CN103702043A - 固定模式噪声消除电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固定模式噪声消除电路，所述像素阵列包括呈矩形阵列排列的多个半浮栅晶体管像素，其中：所述固定模式噪声消除电路包括WTA(winner-take-all)电路、与所述像素阵列的每一列连接的读出电路以及连接于各该读出电路的补偿电路，所述读出电路包括阻抗运算放大器、两管比较器及计数器，所述补偿电路包括斜坡电压发生器及查找表。本发明可以通过WTA电路以及独特的读出电路与外部补偿电路彻底消除半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列的固定模式噪声(FPN)，从而提高信号读出的精度，改善图像质量。结合半浮栅晶体管像素阵列本身像素尺寸小、填充因子大的优点，本发明可以广泛应用于半浮栅晶体管这种新型器件的图像传感器中，从而开创CMOS图像传感器的新篇章。

Description

固定模式噪声消除电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及图像传感器的信号处理技术，具体涉及一种基于半浮栅晶体管的图像传感器像素阵列固定模式噪声（FPN）消除电路。

背景技术

图像传感器是用来将光信号转换成电信号的半导体器件。目前图像传感器主要有两种：CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器和电荷耦合器件(ChargeCoupled Device,CCD)图像传感器。由于CMOS图像传感器具有功耗低、体积小、集成度高、动态范围宽等优点，并且可以与当前的制造工艺兼容，而且具有高度系统整合的条件，所以CMOS图像传感器已经得到越来越广泛的应用。

半浮栅晶体管（Semi-Floating-Gate Transistor，SFGT）是一种新型的半导体器件，且能够用作感光元件，其基本的结构已经由专利CN101707202给出，如图1所示。用作感光元件时，首先对漏极掺杂区503和半浮栅区505组成的光电二极管施加正偏电压，进行复位操作，清空半浮栅区505上的电荷；随后对光电二极管施加反偏电压，使其进入曝光状态，光生电荷被收集到半浮栅区505，其电压升高，因此整个SFGT器件的阈值电压V_th下降，光照强度越大，半浮栅区505电压上升越多，阈值电压下降值V_th也越大；在读出阶段，对控制栅电极507和漏端电极513分别施加一定的正电压，则会有电流经漏极514流向源极511。读取源电极510的电流，根据电流值的大小，就可以反映出光照的强弱，从而达到感光的功能。如图2所示，与传统CMOS像素单元（3个晶体管加一个感光二极管）相比，SFGT像素单元仅需要一个晶体管就可以完成复位、曝光和读出的操作，因此大大提高了像素单元的填充因子（感光区域面积与像素总面积之比），增加了图像传感器的灵敏度和分辨率。

基于半浮栅晶体管SFGT像素元件的感光阵列由专利CN101707202给出，如图3所示，包括M行N列，每个像素由一个SFGT元件组成，同一行的所有像素的控制栅电压V_G和漏极电压V_D全都互相连结，是像素阵列的输入电压信号；同一列的所有像素的源极全都互相连结，是像素阵列的输出电流信号。这种基于SFGT元件的感光像素阵列存在两个主要问题。图3中SFGT的读取电流表达式（第i行，第j列的像素）为：I(j)＝K[V_G(i)-V_S(j)-V_th(i,j)]²，其中K为常数，V_G(i)为该行的控制栅极电压，V_S(j)为该列输出节点电压，V_th(i,j)为该像素的阈值电压。从上式可知，第一个问题是，每一列的输出节点电压V_S(j)都会对读出电流I(j)产生影响，因此无法正确反映出像素的感光强度，使得信号读取的精度下降；第二个问题是，在目前的集成电路工艺中，各晶体管之间普遍存在阈值电压非均一性现象，即每个像素中SFGT的V_th都有所不同，其偏差可达20%至30%，且V_th(i,j)这一项出现在上式的平方项中，因此阈值电压非均一性对于读出电流也会产生十分显著的影响，这种现象称为固定模式噪声（FPN），即使各个像素处于相同光照强度下，读出电流也会表现出极大的差异，从而影响了成像的质量。

