CN104282700B - 图像传感器及其操作方法 - Google Patents

图像传感器及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104282700B
CN104282700B CN201410006114.7A CN201410006114A CN104282700B CN 104282700 B CN104282700 B CN 104282700B CN 201410006114 A CN201410006114 A CN 201410006114A CN 104282700 B CN104282700 B CN 104282700B
Authority
CN
China
Prior art keywords
floating diffusion
diffusion nodes
coupled
integrator
output
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.)
Active
Application number
CN201410006114.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104282700A (zh
Inventor
特吕格弗·维拉森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omnivision Technologies Inc filed Critical Omnivision Technologies Inc
Publication of CN104282700A publication Critical patent/CN104282700A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104282700B publication Critical patent/CN104282700B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • 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
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种图像传感器及其操作方法。图像传感器包含像素阵列，所述像素阵列包含多个像素单元，所述多个像素单元各自包含：浮动扩散节点；光敏元件，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散节点；以及反馈耦合电容器，其耦合在所述浮动扩散节点与输出线之间。位线经耦合以选择性地读出从所述多个像素单元的群组中的每一者输出的图像数据。积分器电容性地耦合到所述位线。所述积分器经耦合以响应于所述图像数据而在所述输出线上输出输出信号。所述输出线上的所述输出信号通过所述反馈耦合电容器而电容性地耦合到所述浮动扩散节点，以响应于所述输出信号而抑制所述多个像素单元的所述群组中的每一者的所述浮动扩散节点处的电位摆动。

