CN102413288A - 用于图像传感器的传输管结构以及图像传感器 - Google Patents

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公开了用于图像传感器的传输管结构以及图像传感器。本发明提供了一种改进的具有高动态范围的图像传感器。传输管结构包括：第一传输管和第二传输管；第一传输管的第一浮置扩散区和第二传输管的第二浮置扩散区分别置于所述图像传感器的光电二极管的两端，并且第一浮置扩散区和第二浮置扩散区之间设置开关。开关开启时，第一浮置扩散区和第二浮置扩散区联通，开关关闭时，第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区隔断。本发明的通过开关的开启/关闭来控制浮置扩散区电容的大小来获取稳定的电子传输后浮置扩散区的压降以获取稳定的终端输出信号，实现具有高动态的图像传感器；两个传输管能有效地提高电子转移效率，特别是对于像素尺寸较大的图像传感器。

Description

用于图像传感器的传输管结构以及图像传感器
技术领域
本发明涉及电路设计领域，具体涉及一种用于图像传感器的传输管结构以及采用了该传输管结构的图像传感器。
背景技术
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。
在图像传感器中，采用传输管(transfer transistor，TX)来传输光电二极管中的光生电子。图1示出了根据现有技术的用于图像传感器的传输管结构；并且图2示出了包含图1所示的传输管结构的图像传感器的电路结构。
如图1所示，光电二极管PD与传输管TX相连，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2之间设置开关SW。其中，浮置扩散区FD是一个结电容，其起到了电荷-电压转换作用。
如图2所示，图像传感器包括：光电二极管PD、传输管TX、开关SW、重置晶体管Reset、源跟随晶体管SF、输出晶体管RS、以及负载RL。光电二极管PD连接至传输管TX；传输管TX的浮置扩散区FD1与源跟随晶体管SF的栅极相连；第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2之间设置开关SW。所述开关SW开启(即导通)时，所述第一浮置扩散区FD1和所述第二浮置扩散区FD2联通，所述开关SW关闭(即不导通)时，所述第一浮置扩散区FD1和所述第二浮置扩散区FD2隔断。重置晶体管Reset与源跟随晶体管SF相连；并且源跟随晶体管SF连接至输出晶体管RS以及负载RL。
ΔVfd表示电子传输后浮置扩散区的压降，则有ΔVfd＝ΔQ/Cfd。其中，ΔQ为光电二极管PD中的光生电子(即信号)，Cfd为浮置扩散区FD的电容。当外界光强较小时，光生电子ΔQ较小，则需要较小的浮置扩散区电容Cfd；外界光强较强时，光生电子ΔQ较大，则相应需要较大的浮置扩散区电容Cfd，如此可得到较为稳定的浮置扩散区压降ΔVfd(ΔVfd＝ΔQ/Cfd)。稳定的ΔVfd可得到较稳定的终端输出信号，由此实现具有高动态范围的图像传感器。
当外界光强较弱时光生电子ΔQ较小，开关SW和TX2关闭，浮置扩散区电容Cfd(Cfd＝Cfd1)较小。当外界光强较强时光生电子ΔQ较大，开关SW和TX2开启，则可得到较大的浮置扩散区电容Cfd(Cfd＝Cfd1+Cfd2)；由ΔVfd＝ΔQ/Cfd可知，无论外界光强变化都可得到稳定的浮置扩散区压降ΔVfd，稳定的浮置扩散区压降ΔVfd可得到稳定的终端输出信号Vout，以实现具有高动态范围的图像传感器。
发明内容
本发明提供了一种改进的具有高动态范围，并且能够有效地提高光生电子的传输效率的图像传感器。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于图像传感器的传输管结构，其包括：第一传输管和第二传输管；其中所述第一传输管和所述第二传输管置于像传感器的光感元件的两端；并且所述第一传输管的第一浮置扩散区和所述第二传输管的第二浮置扩散区之间设置开关SW。所述开关开启时，所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区联通，所述开关关闭时，所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区隔断。
本发明第一方面的传输管结构根据外界光强的强弱来控制浮置扩散区电容的大小，从而获取稳定的电子传输后浮置扩散区压降；并且，两个传输管能有效地提高电子转移效率，特别是对于像素尺寸较大的图像传感器。
根据本发明的第二方面，提供了一种图像传感器，其包括：构成传输管结构的第一传输管和第二传输管、光感元件、以及开关；其中，所述第一传输管和所述第二传输管均与所述光感元件相连；并且所述第一传输管的第一浮置扩散区和所述第二传输管的第二浮置扩散区分别连接至所述开关的两端。
优选地，在上述图像传感器中，所述开关是一个晶体管。
优选地，上述图像传感器还包括：重置晶体管、源跟随晶体管、输出晶体管、以及负载；其中，所述第一传输管的第一浮置扩散区连接至所述源跟随晶体管的栅极以及所述重置晶体管的源极；并且所述重置晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极相连；并且所述源跟随晶体管的漏极连接至所述输出晶体管的源极，所述输出晶体管的漏极连接至所述负载。
优选地，在上述图像传感器中，所述光感元件是光电二极管。
优选地，在上述图像传感器中，所述图像传感器是CMOS图像传感器。
