CN102821256B - 固态图像拾取装置及其驱动方法 - Google Patents
固态图像拾取装置及其驱动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102821256B CN102821256B CN201210189171.4A CN201210189171A CN102821256B CN 102821256 B CN102821256 B CN 102821256B CN 201210189171 A CN201210189171 A CN 201210189171A CN 102821256 B CN102821256 B CN 102821256B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amplifier circuit
- gain
- signal
- column
- pixel column
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 26
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 19
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 16
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 16
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 108010022579 ATP dependent 26S protease Proteins 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
-
- 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
- H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
-
- 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
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本公开涉及固态图像拾取装置及其驱动方法。具体公开了一种固态图像拾取装置，包括半导体基板上的包含多个像素列的图像拾取区域和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，列放大器电路中的每一个包含至少两个放大器电路级；前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换增益包含多个值为1或以上的增益；并且，后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益被放大的信号。
Description
技术领域
实施例的一个公开的方面涉及固态图像拾取装置，更特别地，涉及放大信号的放大器电路。
背景技术
在典型的固态图像拾取装置中，像素以矩阵的形式被布置，并且构成图像拾取区域。对于各像素列或每多个像素列设置放大器电路。美国专利No.5892540公开了固态图像拾取装置的示例性配置。在各像素列中设置放大器电路。放大器电路是由前级可变增益放大器电路和后级电压跟随器放大器构成的二级列放大器电路。
在固态图像拾取装置中，要求尽可能快地以高增益放大在光电转换器中产生的信号。这是由于，如果在在信号上重叠噪声之前以高增益放大信号，那么S/N比增加。因此，近年来，要求在列放大器电路中以甚至更高的增益放大信号。在仅在前级放大器电路上向信号施加增益而后级放大器电路被用作缓冲器的配置中，如在美国专利No.5892540中公开的装置那样，存在前级放大器电路具有复杂电路配置并因此在预定的像素间距内不被接纳的可能性。鉴于上述情况，实施例的一个方面使得能够在设置在例如像素列上的放大器电路中通过简单的配置实现高增益的放大。
发明内容
实施例的一个公开的方面是一种固态图像拾取装置，该固态图像拾取装置在半导体基板上包括：包含多个像素列的图像拾取区域、和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，列放大器电路中的每一个包含至少两级放大器电路；前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换增益包含多个值为1或以上的增益；并且，后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益放大的信号。
参照附图阅读示例性实施例的以下说明，实施例的其它特征将变得十分明显。
附图说明
图1是根据一个实施例的图像拾取装置的框图的概念图。
图2是第一实施例的列放大器电路的等价电路示意图。
图3A和图3B是第一实施例的驱动脉冲图案示图。
图4是第二实施例的列放大器电路的等价电路示意图。
图5是第二实施例的驱动脉冲图案示图。
图6是第三实施例的放大器电路的等价电路示意图。
图7是第四实施例的列放大器电路的等价电路示意图。
图8是第四实施例的驱动脉冲图案示图。
图9是适用于一个实施例的图像拾取区域的框图的概念图。
具体实施方式
第一实施例
实施例的一个公开的特征可被描述为通常示为定时图、结构图或框图的处理。虽然定时图可将操作或事件描述为依次的处理，但是，操作的执行或事件的出现可以是并行的或同时的。定时图中的操作可以是任选的。另外，操作或事件的次序可被重新布置。
图1是根据一个实施例的固态图像拾取装置的框图。像素102以矩阵的形式被布置于图像拾取区域101中。图像拾取区域包含多个像素列。垂直信号线103a～103d中的每一个被设置在各像素列中。信号从各像素列被基本上同时地读取到垂直信号线103a～103d中的相应的一个。特别地，信号被并行读取。列放大器电路104a～104d能够在两个放大级处放大输出到垂直信号线103a～103d的信号。采样/保持电路105a～105d采样通过列放大器电路104a～104d放大的信号。响应来自未示出的水平扫描电路的驱动信号，通过采样/保持电路105a～105d保持的信号被依次或随机输出到水平输出线106a和106b。希望上述的电路和块被安装于同一半导体基板上。至少图像拾取区域101和列放大器电路104a～104d需要被布置于同一半导体基板上。可以在列放大器电路104a～104d的后级设置列A/D转换电路。列A/D转换电路也被安装于同一半导体基板上。列放大器电路104a～104d和采样/保持电路105a～105d可被称为列电路。列电路能够对于在时间上并行地输出到多个垂直信号线的信号执行时间并行处理。
