CN105681695A - 一种cmos图像传感器像素电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CMOS图像传感器像素电路，包括：一包括正面和背面的衬底，多个设置于所述衬底正面的像素，一背部沟槽隔离结构及一多次曝光信号反馈组合电路；该背部沟槽隔离结构从衬底背面插入设置于每个像素之间，用于将入射光中的扩散电子反弹回像素内进行收集，以减弱像素之间的串扰；背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋沟槽的隔离阱；多次曝光信号反馈组合电路：电连接于像素及一模数转换电路之间，用于对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展图像传感器的动态范围。本发明还公开了一种CMOS图像传感器像素电路控制方法。

Description

一种CMOS图像传感器像素电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及图像传感领域，具体涉及低串扰宽动态背照式CMOS图像传感器识别超低照度可见光的像素结构和电路的改进及电路的控制方法。

背景技术

随着CMOS工艺水平的提高，CMOS图像传感器凭借低功耗、低成本、小体积和可随机读取等一系列优点，实现了在平板电脑、智能手机等消费类电子领域的广泛应用。背面照射技术是帮助图像传感器实现性能突破的关键因素。背照式CMOS图像传感器可大幅改善像素单元的感光能力，并对图像传感器噪声有一定的抑制作用。该传感器结构通过将正照结构中器件层与金属层整体翻转，把原本阻碍光路的金属布线层挪至光路另一侧，可大幅降低金属布线层对光子的衍射与串扰，性能的改善使得背照式像素日益成为图像传感器中的主流像素结构。

但背照式CMOS图像传感器的发展受到诸多因素的限制。当光子由背面射入硅体后，不同波长的光子会在不同深度产生相应的载流子，波长较长的红光入射较深，其产生的光生电子较N埋层的耗尽区较近，则容易被电场收集；波长较短的蓝光入射深度较浅，其产生的光电子离N埋层耗尽区电场较远，大部分电子会依靠扩散运动向耗尽区漂移，最终进入正确的感光元件内，但是还会有一部分电子以扩散电流的方式从衬底深处进入邻近像素，构成串扰。在背照式像素内，由于光路改变造成光生电子在中性区内的扩散路径拉长，导致PN结耗尽区电场对光生电子的吸引力减弱，同时背照式像素间的距离更小，更加容易形成电学串扰。

目前针对像素之间的电学串扰优化方案，主要包括保护环技术、深P阱技术、浅沟槽隔离技术与深沟槽隔离，技术等。保护环主要利用环体与衬底掺杂浓度的差异，产生由内向外的内建电场，从而限制光生电子的横向扩散运动，但采用保护环电极将影响像素的填充因子。

沟槽隔离技术用二氧化硅对器件有源区进行沟槽隔离，可防止邻近像素间的电学串扰。以上方案虽然成熟，但形成的结构都是在像素器件层正面进行隔离，仅适合载流子激发较浅的传统正照式像素。在许多背照式像素中，感光元件的电荷收集区域距离光子入射的背面都存在较远的距离，若仍采用上述沟槽隔离技术，将无法起到抑制BSI像素中严重的短波串扰问题。

公开号为CN201210207827的中国发明专利中，公开了一种采用共形掺杂的图像传感器器件，采用沟槽隔离结构，该沟槽隔离结构从衬底正面设置于位于衬底中的第一像素与第二像素之间，但是该发明没有从衬底的背面设置沟槽隔离结构，无法降低像素之间的串扰，发挥最佳性能。

动态范围定义为最大非饱和输入信号与最小可测输入信号的比值。背照式CMOS图像传感器的光线由背面射入，避免了电极对光线的阻挡，可以获得很高的量子效率，最小可测输入信号低，在微弱光下也能有很好的响应，但是容易由于动态范围不足而导致最大非饱和输入信号不高，无法发挥出背照式CMOS图像传感器的最佳性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种CMOS图像传感器像素电路及其控制方法，以解决现有技术中存在的缺少背部沟槽设计，造成像素之间串扰高，且需要片上增加设置存储器，增加硬件消耗的问题。