长久以来，人们不断在寻求减弱和消除固定模式噪声的方法。对于CMOS图像传感器，已经发明和产生了消除固定模式噪声的各种方法。随着半浮栅晶体管(SFGT)这一新器件的发明和使用，亟需提供一种除半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列的固定模式噪声(FPN)的方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一半浮栅晶体管像素阵列的固定模式噪声消除电路，用于解决现有技术中半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列的固定模式噪声FPN难以消除的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一固定模式噪声消除电路，用于图像传感器像素阵列信号读出过程中的的固定模式噪声消除，所述像素阵列包括呈矩形阵列排列的多个半浮栅晶体管像素，其中：

所述固定模式噪声消除电路包括WTA电路、与所述像素阵列的每一列连接的读出电路以及连接于各该读出电路的补偿电路，所述读出电路包括阻抗运算放大器、两管比较器及计数器，所述补偿电路包括斜坡电压发生器及查找表；

所述阻抗运算放大器用于将所述查找表输出的各该源极补偿电压补偿对应的各该半浮栅晶体管像素的源极电压，并将各该半浮栅晶体管像素的输出电流信号转化为电压信号；

所述斜坡电压发生器用于产生斜坡电压对各该半浮栅晶体管像素的源极电压进行补偿，以及通过所述两管比较器产生斜坡电流；

所述两管比较器用于将所述电压信号转换为电流信号后与所述斜坡电流进行比较，在所述电流信号与斜坡电流相等时产生翻转信号；

所述计数器用于依据所述翻转信号产生数字信号并输出。

作为本发明的半浮栅晶体管像素阵列的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述WTA电路包括恒流电流源、第一晶体管、第二晶体管及第三晶体管；所述第一晶体管的栅极通过列选电路与各该半浮栅晶体管像素的漏极相连，第一极通过行选电路与各该半浮栅晶体管的栅极及所述恒流电流源相连，第二极用于输出第一电流；所述第二晶体管的栅极与所述第三晶体管的第一极相连，用于输入基准电流，第一极与所述第三晶体管的栅极及所述恒流电流源相连，第二极用于输出第二电流；所述第三晶体管的第二极接地。

进一步地，所述斜坡电压发生器通过第一开关连接于各该半浮栅晶体管像素的源极，以对所述源极进行逐渐增大或逐渐减小的电压补偿，直至所述第一电流与所述第二电流相等时，将对应的源极补偿电压存储至所述查找表。

优选地，采用精密电流表对所述第一电流与所述第二电流进行检测。

作为本发明的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述第一晶体管及第二晶体管工作于亚阈值区域，所述第三晶体管工作于饱和区域。

作为本发明的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述基准电流为各该半浮栅晶体管像素的输出电流中的最大值或最小值或该最大值与最小值之间的任意值。

作为本发明的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述阻抗运算放大器及两管比较器之间通过第二开关连接，所述阻抗运算放大器包括运算放大器及电阻，所述运算放大器的第一输入端与所述电阻的第一端相连，并与各列半浮栅晶体管像素的输出端相连，第二输入端与所述查找表相连，输出端与所述电阻的第二端相连。

作为本发明的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述两管比较器包括PMOS管及NMOS管，其中，所述PMOS管的栅极与所述阻抗运算放大器的输出端相连，第一极与所述NMOS管的第一极相连，第二极接电源；所述NMOS管的栅极与所述斜坡电压发生器相连，第二极接地。

作为本发明的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述计数器在像素阵列复位结束，也即所述斜坡电压发生器开始产生斜坡电压时开始计数，在接收到所述翻转信号时停止计数并输出数字信号。

作为本发明的固定模式噪声消除电路的一种优选方案，所述半浮栅晶体管像素包括控制栅、半浮栅、漏极掺杂区、源极掺杂区及沟道区，其中：

所述控制栅覆盖于所述半浮栅的表面；

所述半浮栅包括覆盖于所述沟道区及部分漏极掺杂区表面的栅介质层及栅电极层，且所述栅介质层于所述漏极掺杂区表面处具有开口，所述开口下方的漏极掺杂区中具有扩散区，所述半浮栅、扩散区及漏极掺杂区共同形成用于感光的光电二极管；