可以使用各种像素配置。例如，通过使用具有光电转换器和放大在光电转换器中产生的信号的像素放大器的APS传感器如希望的那样增加S/N比。
图2示出列放大器电路的等价电路示意图的例子。整个列放大器电路由前级放大器电路200a和后级放大器电路200b构成。
垂直信号线103通过输入电容C10与运算放大器201的反相输入节点202电连接。可以构建减少使用输入电容C10作为箝位电容的像素的复位噪声的电路。
向非反相输入节点施加预定基准电压VREF。能够在输入电容C10与垂直信号线103之间的电路径上设置开关，使得可以控制其间的电导通。在运算放大器201的反相输入节点202和输出节点203之间的电路径上并行设置多个反馈路径。开关P1R被设置在第一反馈路径中。使用开关P1R将运算放大器201复位。即，使用开关P1R以使得运算放大器201执行电压跟随器操作。第二反馈路径具有开关P11与第一反馈电容C11。第三反馈路径具有开关P12和第二反馈电容C12。第一反馈电容C11和第二反馈电容C12在电容值上相互不同。开关P12和P13的独立的操作可以不同的增益实现放大。虽然在本例子中设置两个反馈电容，但是，可通过并联设置具有不同的电容值的反馈电容在甚至更多的级上切换增益。前级放大器电路可包含这种配置。在前级放大器电路中，可相互切换可变增益反相放大器电路和电压跟随器电路。
下面，描述后级放大器电路200b。运算放大器204的非反相输入节点205与前级放大器电路200a的输出节点203直接连接。即，在非反相输入节点205处接收前级放大器电路200a的信号。通过开关P2X和电容C20向反相输入节点206供给预定的电压。在本例子中供给接地电势。在运算放大器204的反相输入节点206与输出节点207之间的电路径中并联设置多个反馈路径。在第一反馈路径中设置开关P20。开关P20被用于将运算放大器204复位。开关P20还被用于使得运算放大器204执行电压跟随器操作。第二反馈路径具有开关P21和第一反馈电容C21。第三反馈路径具有开关P22和第二反馈电容C22。第一反馈电容C21和第二反馈电容C22在电容值上相互不同。开关P21和P22的独立的操作可以不同的增益实施放大。虽然在本例子中设置两个反馈电容，但是，可通过并联地设置具有不同的电容值的反馈电容在甚至更多的级上切换增益。后级放大器电路200b可包含这些配置。在后级放大器电路200b中，可变增益非反相放大器电路和电压跟随器电路可相互切换。
在本实施例中，整个列放大器电路由可变增益反相放大器电路和可变增益非反相放大器电路构成。因此，各放大器电路的增益不必过高。增益的示例性组合如下：如果增益在前级放大器电路200a中按64倍增加并在后级放大器电路200b中按4倍增加，那么可在列放大器电路中获得按256倍增加的增益。仅对于放大器电路的一个级施加按256倍增加的增益需要增加电路尺寸。这可导致构成放大器电路的晶体管中的每一个的尺寸的增加，并由此功耗变大。此外，各列放大器电路之间的增益的差异可变大。这是由于必须关于基本电容产生小至1/256的电容，并且产生的电容非常容易受制造波动的影响。节电设计可导致截止频率的降低，并且响应速度明显降低。这可不利地影响高速化（speed up）。
下面的模式可被相互切换：向前级放大器电路和后级放大器电路两者施加增益的模式；和向前级放大器电路200a施加一个或多个增益并使得后级放大器电路执行电压跟随器操作的模式。
开关PTN和PTS是用于保持在列放大器电路中处理的信号的采样/保持开关。开关PTN被用于采样/保持列放大器电路的偏移信号。开关PTS被用于保持上面重叠有上述偏移信号的光信号（在下文中为“光信号”）。采样/保持电容CTN保持偏移信号，并且采样/保持CTS保持光信号。未示出的开关可被设置在采样/保持电容CTN和CTS的后级，并且对于水平输出线进行输出。作为替代方案，另一采样/保持电路可被设置在水平输出线与采样/保持电容CTN和CTS之间的电路径中以减小消隐时段。
在图3A和图3B中示出本实施例的固态图像拾取装置的驱动脉冲图案的例子。各开关在高电平上是导通的，并且在低电平上是非导通的。各脉冲的代码代表供给到各开关的控制器的驱动脉冲。
图3A示出使得前级放大器电路200a在一个或多个增益上操作并使得后级放大器电路200b执行电压跟随器操作的例子。图3B示出使得前级放大器电路200a和后级放大器电路200b均以一个或多个增益操作的例子。
在图3A所示的时段中，保持在高电平，并且开关P11和P20保持在导通状态。保持在低电平，并且开关P21和P22保持在非导通状态。在预定时段中保持在高电平，并且在该时段的其余时间保持在低电平。即，开关P1R在预定时段中保持在导通状态，并且然后保持在非导通状态。保持在低电平并且开关P2X处于非导通状态。
通过供给这种驱动脉冲，基于反馈电容C11和输入电容C10的电容值的比，在电压跟随器操作和反相放大操作之间切换前级放大器电路200a的操作。后级放大器电路200b仍然实施电压跟随器操作。即，后级放大器电路200b不以一个或多个增益实施非反相放大操作。
详细描述图3A的驱动脉冲。在时间t1，进行低电平到高电平转变。基于像素复位电平向输入电容C10的垂直信号线103侧的节点供给像素复位电平或信号。
在时间t2，进行高电平到低电平转变。在时间t1～t2中，前级放大器电路200a执行电压跟随器操作。然后，前级放大器电路200a具有虚拟短路状态，并且反相输入节点202的电势变为VREF。以VREF为基准电压的箝位可去除或减少像素的复位噪声。
然后，在时间t3，进行低电平到高电平转变。然后，开关CTN处于导通状态，并且在采样/保持电容CTN中保持列放大器电路中的偏移信号。
在在时间t4进行高电平到低电平转变时，向输入电容C10的垂直信号线103侧的节点供给具有来自像素的光信号或通过例如放大光信号获得的信号的信号。
在时间t5，进行低电平到高电平转变，并且在采样/保持电容CTS中保持通过列放大器电路处理的光信号。
下面描述图3B的操作。在图3B所示的时段中， 保持在高电平，并且开关P11、P21和P2X保持在导通状态中。
通过供给这种驱动脉冲，基于反馈电容C11和输入电容C10的电容值的比，以一个或多个增益在电压跟随器操作和反相放大操作之间切换前级放大器电路200a的操作。以一个或多个增益，在电压跟随器操作和非反相放大操作之间切换后级放大器电路200b的操作。
特别地，在时间t1进行低电平到高电平转变。然后，进行低电平到高电平转变。