为达上述目的，本发明提供一种CMOS图像传感器像素电路，所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器，包括：一衬底，所述衬底包括正面和背面；及多个设置于所述衬底正面的像素，所述CMOS图像传感器还包括：

一背部沟槽隔离结构，从所述衬底背面插入设置于每个所述像素之间，用于将入射光中的扩散电子反弹回所述像素内进行收集，以减弱所述像素之间的串扰，所述背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋所述沟槽的隔离阱；

多次曝光信号反馈组合电路：电连接于所述像素及一模数转换电路之间，用于对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展所述图像传感器的动态范围。

上述CMOS图像传感器像素电路，还包括：

一传输管，连接于所述像素中的一感光元件；

一浮置扩散放大器，连接于所述传输管；

一复位管，连接于所述浮置扩散放大器及所述多次曝光信号反馈组合电路；

一行选择管，连接于所述多次曝光信号反馈组合电路及所述模数转换电路。

上述CMOS图像传感器像素电路，所述多次曝光信号反馈组合电路还包括：

一写入管，连接于所述浮置扩散放大器；

一读出管，连接于所述复位管；

一反馈电容，连接于所述写入管及所述读出管；

一存储电容，连接于所述写入管。

上述CMOS图像传感器像素电路，所述多次曝光信号反馈组合电路通过所述写入管的闭合将电荷积累到所述反馈电容和所述存储电容，通过所述读出管的闭合进行所述反馈电容的复位和所述存储电容的反馈。

上述CMOS图像传感器像素电路，所述反馈电容与所述辅助扩散放大器的电容值相等。

上述CMOS图像传感器像素电路，所述隔离阱的高度为3至4μm。

本发明还提供一种CMOS图像传感器像素电路控制方法，采用如上述包含一背部沟槽隔离结构及一多次曝光信号反馈组合电路的CMOS图像传感器像素电路，所述背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋所述沟槽的隔离阱，所述控制方法包括：

背部沟槽隔离步骤：通过所述背部沟槽隔离结构，将入射光中的扩散电子反弹回所述像素内进行收集，以减弱所述像素之间的串扰；

多次曝光信号反馈组合步骤：通过所述多次曝光信号反馈组合电路，对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展所述图像传感器的动态范围。

上述CMOS图像传感器像素电路控制方法，所述多次曝光信号反馈组合步骤，包括：

第一次曝光步骤：断开所述传输管，进行第一次曝光，所述感光元件通过光电转换积蓄电荷，第一次曝光结束后，所述复位管和所述读出管闭合，将所述反馈电容和所述浮置扩散放大器进行复位，并将所述积蓄电荷传输到所述反馈电容中进行存储；

多次曝光步骤：再次断开所述传输管，进行第n次曝光，所述感光元件通过光电转换积蓄电荷，所述第n次曝光结束后，第n-1次曝光产生的电荷与所述第n次曝光产生的电荷进行组合，得到多次曝光信号反馈组合的电压信号，所述n为大于1的正整数；

信号输出步骤：闭合所述行选择管，将所述多次曝光信号反馈组合的电压信号输出到所述模数转换电路。

上述CMOS图像传感器像素电路控制方法，所述第n次曝光的时间大于所述第n-1次曝光的时间。

上述CMOS图像传感器像素电路控制方法，所述多次曝光信号反馈组合步骤根据如下公式进行宽动态处理，所述公式为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{RST}}-\frac{{(1/2)}^{n-1}{q}_{\mathrm{SIG}1}+{(1/2)}^{n-2}{q}_{\mathrm{SIG}2}+\·\·\·+q_{\mathrm{SIGn}}}{C_{\mathrm{FD}}}-V_T$

其中：V_out为输出电压信号；V_RST为复位电压信号；n为曝光次数；q_SIG1为第一次曝光产生的电荷量；q_SIG2为第二次曝光产生的电荷量；q_SIGn为第n次曝光产生的电荷量；C_FD为存储电容电容值；V_T为浮置扩散放大器的阈值电压损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，有效抑制短波串扰的同时提升相应波长的量子效率，提升图像传感器的动态范围：

