CN108337457B - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种图像传感器。图像传感器包括像素阵列、传输栅极驱动器和补偿模块，所述像素阵列包括第一和第二像素，第一和第二像素接收相同传输栅极信号且分别输出第一和第二信号电压，所述传输栅极驱动器接收第一和第二电压且产生传输栅极信号，传输栅极信号具有作为其最大电压的第一电压和具有作为其最小电压的第二电压，补偿模块检测第二电压的变化，基于第二电压的变化产生补偿电压，且执行补偿操作。

Description

图像传感器
交叉引用
本申请要求2017年1月18日提交的韩国临时专利申请No.10-2017-0008770、2017年12月26日提交的韩国非临时专利申请No.10-2017-0179262的优先权以及根据35U.S.C.§119产生的所有权益，其公开内容通过引用全部并入本文。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及图像传感器。
2.背景技术
图像传感器是将光学图像转换为电信号的一类装置。图像传感器可分为电荷藕合装置(CCD)类型和互补金属氧化物半导体(CMOS)类型。CMOS图像传感器(缩写为CIS)包括二维布置的多个像素。每一个像素包括光电二极管(PD)。PD将入射光转换为电信号。
随着计算机产业和通信产业近年来的发展，在各个领域(例如数码相机领域、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏装置、监视相机、医用微型相机和机器人领域)对改善性能的图像传感器的要求均有增加。此外，因为半导体装置是高度集成的，所以图像传感器也是高度集成的。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种图像传感器，其能通过消除带噪声(band noise)现象改善其操作特性。
然而，本发明的示例性实施例并不限于本文所述的那些。通过参考下文给出的属于本发明的详细描述，本领域技术人员可以更好地理解本发明的上述和其他示例性实施例。
根据本发明的示例性实施例，提供一种图像传感器，包括：具有第一和第二像素的像素阵列，第一和第二像素接收相同的传输栅极(transfer gate)信号且分别输出第一和第二信号电压；传输栅极驱动器，其接收第一和第二电压且产生传输栅极信号，传输栅极信号具有作为其最大电压的第一电压且具有作为其最小电压的第二电压；和补偿模块，其检测第二电压的变化，并基于第二电压的变化产生补偿电压，且执行补偿操作。
根据本发明的上述和其他示例性实施例，提供一种图像传感器，包括：具有属于同一行的第一和第二像素的像素阵列，第一和第二像素分别输出第一和第二信号电压；偏压电路，其连接到像素阵列且感应(induce)出第一和第二信号电压；传输栅极驱动器，其基于第一和第二电压产生传输栅极信号，并将传输栅极信号提供到第一和第二像素，传输栅极信号具有作为其最大电压的第一电压且具有作为其最小电压的第二电压；斜坡电压(rampvoltage)产生模块，其产生斜坡电压；补偿模块，其根据第二电压的变化产生补偿电压且执行补偿操作；和输出模块，其基于斜坡电压和第一信号电压产生第一数字数码，并基于斜坡电压和第二信号电压产生第二数字数码。
根据本发明的上述和其他示例性实施例，提供一种图像传感器，包括：光电元件，其通过吸收入射光而在其中聚集电荷；传输晶体管，其根据传输栅极信号而将电荷传输到浮动扩散区域；源极跟随器，其将浮动扩散区域的电压作为信号电压输出；传输栅极驱动器，其将传输栅极信号施加到传输晶体管；补偿模块，其通过检测传输栅极信号的变化而产生补偿电压，且使用补偿电压执行补偿操作；和输出模块，其将斜坡电压和信号电压进行比较且输出数字数码。
从以下的详细描述、附图、和权利要求可以理解其他特征和示例性实施例。
附图说明
通过参考所附附图详细描述示例性实施例可以更好理解本发明的上述和其他示例性实施例和特征，其中：
图1是根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的框图；
图2是图1示出的像素阵列的等效电路图；
图3是用于解释带噪声现象的图2的像素阵列的平面图；
图4是用于解释图3的像素阵列的内部结构的等效电路图；
图5是显示了图1的图像传感器结构的部分等效电路图；
图6是显示了图5的图像传感器的结构的部分原理图；
图7是显示了图5示出的反转(invert)放大器的等效电路图；
图8是显示了图5和7的图像传感器的操作的时间图；
图9是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的结构的部分等效电路图；
图10是显示了图9的图像传感器的示例性采样电路的等效电路图。