随后，在时间t2进行高电平到低电平转变，并且在时间t3进行高电平到低电平转变。在时间t1～t2中，前级放大器电路200a和后级放大器电路200b均执行电压跟随器操作。在时间t2～t3中，前级放大器电路200a以一个或多个增益执行反相放大操作，并且后级放大器电路200b执行电压跟随器操作。
在时间t3之后的时段中，前级放大器电路200a以一个或多个增益执行反相放大操作，而后级放大器电路200b以一个或多个增益执行非反相放大操作。虽然进行高电平到低电平转变的时间t3可与进行高电平到低电平转变的时间t2相同，但是希望时间t3在时间t2之后。
然后，在时间t4进行低电平到高电平转变。然后，开关CTN处于导通状态，并且在采样/保持电容CTN中保持列放大器电路中的偏移信号。
在在时间t5进行高电平到低电平转变之后，向输入电容C10的垂直信号线103侧的节点供给具有来自像素的光信号或通过例如放大光信号获得的信号的信号。在时间t6，进行低电平到高电平转变，并且在采样/保持电容CTS中保持通过列放大器电路处理的光信号。
图3B示出包括以一个或多个增益放大输入信号的第一放大操作、和以一个或多个增益放大在第一放大操作中放大的信号的第二放大操作的驱动方法。该方法还包括采样/保持在第二放大操作之后获得的信号的采样/保持操作。在多个列中并行执行到目前为止的这些操作。虽然图3A和图3B没有详细示出，但是该方法在采样/保持步骤之后包括向水平输出线依次或随机输出在采样/保持操作之后获得的信号的输出操作。
更具体而言，第一放大操作包括反相放大的操作。在第一放大步骤中，在从像素列输出复位信号的时段中执行电压跟随器操作。在从像素列输出光信号的时段中，以一个或多个增益执行输入信号的反相放大。类似地，在第二放大步骤中，在输出复位信号的时段中实施电压跟随器操作，并且在输出光信号的时段中执行在第一操作中放大的信号的以一个或多个增益的非反相放大。
图3A和图3B之间的差异如下：前级放大器电路200a在在采样/保持电路中执行采样/保持的时段中以一个或多个增益执行反相放大运作；并且，后级放大器电路200b在图3A中执行电压跟随器操作并且在图3B中以一个或多个增益执行非反相放大操作。根据本实施例的配置，可切换图3A的操作和图3B的操作。此外，可通过当以一个或多个增益操作放大器电路时切换反馈电容，来切换各放大器电路中的增益。
由于当前级放大器电路200a以低增益操作时截止频率相对较高，因此，通过后级放大器电路200b中的电压跟随器操作对负载电容的辅助充电可能是不必要的。在这种情况下，可以激活将后级放大器电路的输入和输出短路的未示出的路径，并通过使用前级放大器电路200a将负载电容直接充电。希望后级放大器电路关于信号路径具有足够高的阻抗。
第二实施例
在图4中示出本实施例的列放大器电路的等价电路示意图。具有与第一实施例相同的功能的部件由相同的附图标记表示，并且不给出它们的详细的描述。本实施例与第一实施例之间的不同在于，在前级放大器电路400a的输出节点403，通过开关P1X，设置用于相位补偿的电容CP。用于相位补偿的电容CP在其节点中的一个处被供给预定的电势。另一不同在于，在前级放大器电路400a的输出节点403和后级放大器电路400b的非反相输入节点405之间的电路径中设置开关PXX。另一不同在于，可通过开关P2X向开关PXX与后级放大器电路400b的非反相输入节点405之间的电路径供给基准电势VREF。
参照图5描述本实施例的操作。在图5所示的时段中， 保持在高电平上。即，开关P11、P21、P1X和P2X保持在导通状态。在时间t1，进行低电平到高电平转变。进行高电平到低电平转变。然后，前级放大器电路400a和后级放大器电路400b执行电压跟随器操作。后级放大器电路400b的非反相输入节点405通过开关P2R被强制复位，然后，不通过开关PXX电连接前级放大器电路400a的输出节点403和后级放大器电路400b的非反相输入节点405。
在时间t2，进行高电平到低电平转变。因此，开关P20处于非导通状态。在时间t2，进行高电平到低电平转变。在时间t1～t2中，前级放大器电路400a和后级放大器电路400b均执行电压跟随器操作。在时间t2～t3中，前级放大器电路400a以一个或多个增益执行反相放大操作，并且后级放大器电路400b执行电压跟随器操作。
在时间t2之后的时段中，前级放大器电路400a以一个或多个增益执行反相放大操作，并且后级放大器电路400b以一个或多个增益执行非反相放大操作。
在时间t3，进行低电平到高电平转变。进行高电平到低电平转变。然后，前级放大器电路400a的输出节点403和后级放大器电路400b的非反相输入节点被电连接并且处于导通状态。当开关P2R处于非导通状态时，向后级放大器电路400b的非反相输入节点405的基准电势VREF的供给停止。然后，在时间t5进行低电平到高电平转变。然后，开关CTN处于导通状态，并且在采样/保持电容CTN中保持列放大器电路中的偏移信号。
在在时间t6进行高电平到低电平转变时，输入电容C10的垂直信号线103侧的节点被供给具有来自像素的光信号或通过例如放大光信号获得的信号的信号。在时间t7，进行低电平到高电平转变，并且在采样/保持电容CTS中保持通过列放大器电路处理的光信号。
根据本实施例，前级放大器电路400a和后级放大器电路400b可被独立地复位。可通过在低电平保持并独立地将前级放大器电路400a和后级放大器电路400b复位，来缩短复位时间。
前级放大器电路400a可具有相位补偿电容。可提供后级放大器电路400b持续执行电压跟随器操作的模式。
第三实施例
在图6中示出本实施例的放大器电路的示例性等价电路示意图。本实施例具有关于在第一和第二实施例中描述的前级放大器电路的配置的特征。特别地，放大器电路600的非反相输入节点602具有用于保持基准电势VREF的保持电容604。此外，用于向放大器电路600供给偏置电流的晶体管601的栅极605具有用于保持偏置电势VBIAS的保持电容606。开关607和608分别被用于在保持电容606和604保持电势。通过供给到布线PHOLD2的脉冲来控制开关607，并且通过PHOLD1来控制开关608。反相输入节点603被供给来自像素的信号。开关609被使用以减少功耗并由供给到布线POFF的脉冲来控制。
在执行图3A、图3B和图5所示的操作之前，可通过被采样的相应的电势操作保持电容602和604。通过这种配置，可减少由于在偏置电势VBIAS上重叠的热噪声或由于由其它的串扰导致的噪声导致的放大器电路中的电流的波动。电流的波动导致用于例如电源和接地的基准电压的波动，特别是如果增益例如高达256倍，那么电源的波动是不可忽略的。但是，上述的配置可减少电源的波动的影响。虽然在图6中示出保持电容602和604两者，但是，可以仅设置它们中的任一个。图6所示的配置可以是折叠式共源共栅放大器电路。
第四实施例