(1)本发明采用P+隔离阱包埋的背面沟槽隔离区域插入主像素和从像素之间，光电效应产生的电子在向其他像素的感光元件扩散过程中将受到背面沟槽隔离的阻挡，被P+隔离阱的高势垒反弹回像素感光元件内，成为信号电荷被正常收集，从而减弱像素之间的串扰，改善了相应波长的量子效率；

(2)本发明采用了多次曝光信号反馈组合技术，在像素内部增加额外的存储电容和反馈电容，通过对像素电路的操作，将多次的曝光信号在像素内部按照一定方式组合起来，提高了背照式CMOS图像传感器的动态范围，使得背照式CMOS图像传感器能够充分发挥其量子效率高的特点。这是在像素内部，信号读出之前就进行了多次曝光信号的组合，不需要片上格外的存储器存储多次曝光的图像信息并综合成宽动态范围图像，减少了硬件的消耗。

附图说明

图1为本发明CMOS图像传感器像素电路结构示意图；

图2为本发明电子在背面沟槽隔离的感光元件中的运动过程示意图；

图3为本发明多次曝光信号反馈组合电路示意图；

图4为本发明电路控制方法流程示意图。

其中，附图标记：

1衬底

11衬底正面12衬底背面

2背部沟槽隔离结构

沟槽21隔离阱22

3多次曝光信号反馈组合电路4模数转换电路

5传输管6浮置扩散放大器

7复位管8行选择管

9外延层10电子

13感光元件

31写入管32读出管

33反馈电容34存储电容

S1～S2：本发明各实施例的施行步骤

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明通过开展小尺寸工艺下背照式图像传感器的抗串扰研究，提出了一种采用背面沟槽隔离的方法降低背照式CMOS图像传感器的串扰。该结构已经在全波段下对像素之间的串扰产生了有效抑制，其中红光的串扰下降了8.2％，而蓝光的串扰下降达到了13.3％。由此可见背面沟槽隔离结构对短波串扰起到了非常明显的抑制作用；另一方面，背面沟槽隔离结构的使用不仅达到了短波串扰抑制的效果，同时还改善了相应波长的量子效率。

同时，本发明还采用了多次曝光信号反馈组合技术，在像素内部增加额外的存储电容和反馈电容，通过对像素电路的操作，将多次的曝光信号在像素内部按照一定方式组合起来，实现宽的动态范围。这是在像素内部，信号读出之前就进行了多次曝光信号的组合，不需要片上格外的存储器存储多次曝光的图像信息并综合成宽动态范围图像，减少了硬件的消耗。实验表明，将CMOS图像传感器的动态范围提升到了140dB，使得背照式CMOS图像传感器能够发挥出其最佳性能。

图1为本发明CMOS图像传感器像素电路结构示意图，如图1所示，该CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器，包括：一衬底1，一外延层9，一背部沟槽隔离结构2，一多次曝光信号反馈组合电路3。

衬底1包括正面11和背面12；多个像素设置于衬底1正面；背部沟槽隔离结构2从衬底1背面插入设置于每个像素之间，用于将入射光中的扩散电子反弹回像素内进行收集，以减弱像素之间的串扰，多次曝光信号反馈组合电路3电连接于像素及一模数转换电路4之间，用于对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展图像传感器的动态范围。其中，背部沟槽隔离结构2包括：一沟槽21和一包埋沟槽21的隔离阱22；

进一步的，该CMOS图像传感器像素电路，还包括：一传输管5，一浮置扩散放大器6，一复位管7，及一行选择管8；

传输管5连接于像素中的一感光元件13；浮置扩散放大器6连接于传输管5；复位管7连接于浮置扩散放大器6及多次曝光信号反馈组合电路3；行选择管8连接于多次曝光信号反馈组合电路3及模数转换电路4。