所述半浮栅的掺杂类型与漏极掺杂区、源极掺杂区的掺杂类型相反，所述扩散区的掺杂类型与所述半浮栅的掺杂类型相同。

如上所述，本发明提供一种固定模式噪声消除电路，所述像素阵列包括呈矩形阵列排列的多个半浮栅晶体管像素，其中：所述固定模式噪声消除电路包括WTA电路、与所述像素阵列的每一列连接的读出电路以及连接于各该读出电路的补偿电路，所述读出电路包括阻抗运算放大器、两管比较器及计数器，所述补偿电路包括斜坡电压发生器及查找表；所述WTA电路用于获得各该半浮栅晶体管像素的源极补偿电压；所述查找表用于将所述WTA电路获得的各该源极补偿电压进行存储，并用于向所述阻抗运算放大器输出各该源极补偿电压；所述阻抗运算放大器用于将所述查找表输出的各该源极补偿电压补偿对应的各该半浮栅晶体管像素的源极电压，并将各该半浮栅晶体管像素的输出电流信号转化为电压信号；所述斜坡电压发生器用于产生斜坡电压对各该半浮栅晶体管像素的源极电压进行补偿，以及通过所述两管比较器产生斜坡电流；所述两管比较器用于将所述电压信号转换为电流信号后与所述斜坡电流进行比较，在所述电流信号与斜坡电流相等时产生翻转信号；所述计数器用于依据所述翻转信号产生数字信号并输出。本发明可以通过WTA电路以及独特的读出电路与外部补偿电路彻底消除半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列的固定模式噪声(FPN)，从而提高信号读出的精度，改善图像质量。结合半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列本身像素尺寸小、填充因子大的优点，本发明可以广泛应用于半浮栅晶体管(SFGT)这种新型器件的图像传感器中，从而开创CMOS图像传感器的新篇章。

附图说明

图1显示为半浮栅晶体管像素的结构示意图。

图2显示为现有技术中的CMOS像素单元的电路结构示意图。

图3显示为基于半浮栅晶体管像素元件的感光阵列的结构示意图。

图4显示为本发明的固定模式噪声消除电路的电路结构示意图。

元件标号说明

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图4所示，本实施例提供一种固定模式噪声消除电路，所述像素阵列包括呈矩形阵列排列的多个半浮栅晶体管像素，其中：

所述固定模式噪声消除电路包括WTA电路、与所述像素阵列的每一列连接的读出电路以及连接于各该读出电路的补偿电路，所述读出电路包括阻抗运算放大器、两管比较器及计数器，所述补偿电路包括斜坡电压发生器及查找表；

所述WTA电路用于获得各该半浮栅晶体管像素的源极补偿电压；

所述查找表用于将所述WTA电路获得的各该源极补偿电压进行存储，并用于向所述阻抗运算放大器输出各该源极补偿电压；

所述阻抗运算放大器用于将所述查找表输出的各该源极补偿电压补偿对应的各该半浮栅晶体管像素的源极电压，并将各该半浮栅晶体管像素的输出电流信号转化为电压信号；

所述斜坡电压发生器用于产生斜坡电压对各该半浮栅晶体管像素的源极电压进行补偿，以及通过所述两管比较器产生斜坡电流；

所述两管比较器用于将所述电压信号转换为电流信号后与所述斜坡电流进行比较，在所述电流信号与斜坡电流相等时产生翻转信号；

所述计数器用于依据所述翻转信号产生数字信号并输出。

如图1所示，所述半浮栅像素半浮栅晶体管像素主要包括控制栅507、半浮栅505、漏极掺杂区503、漏端电极513及514、源极掺杂区511、源端电极510、沟道区、及扩散区502、其中：

所述控制栅507覆盖于所述半浮栅505的表面；

所述半浮栅505包括覆盖于所述沟道区及部分漏极掺杂区503表面的栅介质层及栅电极层，且所述栅介质层于所述漏极掺杂区表面处具有开口，所述开口下方的漏极掺杂区503中具有一扩散区502，所述半浮栅505、扩散区502及漏极掺杂区503共同形成一用于感光的光电二极管；