在图7中示出本实施例的列放大器电路的等价电路示意图。本实施例的列放大器电路与图4所示的列放大器电路的不同在于，后级放大器电路700b被反相放大器电路替代。
前级放大器电路700a具有与图2或图4所示的相同的配置。输入电容C70被设置在包含于后级放大器电路700b中的运算放大器704的反相输入节点处。输入电容C70的节点中的一个通过开关PXX被供给由前级放大器电路700a放大的信号。
在图8中示出本实施例的驱动脉冲图案。在图8所示的时段中，保持在高电平。即，开关P11、P21和P1X保持在导通状态。保持在低电平。即，开关P12和P22保持在非导通状态。
在时间t1，进行低电平到高电平转变。然后，相应的开关处于导通状态。进行高电平到低电平转变，并且相应的开关处于非导通状态。前级和后级放大器电路执行电压跟随器操作。
在时间t2，进行高电平到低电平转变。然后，后级放大器电路700b以一个或多个增益执行反相放大操作。
在时间t3进行高电平到低电平转变。然后，前级放大器电路700a以一个或多个增益执行反相放大操作。这里，由于开关P2R′处于非导通状态，因此，前级放大器电路700a侧的输入电容C70的节点的电势浮动。后级放大器电路700b的复位操作接着被解除。
在时间t4进行低电平到高电平转变。然后，开关PXX处于导通状态，并且前级放大器电路700a的输出节点和后级放大器电路700b的输入节点相互电连接。
在时间t5进行低电平到高电平转变，并且在时间t6进行高电平到低电平转变。
在时间t7进行低电平到高电平转变，并且在时间t8进行高电平到低电平转变。
通过该操作，前级和后级放大器电路执行一个或多个反相放大操作。如果包含于前级放大器电路700a中的运算放大器的输入是N沟道MOS晶体管，那么希望包含于后级放大器电路700b中的运算放大器的输入使用P沟道MOS晶体管。
这些实施例关于它们的特征被描述并因此可适当地改变。作为示例性的操作方法，在以高增益读取信号的模式中，放大器电路的波动，例如，接地电势的波动，可混入自身的信号中，因此，增益可增加以产生噪声。在这种情况下，希望在采样/保持来自像素信号的复位信号和光信号的时段中保持传感器的电流源的所有偏置信号。
希望以大的功耗保持重复列电路的所有恒流源。作为替代方案，希望在采样/保持至少复位信号和光信号的时段中保持活动的电路（或列电路）的所有偏置信号。
像素区域的描述
图9是适用于本公开的各实施例的像素框图。图像拾取区域由以矩阵图案布置的像素构成。图9所示的图像拾取区域由1行和10列构成。虽然在图9中没有示出像素等价电路，但是，可以使用图1和图5所示的像素等价电路。本实施例的图像拾取装置是彩色图像拾取装置。在图9所示的配置中，以重复的方式布置绿色像素Gr和红色像素Re。使用这种布置作为Bayer图案的一部分。具有与第一和第二实施例相同的功能的部件由相同的附图标记表示，并且不给出它们的详细的描述。
图9中的“FD”表示与各像素的FD连接的节点，并且“OUT”表示各像素的输出节点。与图1的配置对应地，FD是传送光电转换器的电荷的读出节点，并且OUT是选择器的输出节点。该配置与第一和第二实施例的不同在于，在各像素行中设置多个信号线。在图9的配置中在单个像素行中设置两个信号线。
开关707（n）、707（n+2）和707（n+4）可通过共用旁路布线709b相互电连接第n个、第（n+2）和第（n+4）个像素的FD。开关707（n+3）、707（n+5）和707（n+7）可通过共用旁路布线709c相互电连接第（n+3）个、第（n+5）和第（n+7）个像素的FD。电连接红色像素的FD的旁路布线709b和709d被部署为接近读取红色像素的信号的信号线708a。电连接绿色像素的FD的旁路布线709a、709c和709e被部署为接近输出来自绿色像素的信号的信号线708b。特别地，连接第一颜色的像素的FD的旁路布线与读取第二颜色的像素的信号的信号线之间的距离比连接第一颜色的像素的FD的旁路布线与读取第一颜色的像素的信号的信号线之间的距离长。该配置可减少通过布线之间的电容导致的颜色混合。由于信号线的电势改变的方向和旁路布线的电势改变的方向相互对应，因此，希望像素的放大器为诸如源跟随器电路的非反相放大器。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的这样的变更方式和等同的结构和功能。
Claims (12)
1.一种固态图像拾取装置，包括：在半导体基板上的包含多个像素列的图像拾取区域、和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，
列放大器电路中的每一个包含至少两级放大器电路；
前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换的增益包含多个值为1或以上的增益；并且，
后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益被放大的信号，
其中，前级放大器电路能够执行反相放大，并且后级放大器电路能够执行非反相放大。
2.一种固态图像拾取装置，包括：在半导体基板上的包含多个像素列的图像拾取区域、和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，
列放大器电路中的每一个包含至少两级放大器电路；
前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换的增益包含多个值为1或以上的增益；并且，
后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益被放大的信号，
其中，前级放大器电路能够切换地执行反相放大操作和电压跟随器操作，并且后级放大器电路能够切换地执行非反相放大操作和电压跟随器操作。
3.一种固态图像拾取装置，包括：在半导体基板上的包含多个像素列的图像拾取区域、和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，
列放大器电路中的每一个包含至少两级放大器电路；
前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换的增益包含多个值为1或以上的增益；并且，
后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益被放大的信号，
其中，第一开关被部署在前级放大器电路的输出节点与后级放大器电路的输入节点之间的电路径上；
用于相位补偿的电容经由第二开关被部署在前级放大器电路的输出节点处；并且，
经由第三开关向输入节点供给基准电势的路径被部署在第一开关与输入节点之间。