Description

图像传感器及其操作方法
技术领域
本发明大体上涉及图像传感器。更具体来说，本发明的实施例涉及用低供应电压从图像传感器像素单元读出图像数据的电路。
背景技术
图像传感器已变得普遍存在。它们广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医疗、汽车和其它应用。用于制造图像传感器且具体来说制造金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器的技术已不断快速进步。举例来说，对更高分辨率和更低电力消耗的需求已促进这些图像传感器的进一步微型化和集成。
在常规的CMOS有源像素传感器中，从光敏装置(例如，光电二极管)传送图像电荷，且图像电荷被转换为浮动扩散节点上的像素单元内的电压信号。当浮动扩散处的电位高于光敏装置的钉扎电压(例如，VPIN)时，图像电荷可以被从光敏装置有效地传送到浮动扩散。浮动扩散电压摆动与钉扎电压的总和通常将有源像素传感器的供应电压限制到最小2.5伏到3伏。然而，随着对有源像素传感器的进一步微型化的需要在增加，所以不断地需要具有小于2.5伏到3伏的供应电压的有源像素传感器。
发明内容
在一个实施例中，本申请案提供一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包含多个像素单元，其中所述多个像素单元中的每一者包含：浮动扩散节点；光敏元件，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散节点；以及反馈耦合电容器，其耦合在所述浮动扩散节点与输出线之间；位线，其经耦合以选择性地读出从所述多个像素单元的群组中的每一者输出的图像数据；以及积分器，其电容性地耦合到所述位线，其中所述积分器经耦合以响应于所述图像数据而在所述输出线上输出输出信号，其中所述输出线上的所述输出信号通过所述反馈耦合电容器而电容性地耦合到所述浮动扩散节点，以响应于所述输出信号而抑制所述多个像素单元的所述群组中的每一者的所述浮动扩散节点处的电位摆动。
在另一实施例中，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含多个像素单元，其中所述多个像素单元中的每一者包含：浮动扩散(″FD″)节点；光敏元件，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散节点；以及反馈耦合电容器，其耦合在所述浮动扩散节点与输出线之间；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其包含积分器，所述积分器电容性地耦合到位线以选择性地读出从所述多个像素单元的群组中的每一者输出的图像数据，其中所述积分器经耦合以响应于所述图像数据而在所述输出线上输出输出信号，其中所述输出线上的所述输出信号通过所述反馈耦合电容器而电容性地耦合到所述浮动扩散节点，以响应于所述输出信号而抑制所述多个像素单元的所述群组中的每一者的所述浮动扩散节点处的电位摆动。
在又一实施例中，本申请案提供一种操作图像传感器的方法，所述方法包括：复位图像传感器像素单元中的光敏元件和浮动扩散节点；在所述光敏元件中累积图像电荷；将所述图像电荷从所述光敏元件转移到所述浮动扩散节点；响应于所述浮动扩散节点处的所述图像电荷而在位线上产生图像数据；响应于所述图像数据，用积分器对所述位线上的所述图像数据进行积分，以在所述积分器的输出线上产生输出信号；以及用所述输出线与所述浮动扩散节点之间的电容性反馈耦合来抑制所述浮动扩散节点处的电位摆动。
附图说明
参考下图描述本发明的非限制和非详尽的实施例，其中所有各图中相同参考数字指代相同部分，除非另有规定。
图1是说明根据本发明的教示的具有抑制浮动扩散节点处的电位摆动的读出架构的图像传感器的一个实例的示意图。
图2是说明根据本发明的教示的包含抑制像素阵列中的像素单元的浮动扩散节点处的电位摆动的读出架构的实例成像系统的框图。
图3说明根据本发明的教示的抑制像素阵列的浮动扩散节点处的电位摆动的实例性读出架构中的信号的时序图。
在所有若干图式中，对应的参考符号指示对应的组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是出于简单和清楚的目的进行说明，且不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可相对于其它元件进行夸示，从而帮助提高对本发明的各种实施例的理解。而且，在商业可行的实施例中有用或者必需的常见但众所周知的元件常常不予描绘，以便促进对本发明的这些各种实施例的无障碍的观看。
具体实施方式
在以下描述中，陈述众多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明白，不需要使用所述具体细节来实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的材料或方法，以便避免混淆本发明。
贯穿本说明书对的“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的引用是指结合所述实施例或实例所描述的特定的特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”的出现并不一定全部是指同一实施例或实例。此外，特定的特征、结构或特性可以任何合适的组合和/或子组合而组合在一个或一个以上实施例或实例中。特定的特征、结构或特性可包含在集成电路、电子电路、组合式逻辑电路或提供所描述的功能性的其它合适组件中。另外，应了解，在此提供的图是出于向所属领域的技术人员进行阐释的目的，且图式不一定按比例绘制。