其中，图3为本发明多次曝光信号反馈组合电路示意图，如图3所示，多次曝光信号反馈组合电路3还包括：一写入管31，一读出管32，一反馈电容33及一存储电容34；写入管31连接于浮置扩散放大器6；读出管32连接于复位管7；反馈电容33连接于写入管31及读出管32；存储电容34连接于写入管31。

感光元件13与传输管5的一端相连，传输管5的另一端与浮置扩散放大器6相连，浮置扩散放大器6的一端连接复位管7，另一端连接多次曝光信号反馈组合电路3，同时多次曝光信号反馈组合电路3与复位管7和行选择管8进行连接，行选择管8的另一端与后端的模数转换电路4进行连接，模数转换电路4完成对输出信号的检测、采集和处理，并对信号进行输出；

该像素中的感光元件13通过曝光进行光电转换积蓄电荷，曝光结束后，复位管7和读出管32闭合，将反馈电容33的上极板和浮置扩散放大器6复位；随后，传输管5闭合，光电管中的光生电荷通过传输管5传输到浮置扩散放大器6后传输到反馈电容33处进行存储；然后传输管5断开，进行第二次曝光，第二次曝光时间较第一次曝光时间有所增长，感光元件13通过光电转换积蓄电荷，复位管7与浮置扩散放大器6保持连接，与反馈电容33断开；第二次曝光结束后，传输管5和读出管32闭合，第一次曝光产生的电荷与第二次曝光产生的电荷进行组合；重复第二次曝光的过程进行多次曝光，每次曝光时间之间有所增长，将多次曝光产生的电荷进行组合，最终输出多次曝光信号反馈组合的电压信号。

感光元件13采用了背面沟槽隔离的设计，本发明实施例优选但不限于采用P+隔离阱将沟槽进行包埋，根据实际应用需要，本发明实施例优选但不限于高度可设定为3～4μm。

其中，多次曝光信号反馈组合电路3通过写入管31的闭合将电荷积累到反馈电容33和存储电容34，通过读出管32的闭合进行反馈电容33的复位和存储电容34的反馈。反馈电容33与浮置扩散放大器6的电容值相等。

多次曝光信号反馈组合电路3通过写入管31的闭合将电荷积累到反馈电容33和存储电容34，通过读出管32的闭合进行反馈电容33的复位和存储电荷34的反馈。

在本发明的实施例中，本发明公开了一种低串扰宽动态背照式CMOS图像传感器像素电路及其控制方法，该电路包括：背面沟槽隔离区域、感光元件13、传输管、复位管、浮置扩散放大器、行选择管、多次曝光信号反馈组合电路；通过背面沟槽隔离区域的设计，可在全波段下对背照式CMOS图像传感器像素之间的串扰产生了有效抑制，其中红光的串扰下降了8.2％，而蓝光的串扰下降达到了13.3％。同时，由于串扰的电荷转换为了正常的信号电荷被吸收，相应波长的量子效率也得到了提高。通过多次曝光信号反馈组合电路的设计，在背照式CMOS图像传感器像素内部增加额外的存储电容和反馈电容，在像素内部，信号读出之前进行多次曝光信号的组合，不需要片上格外的存储器存储多次曝光的图像信息并综合成宽动态范围图像，在提升减少了硬件的消耗的同时提高了背照式CMOS图像传感器的动态范围，使得背照式CMOS图像传感器能够充分发挥其量子效率高的特点。

本发明实施例中，背面沟槽隔离结构2从背面插入像素之间，本发明优选但不限于采用P+隔离阱将沟槽进行包埋；根据实际应用场景，背面沟槽隔离结构的高度优选但不限于可设定为3～4μm，设定为3μm时能够有显著的防串扰效果，设定为4μm时，附近像素串扰抑制效果能达到99.8％以上。