4.一种固态图像拾取装置，包括：在半导体基板上的包含多个像素列的图像拾取区域、和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，
列放大器电路中的每一个包含至少两级放大器电路；
前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换的增益包含多个值为1或以上的增益；并且，
后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益被放大的信号，
其中，前级放大器电路的反相输入节点经由输入电容从像素接收信号；
前级放大器电路的非反相输入节点接收基准电势；并且，
前级放大器电路的非反相输入节点包含保持基准电势的保持电容。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的固态图像拾取装置，其中，对于像素列设置多个垂直信号线，并且各个列放大器电路被设置为与垂直信号线中的每一个相对应。
6.根据权利要求5所述的固态图像拾取装置，其中，像素列包含第一颜色的像素和与第一颜色不同的第二颜色的像素，并且设置在垂直信号线中的每一个中的列放大器电路中的每一个放大来自第一颜色的像素的信号或来自第二颜色的像素的信号。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的固态图像拾取装置，还包括向前级放大器电路供给偏置电流的晶体管，并且晶体管的栅极具有保持被供给到栅极的基准电势的保持电容。
8.一种固态图像拾取装置，包括：在半导体基板上的包含多个像素列的图像拾取区域、和分别设置在各像素列或每多个像素列处的多个列放大器电路，其中，
列放大器电路中的每一个包含至少两级放大器电路；
前级放大器电路是可变增益放大器电路，并且可切换的增益包含多个值为1或以上的增益；
后级放大器电路能够以一个或多个增益放大在前级放大器电路中以一个或多个增益被放大的信号；
前级放大器电路能够切换地执行反相放大操作和电压跟随器操作；
后级放大器电路能够切换地执行非反相放大操作和电压跟随器操作；
第一开关被部署在前级放大器电路的输出节点与后级放大器电路的输入节点之间的电路径上；
用于相位补偿的电容经由第二开关被部署在前级放大器电路的输出节点处；并且，
经由第三开关向输入节点供给基准电势的路径被部署在第一开关与输入节点之间。
9.根据权利要求8所述的固态图像拾取装置，其中，前级放大器电路的反相输入节点经由输入电容从像素接收信号；前级放大器电路的非反相输入节点接收基准电势；并且前级放大器电路的非反相输入节点包含保持基准电势的保持电容。
10.根据权利要求9所述的固态图像拾取装置，还包括向前级放大器电路供给偏置电流的晶体管，并且该晶体管的栅极具有保持被供给到栅极的基准电势的保持电容。
11.一种固态图像拾取装置的驱动方法，该固态图像拾取装置包括具有多个像素列的图像拾取区域和设置在各像素列或每多个像素列处的多个列电路，该驱动方法包括：在每一个列电路中：
以一个或多个增益放大输入信号的第一放大操作；
以一个或多个增益放大在第一放大操作中被放大的信号的第二放大操作；
采样/保持经第二放大操作之后的信号的采样/保持操作；并且
在多个像素列处并行执行第一放大操作、第二放大操作和采样/保持操作，
使得在多个像素列处并行地执行这些操作、并且向水平输出线依次或随机地输出采样/保持操作之后的信号的输出步骤，
其中，第一放大操作包含对于从像素列输出的光信号或根据该光信号的信号执行以一个或多个增益进行反相放大的操作，并且
第二放大操作包含对于在第一放大操作中已经执行了反相放大的信号执行以一个或多个增益进行非反相放大的操作。
12.一种固态图像拾取装置的驱动方法，该固态图像拾取装置包括具有多个像素列的图像拾取区域和设置在各像素列或每多个像素列处的多个列电路，该驱动方法包括：在每一个列电路中：
以一个或多个增益放大输入信号的第一放大操作；
以一个或多个增益放大在第一放大操作中被放大的信号的第二放大操作；
采样/保持经第二放大操作之后的信号的采样/保持操作；并且
在多个像素列处并行执行第一放大操作、第二放大操作和采样/保持操作，
使得在多个像素列处并行地执行这些操作、并且向水平输出线依次或随机地输出采样/保持操作之后的信号的输出步骤，
其中，第一放大操作包含：在从像素列输出复位信号的时段中通过电压跟随器操作放大信号、并且在从像素列输出光信号的时段中对于输入信号以一个或多个增益执行反相放大的操作；并且，
第二放大操作包含：在从像素列输出复位信号的时段中通过电压跟随器操作放大信号、并且在从像素列输出光信号的时段中对在第一放大操作中被放大的信号以一个或多个增益执行非反相放大的操作。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011128144A JP5858652B2 (ja) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法 |
| JP2011-128144 | 2011-06-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102821256A CN102821256A (zh) | 2012-12-12 |
| CN102821256B true CN102821256B (zh) | 2015-08-26 |
Family
ID=47292336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210189171.4A Expired - Fee Related CN102821256B (zh) | 2011-06-08 | 2012-06-08 | 固态图像拾取装置及其驱动方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9088738B2 (zh) |
| JP (1) | JP5858652B2 (zh) |
| CN (1) | CN102821256B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6029352B2 (ja) * | 2011-10-07 | 2016-11-24 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP5886806B2 (ja) * | 2013-09-17 | 2016-03-16 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| CN104266764B (zh) * | 2014-09-30 | 2017-05-03 | 天津工业大学 | 一种用于红外面阵型探测器的读出电路 |