由于采用了根据本发明第一方面所述的用于图像传感器的传输管结构，因此，本领域技术人员可以理解的是，根据本发明第二方面的图像传感器同样能够实现根据本发明的第一方面的用于图像传感器的传输管结构所能实现的有益技术效果。
本发明的通过开关的开启/关闭来控制浮置扩散区电容的大小来获取稳定的电子传输后浮置扩散区的压降，以获取稳定的终端输出信号，实现具有高动态的图像传感器；并且，两个传输管能有效地提高电子转移效率，特别是对于像素尺寸较大的图像传感器。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示出了根据现有技术的用于图像传感器的传输管结构。
图2示出了根据现有技术的图像传感器的电路结构。
图3示出了根据本发明实施例的用于图像传感器的传输管结构。
图4示出了根据本发明实施例的图像传感器的电路结构。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图3示出了根据本发明实施例的用于图像传感器的传输管结构。图4示出了包含图3所示的传输管结构的图像传感器的电路结构。
如图3所示，本发明实施例的用于图像传感器的传输管结构包括：第一传输管TX1和第二传输管TX2；其中第一传输管TX1和第二传输管TX2均与图像传感器的光电二极管PD相连；并且第一传输管TX1的第一浮置扩散区FD1和第二传输管TX2的第二浮置扩散区FD2之间设置开关SW。
光电二极管PD是光感元件的一个具体示例，在其它应用中，可以采用其它合适的光感元件。
如图4所示，在一个具体实施例中，本发明实施例的图像传感器包括：构成传输管结构的第一传输管TX1和第二传输管TX2、光电二极管PD、开关SW、重置晶体管Reset、源跟随晶体管SF、输出晶体管RS、以及负载RL。
其中，如图4所示，第一传输管TX1和第二传输管TX2均与光电二极管PD相连；并且第一传输管TX1的第一浮置扩散区FD1和第二传输管TX2的第二浮置扩散区FD2之间设置开关SW。所述开关SW开启(即导通)时，所述第一浮置扩散区FD1和所述第二浮置扩散区FD2连通，所述开关SW关闭(即不导通)时，所述第一浮置扩散区FD1和所述第二浮置扩散区FD2隔断。
此外，第一传输管TX1的第一浮置扩散区FD1连接至源跟随晶体管SF的栅极以及重置晶体管Reset的源极；并且重置晶体管Reset的漏极与源跟随晶体管SF的源极相连；并且源跟随晶体管SF的漏极连接至输出晶体管RS的源极，输出晶体管RS的漏极连接至负载RL。
外界光强较小时ΔQ较小，则需要较小的浮置扩散区电容Cfd；外界光强较强时ΔQ较大，则相应需要较大的浮置扩散区电容Cfd，如此可得到较为稳定的浮置扩散区压降ΔVfd(ΔVfd＝ΔQ/Cfd)。稳定的ΔVfd可得到较稳定的终端输出信号，由此实现具有高动态范围的图像传感器。
当外界光强较弱时光生电子ΔQ较小，开关SW和TX2关闭，浮置扩散区电容Cfd(Cfd＝Cfd1)较小。当外界光强较强时光生电子ΔQ较大，开关SW和TX2开启，则可得到较大的浮置扩散区电容Cfd(Cfd＝Cfd1+Cfd2)；由ΔVfd＝ΔQ/Cfd可知，无论外界光强变化都可得到稳定终端输出信号Vout，以实现具有高动态范围的图像传感器。
并且，两个传输管(TX1和TX2)能有效地提高电子转移效率，特别是对于像素(pixel)尺寸较大的图像传感器。
在一个具体示例中，例如，上述图像传感器是一个CMOS图像传感器。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种改进的具有高动态范围的图像传感器，其特征在于包括：第一传输管(TX1)和第二传输管(TX2)；所述第一传输管(TX1)的第一浮置扩散区(FD1)和所述第二传输管(TX2)的第二浮置扩散(FD2)区分别置于所述图像传感器的光电二极管(PD)的两端，并且第一浮置扩散区(FD1)和第二浮置扩散区(FD2)之间设置开关(SW)；所述开关(SW)开启时，所述第一浮置扩散区(FD1)和所述第二浮置扩散区(FD2)联通，所述开关(SW)关闭时，所述第一浮置扩散区(FD1)和所述第二浮置扩散区(FD2)隔断。
2.一种改进的具有高动态范围的图像传感器，其特征在于包括：构成传输管结构的第一传输管(TX1)和第二传输管(TX2)；、光感元件、以及开关(SW)；所述第一传输管(TX1)的第一浮置扩散区(TX1)和所述第二传输管(TX2)的第二浮置扩散区(TX2)分别连接至所述开关(SW)的两端；并且第一浮置扩散区(FD1)和第二浮置扩散区(FD2)之间设置开关(SW)。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于还包括：重置晶体管(Reset)、源跟随晶体管(SF)、输出晶体管(RS)、以及负载(RL)；其中，所述第一传输管(TX1)的第一浮置扩散区(FD1)连接至所述源跟随晶体管(SF)的栅极以及所述重置晶体管(Reset)的源极；并且所述重置晶体管(Reset)的漏极与所述源跟随晶体管(SF)的源极相连；并且所述源跟随晶体管(SF)的漏极连接至所述输出晶体管(RS)的源极，所述输出晶体管(RS)的漏极连接至所述负载(RL)。
4.根据权利要求2或3所述的图像传感器，其特征在于，所述光感元件是光电二极管(PD)。
5.根据权利要求2或3所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器是CMOS图像传感器。
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