图11是显示了图9的图像传感器的另一示例性采样电路的等效电路图。
图12是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的结构的部分等效电路图；
图13是显示了图12的图像传感器的示例性斜坡电压产生模块和补偿模块的部分等效电路图；
图14是显示了图12的图像传感器的另一示例性斜坡电压产生模块和另一补偿模块的部分等效电路图；
图15是显示了图12的图像传感器的另一示例性斜坡电压产生模块和另一补偿模块的部分等效电路图；
图16是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的结构的部分等效电路图；以及
图17是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的结构的部分等效电路图。
具体实施方式
在附随附图中，相同的附图标记指示相同元件，但是用于第一到第四P型金属氧化物半导体(PMOS)、第一和第二N型金属氧化物半导体(NMOS)、和第一和第二偏压NMOS可以不必代表附随附图中的相同元件。
下文参考图1到图8描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器。
图1是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的框图，且图2是显示了图1示出的像素阵列的等效电路图。图3是用于解释带噪声现象的图2的像素阵列的平面图，且图4是用于解释图3的像素阵列的内部结构的等效电路图。图5是显示了图1的图像传感器的部分等效电路图，且图6是显示了图5的图像传感器的结构的部分原理图。图7是显示了图5示出的反转放大器的等效电路图，且图8是显示了图5和7的图像传感器的操作的时间图。
参见图1，根据本发明一些示例性实施例的图像传感器包括像素阵列10(其中包括光电元件的像素二维布置)、正时发生器(timing generator)20、行解码器30、行驱动器40、第一补偿模块1000、输出模块50、锁存模块(latch module)70、和列解码器80。
像素阵列10包括二维布置的多个单元像素。每一个单元像素将光学图像转换为电输出信号。通过接收多个驱动信号(例如行选择信号、重置信号、和来自行驱动器40的电荷传输信号)来驱动像素阵列10。像素阵列10的电输出信号被提供到输出模块50。
正时发生器20为行解码器30和列解码器80提供正时信号和控制信号。
行驱动器40根据通过行解码器30执行的解码结果将用于驱动单元像素的多个驱动信号提供至像素阵列10。在单元像素以行和列的矩阵布置的情况下，行驱动器40为矩阵的每一行提供驱动信号。
第一补偿模块1000可以执行用于防止带噪声(band noise)的产生的补偿操作。具体地，第一补偿模块1000可以针对像素阵列10的输出信号进行补偿。第一补偿模块1000可以产生补偿电压，并且可以通过将补偿电压加到像素阵列10的输出信号，或从斜波信号减去该补偿电压而防止带噪声的产生，且这将在后文描述。
输出模块50从第一补偿模块1000经由竖直信号线接收补偿输出信号，并对接收到的信号进行采样和保持。具体地，输出模块50对特定噪声电平和信号电平(包括因补偿输出信号造成的噪声电平)进行双采样(double-sample)，并将对应于特定噪声电平和信号电平之间的差的纯信号电平输出。输出模块50将对应于特定噪声电平和信号电平之间的差的模拟信号转换为数字数码信号。数字数码信号可以是对应于施加到每一个单元像素的光亮度的信号。
锁存模块70将数字数码信号锁存，并且，经锁存的信号后续根据通过列解码器80执行的解码结果被继续地输出到图像信号处理模块。
参见图2，像素P被布置为矩阵形式，且由此形成像素阵列10。每一个像素P包括光电元件PD、浮动扩散区域FD、电荷传输晶体管TX、驱动晶体管DX、重置晶体管RX、和选择晶体管SX。以像素P的第i行为例，即像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、P(i，j+3)、…，在下文描述光电元件PD、浮动扩散区域FD、电荷传输晶体管TX、驱动晶体管DX、重置晶体管RX和选择晶体管SX的功能。
光电元件PD吸收入射光且聚集与所吸收的光量对应的电荷。光电二极管、光敏晶体管、光门(photo-gate)、pin光电二极管、或其组合可以用作光电元件PD。光电元件PD在图2中被显示为光电二极管。
光电元件PD耦合到电荷传输晶体管TX，其将光电元件PD中聚集的电荷传输到浮动扩散区域FD。因为浮动扩散区域FD具有寄生电容(parasitic capacitance)，使用浮动扩散区域FD可聚集地在其中存储电荷。