| CN104796638B (zh) * | 2015-04-20 | 2017-12-01 | 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 | 一种用于cmos图像传感器的高速流水输出型相关双采样电路 |
| US9800810B2 (en) | 2015-08-20 | 2017-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus and imaging system |
| JP6555979B2 (ja) * | 2015-08-20 | 2019-08-07 | キヤノン株式会社 | 撮像装置、撮像システム |
| JP6719984B2 (ja) * | 2016-06-06 | 2020-07-08 | キヤノン株式会社 | 撮像装置、撮像システム |
| CN111565032B (zh) * | 2019-02-13 | 2023-11-10 | 上海耕岩智能科技有限公司 | 信号转换电路及信号读出电路架构 |
| JP7451139B2 (ja) * | 2019-10-30 | 2024-03-18 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置及び撮像システム |
| JP7566578B2 (ja) * | 2020-10-23 | 2024-10-15 | キヤノン株式会社 | 撮像装置、撮像システム及び撮像装置の駆動方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1645918A (zh) * | 2003-12-05 | 2005-07-27 | 索尼株式会社 | 半导体装置及其控制方法、信号处理方法和电子设备 |
| US20060017827A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Kuniyuki Tani | Variable-gain amplifier circuit |
| CN1829293A (zh) * | 2005-02-28 | 2006-09-06 | 精工电子有限公司 | 光电转换设备和图像传感器 |
Family Cites Families (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0927722A (ja) * | 1995-07-12 | 1997-01-28 | Fuji Xerox Co Ltd | ゲイン可変増幅装置 |
| US5892540A (en) | 1996-06-13 | 1999-04-06 | Rockwell International Corporation | Low noise amplifier for passive pixel CMOS imager |
| US6750906B1 (en) * | 1998-05-08 | 2004-06-15 | Cirrus Logic, Inc. | Histogram-based automatic gain control method and system for video applications |
| JP4098884B2 (ja) * | 1998-07-08 | 2008-06-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| US6229134B1 (en) * | 1998-10-13 | 2001-05-08 | Photobit Corporation | Using cascaded gain stages for high-gain and high-speed readout of pixel sensor data |
| EP1206131B1 (en) * | 1999-08-05 | 2005-12-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state imaging device and range finding device |
| JP4424796B2 (ja) * | 1999-11-18 | 2010-03-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
| JP3984808B2 (ja) * | 2000-09-07 | 2007-10-03 | キヤノン株式会社 | 信号処理装置及びそれを用いた撮像装置並びに放射線撮像システム |
| JP3844699B2 (ja) * | 2001-02-19 | 2006-11-15 | イノテック株式会社 | 可変利得アンプ |
| US7173230B2 (en) * | 2001-09-05 | 2007-02-06 | Canesta, Inc. | Electromagnetic wave detection arrangement with capacitive feedback |
| JP4293588B2 (ja) * | 2002-12-16 | 2009-07-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
| US7821555B2 (en) * | 2003-04-21 | 2010-10-26 | Micron Technology, Inc. | Multi path power for CMOS imagers |
| JP4299588B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2009-07-22 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体集積回路装置 |
| KR100513387B1 (ko) * | 2003-07-25 | 2005-09-07 | 삼성전자주식회사 | 증폭기 및 그 증폭방법과 이를 이용한 아날로그 처리회로및 이미지 픽업회로 |
| US7046284B2 (en) * | 2003-09-30 | 2006-05-16 | Innovative Technology Licensing Llc | CMOS imaging system with low fixed pattern noise |