本发明实施例中，入射的光子从像素背面通过窗口射入，一部分电子可被像素感光元件13正常收集，另一部分电子在向其他像素的感光元件13扩散过程中受到所述背面沟槽隔离的阻挡，被P+隔离阱的高势垒反弹回像素感光元件13内，成为信号电荷被正常收集，从而减弱像素之间的串扰，提升了相应波长的量子效率；

低串扰宽动态背照式CMOS图像传感器像素电路，其中，多次曝光信号反馈组合电路以如下方式进行多次曝光信号反馈组合处理：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{RST}}-\frac{{(1/2)}^{n-1}{q}_{\mathrm{SIG}1}+{(1/2)}^{n-2}{q}_{\mathrm{SIG}2}+\·\·\·+q_{\mathrm{SIGn}}}{C_{\mathrm{FD}}}-V_T$

其中：

V_out为输出电压信号；

V_RST为复位电压信号；

n为曝光次数；

q_SIG1为第一次曝光产生的电荷量；

q_SIG2为第二次曝光产生的电荷量；

q_SIGn为第n次曝光产生的电荷量；

C_FD为存储电容电容值；

V_T为浮置扩散放大器的阈值电压损失。

电子10在带有背面沟槽隔离的感光元件13中的运动过程如图2所示。光线从传感器背面射入，感光元件13接受光照之后由于光电效应生成电子10，由于背照式图像传感器中电子在中性区内的扩散路径更长，导致PN结耗尽区电场对电子10的吸引力减弱，电子10可能通过横向或斜向漂移进入其他像素的电子10通过在扩散过程中受到背面沟槽隔离的阻挡，被P+隔离阱的高势垒反弹回正确的像素内，成为信号电荷被正常收集，从而达到低串扰的目的。波长较长的光线入射较深，其产生的光生电子较N埋层的耗尽区较近，则容易被电场收集；波长较短的光线入射深度较浅，其产生的光电子离N埋层耗尽区电场较远，电子10更容易以扩散电流的方式从衬底深处进入邻近像素；采用背面沟槽隔离技术对于降低短波串扰有明显的效果。

图4为本发明电路控制方法流程示意图，基于上述CMOS图像传感器像素电路，本发明还提供一种电路控制方法，包括：

背部沟槽隔离步骤S1：通过背部沟槽隔离结构2，将入射光中的扩散电子反弹回像素内进行收集，以减弱像素之间的串扰；

多次曝光信号反馈组合步骤S2：通过多次曝光信号反馈组合电路3，对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展图像传感器的动态范围。

其中，多次曝光信号反馈组合步骤S2，包括：

第一次曝光步骤S21：断开传输管5，进行第一次曝光，感光元件13通过光电转换积蓄电荷，第一次曝光结束后，复位管7和读出管32闭合，将反馈电容33和浮置扩散放大器6进行复位，并将积蓄电荷传输到反馈电容33中进行存储；

多次曝光步骤S22：再次断开传输管5，进行第n次曝光，感光元件13通过光电转换积蓄电荷，所述第n次曝光结束后，第n-1次曝光产生的电荷与第n次曝光产生的电荷进行组合，得到多次曝光信号反馈组合的电压信号，n为大于1的正整数；