驱动晶体管DX(其是示例性的源极跟随器)将接收光电元件PD中聚集的电荷的浮动扩散区域FD的电势变化转换为电压，且将该电压输出到输出线Vp(j)、Vp(j+1)、Vp(j+2)、或Vp(j+3)。
重置晶体管Rx周期性地重置浮动扩散区域FD。重置晶体管RX可以包括被通过重置线RG(i)提供的偏压(即重置信号)驱动的单个MOS晶体管。响应于通过重置线RG(i)提供的偏压而被接通的重置晶体管RX，提供到重置晶体管RX漏极的预定电势(例如电源电压VDD)被传输到浮动扩散区域FD。
选择晶体管SX选择要被读取的像素P的行。选择晶体管SX可以包括被通过行选择线SEL(i)提供的偏压驱动的单个MOS晶体管(即行选择信号)。响应于通过行选择线SEL(i)提供的偏压而接通的选择晶体管SX，提供到选择晶体管SX的漏极的预定电势(例如电源电压VDD)被传输到驱动晶体管DX的漏极。
输电线TG(i)(其将偏压施加到电荷传输晶体管TX)、重置线RG(i)(其将偏压施加到重置晶体管RX)和行选择线SEL(i)(其将偏压施加到选择晶体管SX)可以沿行的方向大致彼此平行地延伸。
参考图3和图4在下文描述带噪声现象。因为在像素阵列10中，每一行像素P共用相同的输电线，例如输电线TG(i)，所以会产生带噪声，且采用图3和4的像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、和P(i，j+3)的例子，在下文对其描述。像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、和P(i，j+3)全都属于第i行。
具体地，暗光可以施加到像素P(i，j)和P(i，j+1)，且亮光WL可以施加到像素P(i，j+2)和P(i，j+3)。亮光WL可以在被图1的图像传感器感测并输出的信号中具有最高单位的照度(illuminance)。即，图1的图像传感器可以使得特定照度或更高照度的光饱和并输出到最大单位，且施加到像素P(i，j+2)、P(i，j+3)的亮光WL可以是通过图1的图像传感器而饱和的光，以具有最大单位照度。
基本上，像素阵列10的像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、和P(i，j+3)不具有相同性能。由此，响应于重置电压输出期间被接通的输电线TG(i)的栅极信号，信号电压Vp(j)、Vp(j+1)、Vp(j+2)、和Vp(j+3)可以被输出，以便执行相关双采样(CDS)，其消除了通过像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、和P(i，j+3)每一个造成的噪声。
因为施加到像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、和P(i，j+3)光越亮，则聚集在像素P(i，j)、P(i，j+1)、P(i，j+2)、和P(i，j+3)每一个的光电元件PD中的电荷量越大，所以信号电压Vp(j)、Vp(j+1)、Vp(j+2)、和Vp(j+3)会变得比重置电压低得多。由此，会在更亮的光WL所施加的像素P(i，j+2)和P(i，j+3)的信号电压Vp(j+2)和Vp(j+3)中发生与第一间隔d1一样多的电压降。
第一寄生电容Cp1可以存在于亮光WL所施加的像素P(i，j+2)和P(i，j+3)的输出端子和输电线TG(i)之间，且第二寄生电容Cp2可以存在于浮动扩散区域FD和输电线TG(i)之间。因而，随着每一个像素P(i，j+2)和P(i，j+3)的浮动扩散区域FD和输出端子中发生电压降，输电线TG(i)的电压会变得更低。
随输电线TG(i)的电压变得更低，暗光所施加的像素P(i，j)和P(i，j+1)的信号电压Vp(j)和Vp(j+1)也会变得更低，且作为结果，会发生暗区呈现明亮带状的带噪声现象，如图3所示。
参见图5和图6，图1的图像传感器可以包括像素阵列10、传输栅极驱动器42、偏压电路200、第一补偿模块1000、斜坡电压产生模块300和输出模块50。
如上所述，参见图5，像素阵列10可以具有以行列布置的像素阵列。像素阵列10可以包括被施加暗光的暗像素P_dark，和被施加亮光的亮像素P_bright。暗像素P_dark和亮像素P_bright可以位于像素阵列10的同一行中。为了方便，假定足够造成带噪声的亮光被施加到亮像素P_bright。
暗像素P_dark可以输出暗信号电压Vp_dark，且亮像素P_bright可以输出亮信号电压Vp_bright。
行驱动器40可以包括传输栅极驱动器42。传输栅极驱动器42可以产生传输栅极信号TG。传输栅极信号TG可以与施加到图2和4的输电线TG(i)的信号相同。
使用第一和第二电压Vptg和Vntg，传输栅极驱动器42可以产生传输栅极信号TG。即，最大电平的传输栅极信号TG可以是第一电压Vptg，且最小电平的传输栅极信号TG可以是第二电压Vntg。