| JP2005217771A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Canon Inc | 撮像装置 |
| JP2006295620A (ja) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Pentax Corp | 固体撮像素子 |
| US7282685B2 (en) * | 2005-04-14 | 2007-10-16 | Micron Technology, Inc. | Multi-point correlated sampling for image sensors |
| KR100746197B1 (ko) * | 2005-12-08 | 2007-08-06 | 삼성전자주식회사 | 공급 전원 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 이미지센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환방법 |
| JP4683436B2 (ja) * | 2006-02-02 | 2011-05-18 | 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 | 光検出装置 |
| JP4396655B2 (ja) * | 2006-03-06 | 2010-01-13 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP4929060B2 (ja) * | 2006-07-14 | 2012-05-09 | ローム株式会社 | アナログ／ディジタル変換器、照度センサ、照明装置、電子機器 |
| JP4804254B2 (ja) * | 2006-07-26 | 2011-11-02 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置及び撮像装置 |
| JP5173171B2 (ja) * | 2006-09-07 | 2013-03-27 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、撮像装置及び信号読出方法 |
| JP4829075B2 (ja) * | 2006-11-02 | 2011-11-30 | パナソニック株式会社 | 受光増幅装置 |
| KR100852186B1 (ko) * | 2006-11-02 | 2008-08-13 | 삼성전자주식회사 | 광 대역 프로그래머블 가변 이득 증폭기 및 그를 포함하는무선 수신기 |
| US7948542B2 (en) * | 2007-07-05 | 2011-05-24 | Teledyne Licensing, Llc | Fast-settling line driver design for high resolution video IR and visible imagers |
| JP2009021920A (ja) | 2007-07-13 | 2009-01-29 | Panasonic Corp | 固体撮像装置及びカメラ |
| US8766898B2 (en) * | 2008-02-01 | 2014-07-01 | Analog Devices, Inc. | High-accuracy multi-channel circuit |
| US8659682B2 (en) * | 2008-05-30 | 2014-02-25 | Olympus Corporation | Solid-state imaging apparatus |
| JP5340643B2 (ja) * | 2008-06-03 | 2013-11-13 | オリンパス株式会社 | 固体撮像装置 |
| DE102009019034A1 (de) * | 2009-04-27 | 2010-10-28 | Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg | Bildsensor |
| US8717474B2 (en) * | 2009-12-04 | 2014-05-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus and method for driving the same |
| JP5430380B2 (ja) * | 2009-12-11 | 2014-02-26 | 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 |
| KR101077408B1 (ko) * | 2010-02-05 | 2011-10-26 | 서강대학교산학협력단 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서 |
| JP5610961B2 (ja) * | 2010-09-30 | 2014-10-22 | 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 |
| JP5814539B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-11-17 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
| US20130187028A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-07-25 | Infrared Laboratories, Inc. | Imagers having variable gain and related structures and methods |
| KR101842259B1 (ko) * | 2011-09-23 | 2018-03-27 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이를 포함하는 엑스-레이 이미지 센싱 모듈 |
| JP5930651B2 (ja) * | 2011-10-07 | 2016-06-08 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| KR101365340B1 (ko) * | 2012-05-31 | 2014-02-19 | 삼성전기주식회사 | 온도 감지회로 및 온도 감지 방법 |