信号输出步骤S23：闭合行选择管8，将多次曝光信号反馈组合的电压信号输出到模数转换电路4。

其中，第n次曝光的时间大于第n-1次曝光的时间。

结合图3及图4所示，本发明具体实施例优选但不限于以三次曝光信号组合为例，本发明还提供一种低串扰宽动态背照式CMOS图像传感器像素电路的控制方法，包括：

步骤一，传输管断开，先进行第一次曝光，感光元件13通过光电转换积蓄电荷；

步骤二，第一次曝光结束后，复位管和读出管闭合，将反馈电容的上极板和浮置扩散放大器复位；

步骤三，传输管闭合，光电管中的光生电荷通过传输管传输到浮置扩散放大器后传输到反馈电容处进行存储；

步骤四，传输管断开，进行第二次曝光，第二次曝光时间较第一次曝光时间有所增长，感光元件13通过光电转换积蓄电荷，复位管与浮置扩散放大器保持连接，与反馈电容断开；

步骤五，第二次曝光结束后，传输管和读出管闭合，第一次曝光产生的电荷与第二次曝光产生的电荷进行组合；

步骤六，重复步骤四和步骤五，第三次曝光时间较第二次曝光时间有所增长，将三次曝光产生的电荷进行组合，最终输出多次曝光信号反馈组合的电压信号。

以下通过一具体场景中的具体实施例对本发明电路控制方法进行详细描述：

本发明具体实施例优选但不限于以三次曝光信号组合为例，多次曝光信号反馈组合电路通过如上电路完成的具体电路控制过程如下：

步骤一，在第一次曝光过程中，首先电子快门打开，传输管11断开，感光元件1310感应到光线的照射产生光电效应生成电子，产生的电子存储在感光元件1310的势阱中，第一次曝光得到电荷为q_SIG1。

步骤二，复位管12、写入管14和读出管15闭合，对浮置扩散放大器13和反馈电容16进行复位，浮置扩散放大器13和反馈电容16上极板一端的电压为复位电压V_RST，在复位过程中，由于浮置扩散放大器13的阈值电压损失V_T，反馈电容16下极板的电压为V_RST-V_T，两极板电压差保持恒定为V_T。

步骤三，传输管11闭合，读出管15断开，感光元件13中生成的电荷传输到浮置扩散放大器13转换成V_SIG1，经过浮置扩散放大器13在反馈电容下极板的电压变为V_SIG1-V_T，为了保持电容两端的电压差不变，反馈电容16上极板的电压变为V_SIG1，在反馈电容上存储了第一次曝光信号电荷q_SIG1。

步骤四，断开传输管11、写入管14和读出管15进行第二次曝光，第二次曝光时间较第一次更长，在第二次曝光中得到的电荷为q_SIG2，为了防止过量的电荷越过传输管的势垒流入到浮置扩散放大器13中改变浮置扩散放大器13的电压，在第二次曝光过程中保持复位管12的闭合，将浮置扩散放大器13的电压稳定在V_RST。

步骤五，曝光结束后复位管12断开，读出管14闭合，存储在反馈电容16上的第一次曝光信号电荷q_SIG1部分转移到浮置扩散放大器处，由于反馈电容16与浮置扩散放大器13的电容值相等，所以浮置扩散放大器13存储的电荷量为q_SIG1/2。闭合传输管11，将第二次曝光信号得到的电荷流入浮置扩散放大器13，两次曝光得到的信号在浮置扩散放大器13处进行了组合，得到电荷总量为(q_SIG2+q_SIG1/2)。

步骤六，重复上述操作，进行第三次曝光，第三次曝光时间较第二次曝光更长，获得的电荷量为q_SIG3，浮置扩散放大器13处得到电荷总量为：

$q_{\mathrm{SIG}3}+\frac{(q_{\mathrm{SIG}2}+q_{\mathrm{SIG}1}/2)}{2}$

步骤七，打开行选择管，最后输出的电压信号为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{SIG}3}-V_T=V_{\mathrm{RST}}-\frac{{(1/2)}^2{q}_{\mathrm{SIG}1}+(1/2)q_{\mathrm{SIG}2}+q_{\mathrm{SIG}3}}{C_{\mathrm{FD}}}-V_T$

综上所述，本发明提供了一种低串扰宽动态背照式CMOS图像传感器像素电路及其控制方法，感光元件13接受光照产生电子，通过背面沟槽隔离的方式减少因电子扩散产生的串扰；在多次不同时间的曝光过程中，电荷在多次曝光信号反馈组合电路中进行累积和输出，扩展了图像传感器的动态范围。本发明实现了低串扰宽动态背照式CMOS图像传感器像素。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种CMOS图像传感器像素电路，所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器，包括：一衬底，所述衬底包括正面和背面；及多个设置于所述衬底正面的像素，其特征在于，所述CMOS图像传感器还包括：

