当感应节点FD出现复位噪声，且复位噪声带宽位于负反馈运算放大器A带宽以内时，所述复位噪声使得第一中间信号、第二中间信号、第三中间信号电位相应改变，最终反馈单元201的负反馈运算放大器A的反馈电位改变，使得感应节点FD的电位回到预定电位。例如当感应节点的电位大于预定电位时，第一中间信号、第二中间信号、第三中间信号电位相应增大，反馈电位减小，最终使感应节点FD的电位减小至预定电位。

本发明在第一信号rst由高电位转变为低电位时，复位单元202增大复位晶体管M1的沟道电阻，增大所述沟道电阻使得复位噪声的带宽和负反馈运算放大器A的带宽同时降低，但是复位噪声的带宽减小更多，从而更多的复位噪声位于负反馈运算放大器A的带宽以内，更多的复位噪声被消除。

下面将对本发明所述的复位单元的结构进行详细的说明。请参考图4，图4是本发明第一实施例的复位单元的电路结构示意图。所述复位单元包括：

变阻单元302，用于提供阻值可变的电阻；

控制单元301，用于在输入的第一信号rst为高电位时，使感应节点(未示出)电位升至高电位，在所述第一信号rst由高电位转换为低电位时，将变阻单元302提供的电阻与复位晶体管M1的栅极连接组成放电通路。

参考图4，所述控制单元301包括电压转换电路。所述电压转换电路为1.8-3.3V电压转换电路，所述1.8-3.3V电压转换电路的输入端接收第一信号rst，将第一信号rst转换为第三信号，并且所述第三信号的高电位大于第一信号的高电位，第三信号的脉宽与第一信号相同；

所述控制单元301还包括第一反相器F1，用于对第三信号进行反相转换；

所述控制单元301还包括第一晶体管M7，所述第一晶体管M7的栅极收反相器F1输出的第三信号，源极电连接复位晶体管的栅极，漏极电连接像素电源Vdd，所述像素电源Vdd为高电位信号；所述第一晶体管M7用于在输入的第一信号rst为高电位时使感应节点升至高电位；

所述控制单元302还包括第二晶体管M6，所述第二晶体管M6用于输入的第一信号rst由高电位转为低电位时，控制变阻单元302工作，所述第二晶体管M6的栅极接所述第三信号，源极接地，漏极与所述变阻单元302输入端相连。

本实施例中，所述第一晶体管M7为PMOS晶体管，所述第二晶体管M6为NMOS晶体管。所述第一信号rst的高电位为1.8v，所述第三信号电位等于像素以及像素电源Vdd电位，所述电位为3.3V。

请参考图4，所述变阻单元302包括多个电阻及电阻控制单元，所述电阻控制单元用于控制变阻单元工作时输出的电阻值，这样可以根据CMOS图像传感器的应用场合、复位噪声的情况，灵活选择变阻单元302输出的电阻值，保证去除复位噪声的效果。作为一个实施例，所述变阻单元302包括8个电阻，分别是：第一电阻R0、第二电阻R1、第三电阻R2、第四电阻R3、第五电阻R4、第六电阻R5、第七电阻R6、第八电阻R7。

所述电阻控制单元包括3-8译码器，所述3-8译码器具有三个输入端以及8个输出端，所述输入端分别是：第一输入端S0、第二输入端S1、第三输入端S2，所述输出端分别是：第一输出端D0、第二输出端D1、第三输出端D2、第四输出端D3、第五输出端D4、第六输出端D5、第七输出端D6、第八输出端D7。