所述半浮栅505的掺杂类型与漏极掺杂区503、源极掺杂区511的掺杂类型相反，所述扩散区502的掺杂类型与所述半浮栅505的掺杂类型相同。

所述半浮栅像素半浮栅晶体管像素在感光的过程中，首先对漏极掺杂区503、扩散区502及半浮栅505组成的光电二极管施加正偏电压，进行复位操作，清空半浮栅区505上的电荷；随后对光电二极管施加反偏电压，使其进入曝光状态，光生电荷被收集到半浮栅505区域，其电压升高，因此整个SFGT器件的阈值电压V_th下降，光照强度越大，半浮栅505区域的电压上升越多，阈值电压下降值V_th也越大；在读出阶段，对控制栅507的电极和漏端电极513及514分别施加一定的正电压，则会有电流经漏极掺杂区503流向源端电极510。读取源端电极510的电流，根据电流值的大小，就可以反映出光照的强弱，从而达到感光的功能。

如图4所示，所述WTA电路包括恒流电流源、第一晶体管M1、第二晶体管M2及第三晶体管M3；所述第一晶体管M1的栅极通过列选电路与各该半浮栅晶体管像素的漏极相连，第一极通过行选电路与各该半浮栅晶体管的栅极及所述恒流电流源相连，第二极用于输出第一电流；所述第二晶体管M2的栅极与所述第三晶体管M3的第一极相连，用于输入基准电流，第一极与所述第三晶体管M3的栅极及所述恒流电流源相连，第二极用于输出第二电流；所述第三晶体管M3的第二极接地。

所述WTA电路中，所述第一晶体管M1及第二晶体管M2工作于亚阈值区域，所述第三晶体管M3工作于饱和区域，并且，所有的半浮栅晶体管像素在行选电路和列选电路选中时也都处于饱和区域。控制恒流电流源Ib的大小使第一晶体管M1和第二晶体管M2都处于亚阈值区，因此，所述第一晶体管M1和第二晶体管M2的输出电流与其栅源电压VGS呈指数关系，所述第三晶体管M3工作于饱和区域，其输出电流与其栅源电压VGS呈二次方关系，因此，所述WTA电路将所述基准电流Iin(ref)和各该半浮栅晶体管像素的输出电流的微小变化通过指数放大后输出第一电流Iout(m,n)及第二电流Iout(ref)，从而可以通过观察所述第一电流Iout(m,n)及第二电流Iout(ref)来比较Iin(ref)与各该半浮栅晶体管像素的输出电流的大小。对于上述WTA电路，只有当半浮栅晶体管像素产生的读出电流与基准电流Iin(ref)相等时，所述第一电流Iout(m,n)及第二电流Iout(ref)才会相等，否则两者将一个接近于恒流电流源Ib，另一个接近于0。由于所述第一电流Iout(m,n)及第二电流Iout(ref)为放大后的电流，其电流值比较大，对其检测时，只需要一个精密电流表即可，并不需要复杂的检测电路结构，可以大大降低检测成本。

作为示例，所述基准电流Iin(ref)为各该半浮栅晶体管像素的输出电流中的最大值或最小值或该最大值与最小值之间的任意值。

斜坡电压发生器通过第一开关S1连接于各该半浮栅晶体管像素的源极，以对所述源极进行逐渐增大或逐渐减小的电压补偿，直至所述第一电流与所述第二电流相等时，将对应的源极补偿电压存储至所述查找表。所述查找表对各该源极补偿电压进行存储后，在后续半浮栅晶体管像素阵列的发光过程中，只需要将各该补偿电压输出至所述阻抗运算放大器中，通过对各该半浮栅晶体管像素的源极电压进行补偿后即可使相同光照强度条件下每个半浮栅晶体管像素产生的读出电流相等，从而消除固定模式噪声(FPN)。其中，所述第一开关S1为单端双置开关，当WTA电路工作时，所述第一开关S1使所述斜坡电压发生器与各该半浮栅晶体管像素的源极连接，当半浮栅晶体管像素阵列正常读出时，所述第一开关S1使所述斜坡电压发生器与所述读出电路连接。