根据本发明的教示的实例描述一种根据本发明的教示的读出架构，所述读出架构抑制像素阵列的浮动扩散节点处的电位摆动。如将展示，在各种实例中，列层级积分器耦合到积分图像数据，所述积分图像数据是从每一像素单元在位线上输出。在一个实例中，根据本发明的教示，所述积分器响应于浮动扩散节点处的向下电位而在积分器的输出上驱动正电压阶跃，其因此通过反馈电容器将供应电荷供应给所述浮动扩散节点。在一个实例中，通过反馈电容器从积分器的输出供应的电荷有助于维持浮动扩散节点上的大体上恒定的电压，所述电压大于光敏元件上的电压。根据本发明的教示，通过抑制电压摆动以维持浮动扩散节点上的大体上恒定的电压，像素可因此在较低供应电压下操作。
为了进行说明，图1是说明根据本发明的教示的具有抑制浮动扩散节点处的电位摆动的读出架构的图像传感器100的一个实例的示意图。在所描绘的实例中，图像传感器100包含布置在像素阵列中的多个像素单元102。在所描绘的实例中，将像素单元102说明为四晶体管(4T)像素单元。应了解，像素单元100是用于实施图像传感器100内的每一像素单元的像素电路架构的一个可能的实例。然而，应了解，根据本发明的教示的其它实例不一定受限于4T像素架构。受益于本发明的所属领域的技术人员将理解，本教示还适用于3T设计、5T设计以及根据本发明的教示的其它像素架构。
在图1中所描绘的实例中，像素单元102包含：光敏元件，其还可被称作用以累积图像电荷的光电二极管(PD)104；转移晶体管T1106；复位晶体管T2108；浮动扩散(FD)节点110；放大器晶体管，其被说明为源极跟随器(SF)晶体管T3112；以及行选择晶体管T4114。反馈耦合电容器CFB116电容性地耦合在浮动扩散节点FD110与输出线120之间。在操作期间，转移晶体管T1106接收转移信号TX，所述转移信号将光敏元件PD104中所累积的图像电荷选择性地转移到浮动扩散FD节点110。
如所说明的实例中所展示，复位晶体管T2108耦合在供应电压AVDD与浮动扩散节点FD110之间，以响应于复位信号RST而复位像素单元102中的电平(例如，将浮动扩散节点FD110和光敏元件PD104放电或充电到预设电压)。浮动扩散节点FD110经耦合以控制放大器晶体管SF T3112的栅极。放大器晶体管SF T3112耦合在供应电压AVDD与行选择晶体管RST4114之间。放大器晶体管SF T3112作为源极跟随器放大器而操作，从而将高阻抗连接提供给浮动扩散节点FD110。行选择晶体管RS T4114响应于行选择信号RS而将像素单元102的图像数据输出选择性地耦合到读出列位线118。在所说明的实例中，位线118经耦合以从图像传感器100中的多个像素单元102的列选择性地读出图像数据。
图1中所描绘的实例还说明列层级处的积分器122，其通过输入耦合电容器CIN126而选择性地耦合到位线118，如图所示。如实例中所展示，积分器122的输出耦合到输出线120，输出线120通过反馈耦合电容器CFB116而电容性地耦合到浮动扩散节点FD110。在所说明的实例中，借助输入耦合电容器CIN126提供的电容性耦合支持积分器122的输入与位线118之间的不同DC电压电平，同时允许AC信号或高频率信号在位线118与积分器122的输入之间通过。类似地，借助反馈耦合电容器CFB116提供的电容性耦合支持浮动扩散节点FD110与输出线120之间的不同DC电压电平，同时允许AC信号或高频率信号在浮动扩散节点FD110与输出线120之间通过。
在一个实例中，具有高内部阻抗的电流源130耦合到位线118以将电流吸收到接地，如图所示。在所述实例中，复位开关128还耦合到积分器122，如图所示，所述复位开关响应于RESET_AMP信号而耦合到积分器122的复位电平，如图所示。在所说明的实例中，积分器122包含作为积分器而耦合的运算放大器124。因此，运算放大器124的反相输入耦合到输入耦合电容器CIN126，且运算放大器124的非反相输入耦合到接地，如图所示。在一个实例中，可将运算放大器124实施为单分支共源放大器以减少裸片大小和电力消耗。
在操作中，积分器122经耦合以响应于通过输入耦合电容器CIN126从位线118接收的图像数据的积分而在输出线120上输出输出信号。如图1中所描绘的实例中所展示，通过反馈耦合电容器CFB116将输出线120上的输出信号反馈到像素单元102。具体来说，在一个实例中，积分器122的运算放大器124响应于浮动扩散节点FD110处的向下电位而在输出线120上驱动正电压阶跃，其通过反馈耦合电容器CFB116将电荷供应给浮动扩散节点FD110。因此，用运算放大器124的开放环路增益来抑制由于将图像电荷从光敏元件PD转移到浮动扩散节点FD110而引起的浮动扩散节点FD110上的向下电压摆动。换句话说，根据本发明的教示，运算放大器124的开放环路增益经耦合以响应于将图像电荷从光敏元件FD104转移到浮动扩散节点FD110而在输出线120上驱动正电压阶跃，以通过反馈耦合电容器CFB116将电荷供应给浮动扩散节点FD110，从而将浮动扩散节点FD110处的大体上恒定的电压维持在光敏元件FD104处的电压以上。因此，在一个实例中，根据本发明的教示，由于用如图所示的积分器122将浮动扩散节点FD110处的电压维持在大体上恒定的电压，所以可将较低的供应电压用于AVDD，例如约1.8伏。
在一个实例中，输出线120上的输出信号还经耦合以用A/D转换器132从模拟转换为数字。在一个实例中，输出线120上的输出信号电平还经耦合以用如图所示的取样和保持电路134进行取样和保持。在一个实例中，如下文更详细地论述，可通过取得在将图像电荷转移到浮动扩散节点FD110之后输出信号的经取样输出电平值与在复位之后输出信号的经取样输出电平之间的差来确定来自像素单元102的输出值。