所述电阻控制单元还包括8个晶体管，所述8个晶体管为NMOS晶体管，分别是第一MOS管A0、第二MOS管A1、第三MOS管A2、第四MOS管A3、第五MOS管A4、第六MOS管A5、第七MOS管A6、第八MOS管A7。所述8个晶体管的栅极分别与3-8译码器的输出端对应相电连接。参考图4，第一晶体管A0的栅极与第一输出端D0相电连接，第二MOS管A1的栅极与第二输出端D1相电连接，第三MOS管A2的栅极与第三输出端D2相电连接，第四MOS管A3的栅极与第四输出端D3相电连接，第五MOS管A4的栅极与第五输出端D4相电连接，第六MOS管A5的栅极与第六输出端D5相电连接、第七MOS管A6的栅极与第七输出端D6相电连接，第八MOS管A7的栅极与第八输出端D7相电连接。所述8个晶体管的源极与控制单元301的第二晶体管M6相电连接，所述8个晶体管的漏极与8个电阻的一端对应相电连接。例如，第一MOS管A0的漏极与第一电阻R0的一端电连接、第二MOS管A1的漏极与第二电阻R1的一端电连接、第三MOS管A2的漏极与第三电阻R2的一端电连接、第四MOS管A3的漏极与第四电阻R3的一段电连接，在此不做一一列举。所述8个电阻的另一端与复位晶体管M1的栅极电连接。

第二晶体管M6导通时，第二晶体管M6源极接地，因而第二晶体管M6的漏极为低电位，从而与第二晶体管M6的漏极相连的第一MOS管A0、第二MOS管A1、第三MOS管A2、第四MOS管A3、第五MOS管A4、第六MOS管A5、第七MOS管A6、第八MOS管A7的源极为低电位，在外部电阻选择脉冲信号输入变阻单元302的3个输入端后，所述变阻单元302开始工作，其工作原理具体包括：

3个输入端分别接收外部电阻选择脉冲信号，其8个输出端的中的一个输出端输出高电位控制信号，与所述输出端相连的MOS管内部形成导电沟道；所述MOS管由于源极为低电位因而其漏极也为低电位，因此与所述漏极相连的电阻接地，所述电阻与复位晶体管M1的栅极相电连接构成放电通道，延长了复位晶体管M1的栅极电位下降沿的时间，从而增大了复位晶体管M1的沟道电阻。

例如，所述变阻单元302的3个输入端输入的电阻选择脉冲信号均为零电位时，所述8个输出端的第一输出端D0输出高电位，其他7个输出端输出零电位，与第一输出端D0相连的第一MOS管A0的第一电阻R0接地，与复位晶体管M1的栅极电连，相应地，增大了复位晶体管M1的栅极电位下降沿的时间的沟道电阻。

所述增大复位晶体管M1的沟道电阻的具体原理将在复位单元的工作原理中进行介绍，在此暂不作说明。

下面对所述复位单元的工作原理进行介绍。参考图4，所述复位单元的工作原理如下：

当第一信号rst为高电位时，经过1.8-3.3V电压转换电路转换为第三信号，所述第三信号为3.3V高电位；所述第三信号输入至第一反相器F1，经过第一反相器F1反相转换为低电位，所述低电位为零电位，此时，第一晶体管M7内形成导电沟道，第一晶体管M7的漏极接收像素电源Vdd因而导通，其源极输出第一控制信号至复位晶体管M1的栅极，如果忽略第一晶体管M7的导通压降，第一控制信号的电位等于像素电源Vdd电位，所述第一控制信号输出至复位晶体管M1的栅极，使得所述复位晶体管M1内部产生导电沟道，此时复位晶体管M1内部的寄生电容充电；所述第一控制信号使得像素单元FD的电位升高至预定电位，具体过程参见3T型CMOS图像传感器的复位过程，在此不做详述；

同时，当第一信号rst为高电位时，所述第三信号为3.3V高电位，经过第一反相器F1反相转换为低电位，所述低电位为零电位，所述第二晶体管M6内部没有形成导电沟道因而关断；