所述阻抗运算放大器及两管比较器之间通过第二开关S2连接，所述阻抗运算放大器包括运算放大器A1及电阻R1，所述运算放大器A1的第一输入端与所述电阻R1的第一端相连，并与各列半浮栅晶体管像素的输出端相连，第二输入端与所述查找表相连，输出端与所述电阻R1的第二端相连。对于理想的运算放大器A1，其第一输入端（负端）的电压与第二输入端（正端）的电压严格相等，因此，所述阻抗运算放大器可以用于将所述查找表输出的各该源极补偿电压与对应的各该半浮栅晶体管像素的输出电压进行叠加后输出叠加电压。其中，当WTA电路工作时，通过所述第二开关打开S2使所述阻抗运算放大器及两管比较器之间断开，当半浮栅晶体管像素阵列正常读出时，通过所述第二开关S2使所述阻抗运算放大器及两管比较器之间导通。

所述两管比较器包括PMOS管T1及NMOS管T2，其中，所述PMOS管T1的栅极与所述阻抗运算放大器的输出端相连，第一极与所述NMOS管T2的第一极相连，第二极接电源；所述NMOS管T2的栅极与所述斜坡电压发生器相连，第二极接地。

所述计数器在像素阵列复位结束，也即所述斜坡电压发生器开始产生斜坡电压时开始计数，在接收到所述翻转信号时停止计数并输出数字信号，则所述数字信号的大小就反应了各该半浮栅晶体管像素结构接收到的光强的大小。

对于以上所述的半浮栅晶体管像素阵列的固定模式噪声消除电路，其工作的过程为：

第一步，采用一定亮度的点光源在与所述像素阵列足够远的距离垂直照射像素阵列，保证每个半浮栅晶体管像素接收到的光照强度相等；

第二步，通过控制所述半浮栅晶体管像素阵列的控制栅电压V_G和漏极电压V_D，对像素阵列中的每个半浮栅晶体管（SFGT）像素进行复位，使各该半浮栅晶体管像素的半浮栅上的电荷清空；

第三步，通过控制所述半浮栅晶体管像素阵列的控制栅电压V_G和漏极电压V_D，对像素阵列中的每个半浮栅晶体管像素进行曝光，将光照产生的光电子通过半浮栅晶体管像素的隧穿二极管存储到半浮栅晶体管像素的半浮栅上，从而改变半浮栅晶体管像素的阈值电压V_th，阈值电压V_th的大小即反映了光照强度；

第四步，通过控制所述半浮栅晶体管像素阵列的控制栅电压VG和漏极电压VD，对像素阵列中的每个半浮栅晶体管像素进行读出，使半浮栅晶体管像素产生读出电流，每个半浮栅晶体管像素的读出电流大小与每个半浮栅晶体管的阈值电压Vth有关；

第五步，通过控制行选电路(row select)和列选电路(column select)输出的电压信号，可以依次读出像素阵列中的每一个半浮栅晶体管像素的读出电流值，该电流与WTA电路中的基准电流Iin(ref)进行比较。此处，所述基准电流Iin(ref)为稍小于或稍大于该光照强度下的半浮栅晶体管(SFGT)的读出电流值的参考电流。当上述读出电流稍大于基准电流Iin(ref)时，它们之间的微小差值会引起WTA电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2上亚阈值电流的指数倍变化，从而使第一电流Iout(m,n)接近于恒流电流源Ib，第二电流Iout(ref)接近于0；当上述读出电流稍小于基准电流Iin(ref)时，则第一电流Iout(m,n)接近于0，第二电流Iout(ref)接近于恒流电流源Ib；