图2是说明根据本发明的教示的包含抑制像素阵列中的像素单元的浮动扩散节点处的电位摆动的读出架构的实例成像系统200的框图。如所描绘的实例中所展示，成像系统200包含耦合到控制电路238和读出电路236的像素阵列202，读出电路236耦合到功能逻辑240。
在一个实例中，像素阵列202是成像传感器或像素单元(例如，像素单元P1、P2…Pn)的二维(2D)阵列。在一个实例中，每一像素单元是CMOS成像像素。应注意，像素阵列202中的像素单元P1、P2…Pn可为图1的像素单元102的实例，且下文参考的类似命名和编号的元件与上文所描述的元件类似地耦合并起作用。如所说明，每一像素单元布置到行(例如，行R1到Ry)和列(例如，列C1到Cx)中，以获取人、地方、物体等的图像数据，所述图像数据可随后用于再现人、地方、物体等的2D图像。
在一个实例中，在每一像素单元已累积其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路236通过读出列位线218读出，且随后被转移到功能逻辑240。在一个实例中，读出电路236可包含耦合到每一列C1到Cx的积分器，所述积分器通过输出线220提供反馈，如图所示。应注意，耦合到每一列C1到Cx的积分器以及输出线220中的每一者可为图1的积分器122和输出线120的实例。返回参看图2，在各种实例中，读出电路236还可包含额外的放大电路、额外的模/数(ADC)转换电路，或其它电路。功能逻辑240可简单地存储图像数据，或甚至通过应用后图像作用(例如，修剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵图像数据。在一个实例中，读出电路236可沿着读出列位线218(已说明)一次读出一行图像数据，或可使用多种其它技术(未说明)读出图像数据，例如对所有像素的串行读出或同时全并行读出。
在一个实例中，控制电路238耦合到像素阵列202以控制像素阵列202的操作特性。举例来说，控制电路238可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是用于同时启用像素阵列202内的所有像素以在单个获取窗期间同时俘获其相应的图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号是滚动快门信号，使得在连续获取窗期间循序地启用每一行、列或群组的像素。
图3说明根据本发明的教示的抑制像素阵列的浮动扩散节点处的电位摆动的实例性读出架构中的信号的时序图。应了解，图3中所说明的实例信号说明与图1中所示的实例图像传感器100相关联的信号的各种波形，且下文类似命名和编号的元件如上文所描述进行耦合和起作用。如所述实例中所示，复位发生在时间T0处。在图3中所描绘的实例中，在所述复位期间断言行选择信号RS314、复位信号RST308和复位积分器信号RESET_AMP328。因此，浮动扩散节点电压或电位310被设定到接近供应电压AVDD的电压，或输出线320上的电压或电位被设定到接地附近的电压，如图所示。在一个实例中，应注意，可通过断言复位信号RST308和传输信号TX306两者以复位光敏元件(未图示)中的图像电荷电平而在时间T0之前单独地复位光敏装置PD104。
在一个实例中，在T0处的复位完成之后，解除断言复位信号RST308、复位积分器信号RESET_AMP328和传输信号TX306。如图所示，已如图所示复位了浮动扩散电位310处的电压以及输出线320上的电位。在一个实例中，此时，可发生模/数操作332，且可用取样和保持电路134获得输出线320处的电平的第一取样。在所说明的实例中，用SHR334A事件指示第一取样，SHR334A事件指示已在复位之后获得输出线处的输出信号电平的第一样本。在此时间期间，解除断言转移信号TX306，且光敏装置PD104也可累积图像电荷。
在时间T1处，随后断言转移信号TX306，且在光敏装置PD104中累积的图像电荷随后被转移到浮动扩散节点FD110。在将图像电荷转移到浮动扩散节点FD110的情况下，如FD电位310中所示，浮动扩散节点FD110上的电位开始在时间T1处向下摆动。然而，开始在时间T1处在FD电位310中发生的向下摆动由积分器122通过位线118和输入电容器CIN126检测到，这导致输出线320上的输出信号升高，如图所示。结果，积分器122在输出线120上驱动正电压阶跃，其通过反馈耦合电容器CFB116将电荷供应给浮动扩散节点FD110，这抑制了浮动扩散节点FD110上的向下电压摆动。因此，运算放大器124的开放环路增益经耦合以维持浮动扩散节点FD110处的大体上恒定的电压，如图所示。
在此时间期间，在已解除断言转移信号TX306之后，可发生另一模/数操作332，且可用取样和保持电路134进行对输出线320的第二取样。在所说明的实例中，用SHS334B事件指示第二取样，SHS334B事件指示已获得输出线320上的输出信号值的第二样本。在一个实例中，可通过找到第二样本与第一样本之间的差来导出像素的输出值(即，输出值=SHS-SHR)。
本发明的所说明实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)无意是详尽的或受限于所揭示的精确形式。虽然出于说明的目的在本文中描述了本发明的具体实施例和实例，但在不脱离本发明的更广精神和范围的情况下，各种等效的修改是可能的。
可鉴于以上详细描述对本发明的实例作出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限于说明书和权利要求书中所揭示的具体实施例。而是，范围将完全由所附权利要求书来确定，所附权利要求书将根据权利要求解释的已确立原则来解释。本说明书和图因此将被视为说明性的，而非限制性的。