当第一信号rst由高电位转换为低电位时，所述低电位为零电位，经过1.8-3.3V电压转换电路转换为第三信号，所述第三信号为零电位；所述第三信号输入至第一反相器F1，经过第一反相器F1反相转换为高电位，所述高电位为3.3V，此时，所述高电位输入第一晶体管M7的栅极，所述第一晶体管M7内的导电沟道消失，从而第一晶体管M7关断，第一晶体管M7不再对复位晶体管M1提供第一控制信号，复位晶体管M1的栅极电位开始下降；此时，第二晶体管M6的内部形成导电沟道，第二晶体管M6的源极接地，其漏极为低电位，从而变阻单元302的某个电阻与复位晶体管M1的栅极串联，复位晶体管M1内部的寄生电容经过电阻放电，使得复位晶体管M1的栅极电位缓慢下降，从而复位晶体管M1的沟道电阻增大，所述沟道电阻增大的比例与放电时间常数相关。放电时间常数越长，沟道电阻越大。在复位晶体管M1确定后，所述放电时间常数取决于与复位晶体管M1的栅极串联的电阻阻值。所述电阻阻值在实际中可以根据CMOS图像传感器的应用场合以及复位噪声的状况进行设置。例如，当复位噪声较大，需要较大的放电时间常数时，可以通过对变阻单元的电阻控制开关进行设置，选择需要的电阻与复位晶体管M1的栅极串联，以保证去除复位噪声的效果。

需要说明的是，上述3T型CMOS图像传感器工作于非相关双采样模式，所述非相关双采样模式的工作原理为：

未曝光时，复位单元202对像素单元201的感应节点FD复位，使得感应节点FD达到预定电压，所述复位过程参考3T型CMOS图像传感器的复位过程；然后，曝光开始，光电二极管PD进行光电转换，获得电信号，所述电信号输出至输出端out，并存储；接着，复位单元202对像素单元202的感应节点FD复位，使得感应节点FD达到预定电位，所述复位过程参考3T型CMOS图像传感器的复位过程，所述预定电位输出至输出端out，所述预定电位与存储的电信号作差，获得的差信号作为实际的电信号，所述光信号一次采集过程结束。

第二实施例

图5是本发明第二实施例的4T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。

所述CMOS图像传感器包括像素单元201，反馈单元203以及复位单元202。本发明所述的4T型CMOS图像传感器具体是指其中的像素单元201包括1个光电二极管和4个NMOS晶体管，分别是：光电二极管PD、复位晶体管M1、放大晶体管M2、选择晶体管M3、传输晶体管M4。所述复位晶体管M1具有源极，所述源极本领域技术人员称之为像素单元201的感应节点FD。

参考图5，作为优选的实施例，所述CMOS图像传感器还包括：

第一开关K1，所述放大晶体管M2和复位晶体管M1的漏极通过第一开关K1与反馈单元203的输出端电连接，所述第一开关K1接受控制信号，在CMOS图像传感器工作于非相关双采样模式，第一开关K1接通；

第二开关K2，所述放大晶体管M2和复位晶体管M1的漏极通过第二开关K2与像素电源Vdd相电连，所述第二开关K2接收控制信号，在CMOS图像传感器工作于相关双采样模式时，第二开关K2接通。

所述复位单元202、反馈单元203的电路结构与第一实施例的复位单元的电路结构相同，请参考图4所示。所述复位单元202包括：

变阻单元302，用于提供阻值可变的电阻；

控制单元301，用于在输入的第一信号rst为高电位时，使感应节点(未示出)电位升至高电位，在所述第一信号rst由高电位转换为低电位时，将变阻单元302提供的电阻与复位晶体管M1的栅极电连接组成放电通路。

本发明所述的4T型CMOS图像传感器可以工作于相关双采样模式和非相关双采样模式。通常4T型CMOS图像传感器应用于高速拍摄的场合时，采用非相关双采样模式，第一开关K1接通，第二开关K2关断，此时复位单元202以及反馈单元203同时工作，具体工作原理参考参考第一实施例的3T型CMOS图像传感器的复位原理以及复位单元201的工作原理，在此不做赘述。

当4T型CMOS图像传感器应用于低速拍摄的场合时，第一开关K1关断，第二开关K2接通，此时复位单元201工作，反馈单元203与像素单元201断开，反馈单元203不工作。请参考图4，此时复位单元的控制单元301工作，其工作原理与第一实施例的控制单元301的工作单元相同，而变阻单元302的输入端4T型CMOS图像传感器的工作过程没有输入任何外部电阻选择脉冲输入，变阻单元302不参与对4T型CMOS图像传感器的复位工作。