第六步，通过所述斜坡电压发生器通过第一开关在每个半浮栅晶体管像素的源极加一个电压值，缓慢调节这一电压值可以缓慢减小半浮栅晶体管像素产生的读出电流，直到第一电流Iout(m,n)和第二电流Iout(ref)相等时，所有半浮栅晶体管像素在相同光照条件下产生的读出电流都等于Iin(ref)；由于第一电流Iout(m,n)和第二电流Iout(ref)是读出电流和Iin(ref)的指数倍，所以这一调节可以非常精准。因此，通过依次选通每个半浮栅晶体管像素，可以精确地得到每个半浮栅晶体管像素所对应的源极补偿电压，并将它们按顺序存储到所述查找表中；上述过程中，所述阻抗运算放大器及两管比较器之间为断开状态；而在后续的像素阵列正常读出的过程中，所述阻抗运算放大器及两管比较器之间为导通状态。

第七步，通过上述第一步至第六步在像素阵列正式投入应用之前进行一次性校正工作，图像传感器芯片正式投入应用后，选通某一行的某一列半浮栅晶体管管像素读出的同时，通过地址寻址信号addr找到查找表中对应的源极补偿电压的值，再通过所述读出电路进行补偿，就可以消除掉所有的固定模式噪声(FPN)(包括像素级噪声和列级噪声)；

第八步，图像传感器芯片正式投入应用后，重复上述第二步至第四步；

第九步，通过控制不同的VD[i]和VG[i]，从而可以依次逐行选通各行半浮栅晶体管像素输出读出电流，而每列的电流I(j)分别输入到各个读出电路；

第十步，任意列的电流I(j)通过读出电路中的阻抗放大器转化为电压信号并与查找表输出的对应的源极补偿电压补偿对应的各该半浮栅晶体管像素的源极电压，并将各该半浮栅晶体管像素的输出电流信号转化为电压信号后输入到两管比较器的PMOS的栅极上，产生电流信号；

第十一步，斜坡电压发生器(Ramp Generator)产生的斜坡电压通过所述第一开关输入到电流比较器中NMOS的栅极，该斜坡电压是从小到大变化的，产生斜坡电流。当所述斜坡电流增大到与所述电流信号相等时，Vc(j)被拉低，比较器翻转到低电平，输出翻转信号。在所述斜坡电压发生器输出电压时，所述计数器开始计数；

第十二步，上述产生的翻转信号输入到读出电路中的计数器(counter)的使能端(en)，使其停止计数，并输出数字信号，所述计数器(counter)的计数结果即反映了读出电流的大小，也即光照强度的大小。

如上所述，本发明提供一种固定模式噪声消除电路，所述像素阵列包括呈矩形阵列排列的多个半浮栅晶体管像素，其中：所述固定模式噪声消除电路包括WTA电路、与所述像素阵列的每一列连接的读出电路以及连接于各该读出电路的补偿电路，所述读出电路包括阻抗运算放大器、两管比较器及计数器，所述补偿电路包括斜坡电压发生器及查找表；所述WTA电路用于获得各该半浮栅晶体管像素的源极补偿电压；所述查找表用于将所述WTA电路获得的各该源极补偿电压进行存储，并用于向所述阻抗运算放大器输出各该源极补偿电压；所述阻抗运算放大器用于将所述查找表输出的各该源极补偿电压补偿对应的各该半浮栅晶体管像素的源极电压，并将各该半浮栅晶体管像素的输出电流信号转化为电压信号；所述斜坡电压发生器用于产生斜坡电压对各该半浮栅晶体管像素的源极电压进行补偿，以及通过所述两管比较器产生斜坡电流；所述两管比较器用于将所述电压信号转换为电流信号后与所述斜坡电流进行比较，在所述电流信号与斜坡电流相等时产生翻转信号；所述计数器用于依据所述翻转信号产生数字信号并输出。本发明可以通过WTA电路以及独特的读出电路与外部补偿电路彻底消除半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列的固定模式噪声(FPN)，从而提高信号读出的精度，改善图像质量。结合半浮栅晶体管(SFGT)像素阵列本身像素尺寸小、填充因子大的优点，本发明可以广泛应用于半浮栅晶体管(SFGT)这种新型器件的图像传感器中，从而开创CMOS图像传感器的新篇章。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种固定模式噪声消除电路，用于图像传感器像素阵列信号读出过程中的的固定模式噪声消除，所述像素阵列包括呈矩形阵列排列的多个半浮栅晶体管像素，其特征在于：