Claims (24)

1.一种图像传感器，其包括：
像素阵列，其包含多个像素单元，其中所述多个像素单元中的每一者包含：
浮动扩散节点；
光敏元件，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散节点；以及
反馈耦合电容器，其耦合在所述浮动扩散节点与输出线之间；
位线，其经耦合以选择性地读出从所述多个像素单元的群组中的每一者输出的图像数据；以及
积分器，其电容性地耦合到所述位线，其中所述积分器经耦合以响应于所述图像数据而在所述输出线上输出输出信号，其中所述输出线上的所述输出信号通过所述反馈耦合电容器而电容性地耦合到所述浮动扩散节点，以响应于所述输出信号而抑制所述多个像素单元的所述群组中的每一者的所述浮动扩散节点处的电位摆动,其中所述积分器包括作为积分器而耦合的运算放大器，且其中所述积分器的第一输入包括所述运算放大器的反相输入,其中所述运算放大器的开放环路增益经耦合以在所述输出线上驱动正电压阶跃，以通过反馈电容器将电荷供应到所述浮动扩散节点，从而将所述浮动扩散节点处的电压维持在所述光敏元件处的电压以上。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个像素单元的所述群组包含所述像素阵列的列。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括输入耦合电容器，所述输入耦合电容器耦合在所述积分器的第一输入与所述位线之间，使得所述位线电容性地耦合到所述积分器的所述第一输入。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述输入耦合电容器经耦合以支持所述位线与所述积分器的所述第一输入之间的不同DC电压电平。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括耦合在所述运算放大器的所述反相输入与接地端子之间的电流源，其中所述电流源经耦合以将电流吸收到所述接地端子。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括模/数转换器，所述模/数转换器耦合到所述输出线以响应于所述输出线上的模拟信号而产生数字信号。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括取样和保持电路，所述取样和保持电路耦合到所述输出线以对所述输出线上的所述输出信号进行取样和保持。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述取样和保持电路经耦合以在复位之后输出所述输出线的第一样本，且其中所述取样和保持电路进一步经耦合以响应于所述图像数据而输出所述输出线的第二样本，其中所述多个像素单元中的每一者的输出值响应于所述第二样本与所述第一样本之间的差。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包含复位晶体管，所述复位晶体管耦合在所述浮动扩散节点与供应电压之间，以选择性地复位所述浮动扩散节点和所述光敏元件中的所述图像电荷。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包含转移晶体管，所述转移晶体管耦合在所述光敏元件与所述浮动扩散节点之间，以将所述图像电荷从所述光敏元件选择性地转移到所述浮动扩散节点。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包含放大器，所述放大器耦合到所述浮动扩散节点以响应于所述浮动扩散节点处的所述图像电荷而产生所述图像数据。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述多个像素单元中的每一者进一步包含选择晶体管，所述选择晶体管耦合在所述放大器与所述位线之间，以将所述图像数据从所述放大器选择性地转移到所述位线。
13.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其包含多个像素单元，其中所述多个像素单元中的每一者包含：
浮动扩散“FD”节点；
光敏元件，其经耦合以将图像电荷选择性地转移到所述浮动扩散节点；以及
反馈耦合电容器，其耦合在所述浮动扩散节点与输出线之间；
控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及
读出电路，其包含积分器，所述积分器经由输入耦合电容器耦合到位线以选择性地读出从所述多个像素单元的群组中的每一者输出的图像数据，其中所述积分器经耦合以响应于所述图像数据而在所述输出线上输出输出信号，其中所述输出线上的所述输出信号通过所述反馈耦合电容器而电容性地耦合到所述浮动扩散节点，以响应于所述输出信号而抑制所述多个像素单元的所述群组中的每一者的所述浮动扩散节点处的电位摆动,其中所述输入耦合电容器经耦合以支持所述位线与所述积分器的输入之间的不同DC电压电平,其中所述积分器经耦合以在所述输出线上驱动正电压阶跃，以通过反馈电容器将电荷供应到所述浮动扩散节点，从而将所述浮动扩散节点处的电压维持在所述光敏元件处的电压以上。
14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述多个像素单元的所述群组包含所述像素阵列的列，其中所述积分器是所述读出电路中所包含的多个积分器中的一者。
15.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述输入耦合电容器耦合在所述积分器的所述输入与所述位线之间，使得所述位线电容性地耦合到所述积分器的所述输入。
16.根据权利要求13所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑耦合到所述读出电路以存储从所述多个像素单元读出的所述图像数据。
17.一种操作图像传感器的方法，所述方法包括：
复位图像传感器像素单元中的光敏元件和浮动扩散节点；
在所述光敏元件中累积图像电荷；
将所述图像电荷从所述光敏元件转移到所述浮动扩散节点；
响应于所述浮动扩散节点处的所述图像电荷而在位线上产生图像数据；
响应于所述图像数据，用积分器对所述位线上的所述图像数据进行积分，以在所述积分器的输出线上产生输出信号；以及
用所述输出线与所述浮动扩散节点之间的电容性反馈耦合来抑制所述浮动扩散节点处的电位摆动,其中用所述输出线与所述浮动扩散节点之间的所述电容性反馈耦合来抑制所述浮动扩散节点处的所述电位摆动包括：用所述积分器在所述输出线上驱动正电压阶跃，以通过反馈电容器将电荷供应到所述浮动扩散节点，从而将所述浮动扩散节点处的电压维持在所述光敏元件处的电压以上。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在复位所述图像传感器像素单元中的所述光敏元件和所述浮动扩散节点的同时复位所述积分器。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在复位所述图像传感器像素单元中的所述光敏元件和所述浮动扩散节点之后且在将所述图像电荷从所述光敏元件转移到所述浮动扩散节点之前，产生所述输出线上的所述输出信号的第一样本。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括在响应于所述图像数据而用所述积分器对所述位线上的所述图像数据进行积分以在所述积分器的所述输出线上产生所述输出信号之后，产生所述输出线上的所述输出信号的第二样本。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括响应于所述输出信号的所述第二样本与所述输出信号的所述第一样本之间的差而产生输出值。
22.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将所述输出信号的模拟值转换为所述输出信号的数字值。
23.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括用放大器晶体管放大所述浮动扩散节点处的所述图像电荷以在所述位线上产生所述图像数据。
24.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括用所述位线与所述积分器的输入之间的电容性耦合来支持所述位线与所述积分器的所述输入之间的不同DC电压。
CN201410006114.7A 2013-07-12 2014-01-07 图像传感器及其操作方法 Active CN104282700B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/940,710 2013-07-12
US13/940,710 US9041842B2 (en) 2013-07-12 2013-07-12 Image sensor pixel cell readout architecture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104282700A CN104282700A (zh) 2015-01-14
CN104282700B true CN104282700B (zh) 2018-01-26