本实施例设置的第一开关K1和第二开关K2，使得4T型CMOS图像传感器能够灵活的根据应用场合选择像素单元工作于相关双采样模式或非相关双采样模式。如果所述4T型CMOS图像传感器仅需要工作于非相关双采样模式时，所述第一开关K1、第二开关K2可以去除，所述4T型CMOS图像传感器的像素单元的放大晶体管M2和复位晶体管M1的漏极直接与反馈单元的输出端相连。

需要说明的是，所述4T型CMOS图像传感器应用于高速拍摄的场合或者低速拍摄的场合，相应的像素单元的各个晶体管的工作时序不同，CMOS图像传感器的控制信号脉冲时序根据需要设置。作为本领域技术人员的公知技术，在此不做赘述。

所述相关双采样模式作为本领域技术人员的公知技术，具体是指：

未曝光时，复位单元202对像素单元201的感应节点FD复位以及光电二极管PD复位，使得感应节点FD以及光电二极管PD达到预定电位，所述预定电位输出至输出端out并存储；然后，曝光开始，光电二极管PD进行光电转换，获得电信号，所述电信号输出至输出端out，所述电信号与存储的预定电位作差，获得的差信号作为实际的电信号，所述光信号一次采集过程结束。

第三实施例

请参考图6，图6是本发明第三实施例的5T型CMOS图像传感器的电路结构示意图。所述CMOS图像传感器包括像素单元201、控制单元202、反馈单元203。本发明所述的5T型CMOS图像传感器是指，像素单元201包括1个光电二极管5个NMOS晶体管，分别是：光电二极管PD、复位晶体管M1、放大晶体管M2、选择晶体管M3、传输晶体管M4、全局复位晶体管M5。所述复位晶体管M1具有源极，所述源极本领域技术人员称之为像素单元的感应节点FD。

作为优选的实施例，所述CMOS图像传感器还包括：

第一开关K1，所述放大晶体管M2和复位晶体管M1的漏极通过第一开关K1与反馈单元203的输出端电连接，所述第一开关K1接受控制信号，在CMOS图像传感器工作于非相关双采样模式，第一开关K1接通；

第二开关K2，所述放大晶体管M2和复位晶体管M1的漏极通过第二开关K2与像素电源Vdd相电连，所述第二开关K2接收控制信号，在CMOS图像传感器工作于相关双采样模式时，第二开关K2接通。

其中，所述复位单元202、反馈单元203的电路结构与第一实施例的复位单元的电路结构相同，请参考图4所示。所述复位单元202包括：

变阻单元302，用于提供阻值可变的电阻，；

控制单元301，用于在输入的第一信号rst为高电位时，使感应节点(未示出)电位升至高电位，在所述第一信号rst由高电位转换为低电位时，将变阻单元302提供的电阻与复位晶体管M1的栅极电连接组成放电通路。

本发明所述的5T型CMOS图像传感器可以工作于相关双采样模式和非相关双采样模式。通常5T型CMOS图像传感器应用于高速拍摄的场合时，采用非相关双采样模式，第一开关K1接通，第二开关K2关断，此时复位单元202以及反馈单元203同时工作，具体工作原理参考参考第一实施例的3T型CMOS图像传感器的复位原理以及复位单元201的工作原理，在此不做赘述。

当5T型CMOS图像传感器应用于低速拍摄的场合时，第一开关K1关断，第二开关K2接通，此时复位单元201工作，反馈单元203与像素单元201断开，反馈单元203不工作。请参考图4，此时复位单元的控制单元301工作，其工作原理与第一实施例的控制单元301的工作单元相同，而变阻单元302的输入端4T型CMOS图像传感器的工作过程没有输入任何外部电阻选择脉冲输入，变阻单元302不参与对4T型CMOS图像传感器的复位工作。