所述固定模式噪声消除电路包括WTA电路、与所述像素阵列的每一列连接的读出电路以及连接于各该读出电路的补偿电路，所述读出电路包括阻抗运算放大器、两管比较器及计数器，所述补偿电路包括斜坡电压发生器及查找表；

所述WTA电路用于获得各该半浮栅晶体管像素的源极补偿电压；

所述查找表用于将所述WTA电路获得的各该源极补偿电压进行存储，并用于向所述阻抗运算放大器输出各该源极补偿电压；

所述阻抗运算放大器用于将所述查找表输出的各该源极补偿电压补偿对应的各该半浮栅晶体管像素的源极电压，并将各该半浮栅晶体管像素的输出电流信号转化为电压信号；

所述斜坡电压发生器用于产生斜坡电压对各该半浮栅晶体管像素的源极电压进行补偿，以及通过所述两管比较器产生斜坡电流；

所述两管比较器用于将所述电压信号转换为电流信号后与所述斜坡电流进行比较，在所述电流信号与斜坡电流相等时产生翻转信号；

所述计数器用于依据所述翻转信号产生数字信号并输出。

2.根据权利要求1所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述WTA电路包括恒流电流源、第一晶体管、第二晶体管及第三晶体管；所述第一晶体管的栅极通过列选电路与各该半浮栅晶体管像素的漏极相连，第一极通过行选电路与各该半浮栅晶体管的栅极及所述恒流电流源相连，第二极用于输出第一电流；所述第二晶体管的栅极与所述第三晶体管的第一极相连，用于输入基准电流，第一极与所述第三晶体管的栅极及所述恒流电流源相连，第二极用于输出第二电流；所述第三晶体管的第二极接地。

3.根据权利要求2所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述斜坡电压发生器通过第一开关连接于各该半浮栅晶体管像素的源极，以对所述源极进行逐渐增大或逐渐减小的电压补偿，直至所述第一电流与所述第二电流相等时，将对应的源极补偿电压存储至所述查找表。

4.根据权利要求3所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：采用精密电流表对所述第一电流与所述第二电流进行检测。

5.根据权利要求2所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述第一晶体管及第二晶体管工作于亚阈值区域，所述第三晶体管工作于饱和区域。

6.根据权利要求2所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述基准电流为各该半浮栅晶体管像素的输出电流中的最大值或最小值或该最大值与最小值之间的任意值。

7.根据权利要求1所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述阻抗运算放大器及两管比较器之间通过第二开关连接，所述阻抗运算放大器包括运算放大器及电阻，所述运算放大器的第一输入端与所述电阻的第一端相连，并与各列半浮栅晶体管像素的输出端相连，第二输入端与所述查找表相连，输出端与所述电阻的第二端相连。

8.根据权利要求1所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述两管比较器括PMOS管及NMOS管，其中，所述PMOS管的栅极与所述阻抗运算放大器的输出端相连，第一极与所述NMOS管的第一极相连，第二极接电源；所述NMOS管的栅极与所述斜坡电压发生器相连，第二极接地。

9.根据权利要求1所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述计数器在像素阵列复位结束，也即所述斜坡电压发生器开始产生斜坡电压时开始计数，在接收到所述翻转信号时停止计数并输出数字信号。

10.根据权利要求1所述的固定模式噪声消除电路，其特征在于：所述半浮栅晶体管像素包括控制栅、半浮栅、漏极掺杂区、源极掺杂区及沟道区，其中：

所述控制栅覆盖于所述半浮栅的表面；

所述半浮栅包括覆盖于所述沟道区及部分漏极掺杂区表面的栅介质层及栅电极层，且所述栅介质层于所述漏极掺杂区表面处具有开口，所述开口下方的漏极掺杂区中具有扩散区，所述半浮栅、扩散区及漏极掺杂区共同形成用于感光的光电二极管；

所述半浮栅的掺杂类型与漏极掺杂区、源极掺杂区的掺杂类型相反，所述扩散区的掺杂类型与所述半浮栅的掺杂类型相同。

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