Family

ID=52257433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410006114.7A Active CN104282700B (zh) 2013-07-12 2014-01-07 图像传感器及其操作方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9041842B2 (zh)
CN (1) CN104282700B (zh)
HK (1) HK1206150A1 (zh)
TW (1) TWI531241B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6832649B2 (ja) * 2016-08-17 2021-02-24 ブリルニクス インク 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
US10062722B2 (en) * 2016-10-04 2018-08-28 Omnivision Technologies, Inc. Stacked image sensor with shield bumps between interconnects
US10375338B2 (en) * 2017-02-01 2019-08-06 Omnivision Technologies, Inc. Two stage amplifier readout circuit in pixel level hybrid bond image sensors
US10473798B2 (en) * 2017-06-16 2019-11-12 Varex Imaging Corporation Counting and integrating pixels, detectors, and methods
TWI644107B (zh) 2017-11-23 2018-12-11 財團法人工業技術研究院 感測器的讀取電路及其讀取方法
US10750111B2 (en) * 2018-02-23 2020-08-18 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with divided bit lines
EP3764637B1 (en) * 2019-07-11 2023-08-02 Teledyne Dalsa B.V. Image sensor and imaging system comprising the same
US11399150B2 (en) * 2020-11-13 2022-07-26 Omnivision Technologies, Inc. Auto-zero techniques for lateral overflow integrating capacitor (LOFIC) readout image sensor
US11457163B1 (en) * 2021-07-16 2022-09-27 Pixart Imaging Inc. Image sensor device capable of improving signal discrimination in dark condition and avoiding signal saturation in bright condition
DE102021128022B3 (de) * 2021-10-27 2023-02-02 Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg Bildsensor
US11956557B1 (en) 2022-10-17 2024-04-09 BAE Systems Imaging Solutions Inc. Pixel architecture with high dynamic range
CN117097339A (zh) * 2023-10-20 2023-11-21 南京天易合芯电子有限公司 一种具有高性能动态环境光抑制的接近光检测传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5636270A (en) * 1979-09-03 1981-04-09 Hitachi Ltd Image pickup device
JP2008042674A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Canon Inc 固体撮像装置
CN103036571A (zh) * 2011-10-06 2013-04-10 创杰科技股份有限公司 双模态δ-Δ模拟至数字转换器与其电路