一背部沟槽隔离结构，从所述衬底背面插入设置于每个所述像素之间，用于将入射光中的扩散电子反弹回所述像素内进行收集，以减弱所述像素之间的串扰，所述背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋所述沟槽的隔离阱；

多次曝光信号反馈组合电路：电连接于所述像素及一模数转换电路之间，用于对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展所述图像传感器的动态范围。

2.根据权利要求1所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，还包括：

一传输管，连接于所述像素中的一感光元件；

一浮置扩散放大器，连接于所述传输管；

一复位管，连接于所述浮置扩散放大器及所述多次曝光信号反馈组合电路；

一行选择管，连接于所述多次曝光信号反馈组合电路及所述模数转换电路。

3.根据权利要求2所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，所述多次曝光信号反馈组合电路还包括：

一写入管，连接于所述浮置扩散放大器；

一读出管，连接于所述复位管；

一反馈电容，连接于所述写入管及所述读出管；

一存储电容，连接于所述写入管。

4.根据权利要求3所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，所述多次曝光信号反馈组合电路通过所述写入管的闭合将电荷积累到所述反馈电容和所述存储电容，通过所述读出管的闭合进行所述反馈电容的复位和所述存储电容的反馈。

5.根据权利要求3所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，所述反馈电容与所述浮置扩散放大器的电容值相等。

6.根据权利要求1所述CMOS图像传感器像素电路，其特征在于，所述隔离阱的高度为3至4μm。

7.一种CMOS图像传感器像素电路控制方法，采用如权利要求1-6中所述包含一背部沟槽隔离结构及一多次曝光信号反馈组合电路的CMOS图像传感器像素电路，所述背部沟槽隔离结构包括：一沟槽和一包埋所述沟槽的隔离阱，其特征在于，所述控制方法包括：

背部沟槽隔离步骤：通过所述背部沟槽隔离结构，将入射光中的扩散电子反弹回所述像素内进行收集，以减弱所述像素之间的串扰；

多次曝光信号反馈组合步骤：通过所述多次曝光信号反馈组合电路，对多次曝光产生的电荷进行累积，扩展所述图像传感器的动态范围。

8.根据权利要求7所述CMOS图像传感器像素电路控制方法，其特征在于，所述多次曝光信号反馈组合步骤，包括：

第一次曝光步骤：断开所述传输管，进行第一次曝光，所述感光元件通过光电转换积蓄电荷，第一次曝光结束后，所述复位管和所述读出管闭合，将所述反馈电容和所述浮置扩散放大器进行复位，并将所述积蓄电荷传输到所述反馈电容中进行存储；

多次曝光步骤：再次断开所述传输管，进行第n次曝光，所述感光元件通过光电转换积蓄电荷，所述第n次曝光结束后，第n-1次曝光产生的电荷与所述第n次曝光产生的电荷进行组合，得到多次曝光信号反馈组合的电压信号，所述n为大于1的正整数；

信号输出步骤：闭合所述行选择管，将所述多次曝光信号反馈组合的电压信号输出到所述模数转换电路。

9.根据权利要求8所述CMOS图像传感器像素电路控制方法，其特征在于，所述第n次曝光的时间大于所述第n-1次曝光的时间。

10.根据权利要求8所述CMOS图像传感器像素电路控制方法，其特征在于，所述多次曝光信号反馈组合步骤根据如下公式进行宽动态处理，所述公式为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{RST}}-\frac{{(1/2)}^{n-1}{q}_{\mathrm{SIG}1}+{(1/2)}^{n-2}{q}_{\mathrm{SIG}2}+...+q_{\mathrm{SIGn}}}{C_{\mathrm{FD}}}-V_T$

其中：V_out为输出电压信号；V_RST为复位电压信号；n为曝光次数；q_SIG1为第一次曝光产生的电荷量；q_SIG2为第二次曝光产生的电荷量；q_SIGn为第n次曝光产生的电荷量；C_FD为存储电容电容值；V_T为浮置扩散放大器的阈值电压损失。