-
2011
- 2011-06-08 JP JP2011128144A patent/JP5858652B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-06-01 US US13/486,756 patent/US9088738B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-06-08 CN CN201210189171.4A patent/CN102821256B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2015
- 2015-05-19 US US14/716,672 patent/US9571769B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1645918A (zh) * | 2003-12-05 | 2005-07-27 | 索尼株式会社 | 半导体装置及其控制方法、信号处理方法和电子设备 |
| US20060017827A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Kuniyuki Tani | Variable-gain amplifier circuit |
| CN1829293A (zh) * | 2005-02-28 | 2006-09-06 | 精工电子有限公司 | 光电转换设备和图像传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20150256783A1 (en) | 2015-09-10 |
| CN102821256A (zh) | 2012-12-12 |
| JP5858652B2 (ja) | 2016-02-10 |
| US20120312965A1 (en) | 2012-12-13 |
| JP2012257029A (ja) | 2012-12-27 |
| US9571769B2 (en) | 2017-02-14 |
| US9088738B2 (en) | 2015-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102821256B (zh) | 固态图像拾取装置及其驱动方法 | |
| CN102821255B (zh) | 图像拾取装置 | |
| US9214491B2 (en) | Solid-state imaging apparatus for causing an FD capacitor value to be variable without increasing a number of elements | |
| US8411185B2 (en) | Solid-state imaging apparatus having plural unit cell groups with transfer switches connected to different common output lines | |
| US7948541B2 (en) | Signal reading apparatus and image pickup system using the signal reading apparatus | |
| US20120013778A1 (en) | Method of driving solid-state imaging apparatus | |
| CN102075703B (zh) | 固态成像设备以及负载电流源电路 | |
| JP5506450B2 (ja) | 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法 | |
| CN106464819A (zh) | 信号处理器件、控制方法、图像传感器件和电子设备 | |
| US8717472B2 (en) | Solid-state image pickup apparatus and image pickup system | |
| CN103227906B (zh) | 光电转换装置和图像拾取系统 | |
| KR20060129339A (ko) | 다중 판독 회로를 이용한 전력 절감 | |
| US20090039956A1 (en) | Amplifier circuits, imager, system and method of operation | |
| US8822899B2 (en) | Image sensor supporting a binning operation using switches | |
| US20140192242A1 (en) | Image pickup apparatus, image pickup system and driving method of image pickup apparatus | |
| US9001248B2 (en) | Solid state imaging device with additive read mode | |
| US9001247B2 (en) | Imaging system and method for driving imaging system | |
| KR102087225B1 (ko) | 이미지 센싱 장치 | |
| CN105100652A (zh) | 图像拾取装置及其驱动方法、成像系统及其驱动方法 | |
| CN105338265B (zh) | 光电转换装置的驱动方法、光电转换装置和成像系统 | |
| JP2008078894A (ja) | 光電変換装置 | |
| US20050062866A1 (en) | Multiplexed pixel column architecture for imagers | |
| KR20200097507A (ko) | 이미지 센서 | |
| US20200014870A1 (en) | Image sensor and electronic camera | |
| WO2013046579A1 (ja) | 固体撮像装置、その駆動方法及び撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150826 |