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7183531B2 (en) * 2004-03-31 2007-02-27 Micron Technology, Inc. Amplification with feedback capacitance for photodetector signals
JP5012188B2 (ja) * 2007-05-14 2012-08-29 コニカミノルタホールディングス株式会社 固体撮像装置
US8294077B2 (en) 2010-12-17 2012-10-23 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having supplemental capacitive coupling node
US8618459B2 (en) * 2011-04-27 2013-12-31 Aptina Imaging Corporation Image sensor array for the back side illumination with junction gate photodiode pixels

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5636270A (en) * 1979-09-03 1981-04-09 Hitachi Ltd Image pickup device
JP2008042674A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Canon Inc 固体撮像装置
CN103036571A (zh) * 2011-10-06 2013-04-10 创杰科技股份有限公司 双模态δ-Δ模拟至数字转换器与其电路

Also Published As

Publication number Publication date
HK1206150A1 (zh) 2015-12-31
TW201503698A (zh) 2015-01-16
US20150015757A1 (en) 2015-01-15
TWI531241B (zh) 2016-04-21
US9041842B2 (en) 2015-05-26
CN104282700A (zh) 2015-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104282700B (zh) 图像传感器及其操作方法
CN106791496B (zh) 用于改善图像传感器电源抑制比的斜坡产生器和成像系统
CN104023183B (zh) 具有多个放大器晶体管的高动态范围像素
CN100502474C (zh) 固态成像装置、驱动固态成像装置的方法和图像拾取设备
CN104980670B (zh) 图像传感器读出电路及成像系统
US9819890B2 (en) Readout circuitry to mitigate column fixed pattern noise of an image sensor
CN106060434B (zh) 通过斜坡产生器的图像传感器电源抑制比噪声消减
CN109390362A (zh) 用于低暗电流浮动扩散区的设备及方法
CN102780858B (zh) 固态成像设备、其驱动方法及固态成像系统
JP6029286B2 (ja) 光電変換装置および撮像システム
CN107888850A (zh) 用于双斜坡模/数转换器的斜坡信号发生器
CN108270979A (zh) 高动态范围像素电路及使用高动态范围像素电路的图像系统
CN105470273B (zh) 具有非破坏性读出的图像传感器像素单元
CN110121037A (zh) 具有双重转换增益读出的图像传感器
WO2015079597A1 (ja) 固体撮像装置及び撮像装置
CN104159051B (zh) 图像传感器以及包括该图像传感器的装置
CN102970493A (zh) 多重转换增益图像传感器的多电平复位电压
CN102547166A (zh) 具有补充电容性耦合节点的图像传感器
CN102257616A (zh) 噪声消除图像传感器
CN108712619A (zh) 高动态范围图像传感器
WO2018001014A1 (zh) 像素电路及其驱动方法、图像传感器及图像获取装置
CN110868556B (zh) 操作图像传感器的方法、图像传感器及电子系统
CN108668094A (zh) 图像传感器像素、成像系统及用于将图像传感器预充电的方法
JP2017175345A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
CN106937063A (zh) 用于减少暗信号的模/数转换时间的方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1206150

Country of ref document: HK

CB02 Change of applicant information

Address after: American California

Applicant after: OmniVision Technologies, Inc.

Address before: American California

Applicant before: Omnivision Tech Inc.

COR Change of bibliographic data
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1206150

Country of ref document: HK