本实施例设置的第一开关K1和第二开关K2，使得5T型CMOS图像传感器能够灵活的根据应用场合选择像素单元工作于相关双采样模式或非相关双采样模式。如果所述5T型CMOS图像传感器仅需要工作于非相关双采样模式时，所述第一开关K1、第二开关K2可以去除，所述5T型CMOS图像传感器的像素单元的放大晶体管M2和复位晶体管M1的漏极直接与反馈单元的输出端相连。所述5T型CMOS图像传感器工作相关双采样模式请参考第二实施例的4T型CMOS图像传感器工作相关双采样模式。作为本领域技术人员公知技术，在此不做详细说明。

需要说明的是，所述5T型CMOS图像传感器应用于高速拍摄的场合或者低速拍摄的场合，相应的像素单元的各个晶体管的工作时序不同，CMOS图像传感器的控制信号脉冲时序根据需要设置。作为本领域技术人员的公知技术，在此不做赘述。

综上，本发明提供的复位单元包括控制单元和反馈单元，所述控制单元增大了复位晶体管的沟道电阻，减小了复位噪声的带宽和反馈单元的负反馈运算放大器的带宽，而复位噪声带宽减小的更多，因此，更多的复位噪声带宽位于负反馈运算放大器的带宽内，更多的复位噪声被去除。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以作出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种CMOS图像传感器，包括像素单元，所述像素单元包括复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管，所述复位晶体管包括源极，所述源极作为像素单元的感应节点，其特征在于，还包括：

复位单元，所述复位单元在输入的第一信号为高电位时，将所述感应节点电位升至高电位，在所述第一信号由高电位转换为低电位时，将复位晶体管的沟道电阻增大；

所述复位单元包括变阻单元和控制单元；其中，

所述变阻单元用于提供阻值可变的电阻；

所述控制单元用于在输入的第一信号为高电位时，使感应节点电位升至高电位，在所述第一信号由高电位转换为低电位时，将变阻单元提供的电阻与复位晶体管的栅极连接组成放电通路；

所述控制单元包括电压转换电路，所述电压转换电路包括输入端，用于将所述第一信号转换为第三信号，并且所述第三信号的高电位大于第一信号的高电位，第三信号的脉宽与第一信号相同；

所述控制单元还包括第一反相器，用于对第三信号进行反相转换；

所述控制单元还包括第一晶体管，所述第一晶体管用于在输入的第一信号为高电位时使感应节点升至高电位，所述第一晶体管的栅极接反相器输出端，漏极接像素电源，源极接复位晶体管的栅极；

所述控制单元还包括第二晶体管，所述第二晶体管用于输入的第一信号由高电位转为低电位时，控制变阻单元工作，所述第二晶体管的栅极输入第三信号，源极接地，漏极与所述变阻单元输入端相连。

2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器还包括反馈单元，用于稳定所述感应节点的电位，所述反馈单元包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述第一输入端电连接至选择晶体管的源极，所述第二输入端输入参考电压，第一输出端电连接至所述复位晶体管的漏极。

3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述反馈单元为负反馈运算放大器。

4.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述选择晶体管的栅极输入第二信号，所述第二信号的脉宽大于第一信号。

5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述变阻单元包括多个电阻及电阻控制单元，所述电阻控制单元用于控制变阻单元工作时输出的电阻值。

6.如权利要求5所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述电阻控制单元包括译码器，所述译码器接收外部数字脉冲信号，输出选择信号；

所述电阻控制单元还包括多个晶体管，所述多个晶体管与多个电阻相对应电连接，所述多个晶体管的栅极接收所述选择信号，源极电连接至所述控制单元的第二晶体管的漏极，漏极电连接相对应的电阻一端，所述电阻另一端与复位晶体管的栅极相连。

7.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管为NMOS晶体管。

8.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，像素单元为4T型和5T型时，所述CMOS图像传感器还包括：

第一开关，所述放大晶体管和复位晶体管的漏极通过第一开关与反馈单元的输出端电连接，所述第一开关接收控制信号，在CMOS图像传感器工作于非相关双采样模式，第一开关接通；

第二开关，所述放大晶体管和复位晶体管的漏极通过第二开关与像素电源相连，所述第二开关接收控制信号，在CMOS图像传感器工作于相关双采样模式时，第二开关接通。

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