在第一补偿模块1000未执行补偿操作时，会在第一亮信号电压Vp_bright1中发生与第一间隔d1一样大的电压降，其是亮像素P_bright的输出电压，这是因为亮光施加到亮像素P_bright。结果，第二电压Vntg会略微变得更低。具体地，第二电压Vntg会变得更低，与第二间隔d2一样。第二间隔d2可以小于第一间隔d1，因为第二间隔d2通过第一和第二寄生电容Cp1和Cp2产生。
因为在第一补偿模块1000未操作补偿操作时第二间隔d2会减小，第一暗信号电压Vp_dark1(其是暗像素P_dark的输出电压)会变得更低。
偏压电路200可以引起像素阵列10的每一个像素的输出电压。即，像素阵列10的每一个像素的输出端子可以包括源极跟随器。由此，通过完成像素阵列10的每一个像素的源极跟随器的配置，偏压电路200可以引起像素阵列10的每一个像素的输出。
偏压电路200可以经由第一PMOS P1、电流源I、和电源电压VDD形成偏置电流，且可以经由镜像电路使得偏置电流镜像，所述镜像电路包括第一偏压PMOS MP1、第一偏压NMOSMN1、第二偏压NMOS MN2、和第一NMOS N1。如在本文使用的，术语“镜像(mirror)”是指允许在一个端部处流动的电流以相同的量或相同的缩放量在另一端部流动。对电流进行镜像的缩放(scaled)量可以通过每一个PMOS/NMOS元件的电流-电压特性来确定。
图5的偏压电路200仅仅是示例性的，且本发明并不限于此。即，图5的图像传感器可采用具有与图5所示不同配置的偏压电路200。
第一补偿模块1000可以检测第二电压Vntg的变化。即，第一补偿模块1000可以检测带噪声现象造成的第二电压Vntg的下降。第一补偿模块1000可以将第二电压Vntg的变化反转(invert)。第一补偿模块1000可以通过将第二电压Vntg的变化反转而产生第一补偿电压Vcomp1。可以通过对第二电压Vntg的变化进行缩放而获得第一补偿电压Vcomp1。
第一补偿电压Vcomp1可以传输到偏压电路200。具体地，第一补偿电压Vcomp1可以传输到偏压电路200的第一偏压PMOS MP1的栅极端子。
第一补偿模块1000可以包括偏压电路200的镜像电路部分。第一补偿模块1000可以传输通过缩放第一补偿电压Vcomp1而获得的补偿电压Vcomp，使得补偿电压Vcomp能被加到暗信号电压Vp_dark和亮信号电压Vp_bright。
具体地，第一补偿电压Vcomp1可以经由第一偏压PMOS MP1和第一偏压NMOS MN1而被缩放为第二补偿电压Vcomp2，且第二补偿电压Vcomp2可以经由第二偏压NMOS MN2和第一NMOS N1而被缩放为补偿电压Vcomp。
参见图5和6，暗像素P_dark和亮像素P_bright可以输出第一暗信号电压Vp_dark1和第一亮信号电压Vp_bright1。第一补偿模块1000可以产生第一补偿电压Vcomp1，且通过缩放第一补偿电压Vcomp1而获得的补偿电压可以加到第一暗信号电压Vp_dark1和第一亮信号电压Vp_bright1。因而，暗像素P_dark的最终输出电压可以变为暗信号电压Vp_dark，且亮像素P_bright的最终输出电压可以变为亮信号电压Vp_bright。
由于带噪声现象，在第一暗信号电压Vp_dark1中会发生意外的电压降，但是通过将补偿电压Vcomp加到第一暗信号电压Vp_dark1可以抵消第一暗信号电压Vp_dark1中的这种电压降。因而，可防止暗像素P_dark中带噪声现象。
另一方面，第一亮信号电压Vp_bright1中的电压降可以通过补偿电压Vcomp而从第一间隔d1减小为第三间隔d3。即，第三间隔d3可以小于第一间隔d1。第三间隔d3可以是通过从第一间隔d1排除补偿电压Vcomp而获得的间隔。
第一亮信号电压Vp_bright1和亮信号电压Vp_bright两者可以在它们被转换成为第二数字数码“code2”(将在下文描述)时，具有最大电平。即，因为照度足够高以造成带噪声的光已经具有饱和输出，所以补偿电压Vcomp的添加不改变或几乎不影响结果。由此，图5的图像传感器可消除暗像素P_dark中的带噪声，而不改变亮像素P_bright的结果值。
斜坡电压产生模块300可以产生斜坡电压Vramp。斜坡电压Vramp是用于将模拟信号转换为数字信号的信号且可以具有三角形波形。
输出模块50可以包括比较单元400和计数器500。
比较单元400可以包括第一和第二比较器410和420。图6示出了比较单元400包括两个比较器的例子，但是在另一例子中，比较单元400可以包括与像素阵列10中的列一样多的比较器。即，比较单元400可以将通过像素阵列10的每一个列输出的信号电压与斜坡电压Vramp比较。
第一比较器410可以将斜坡电压Vramp与暗信号电压Vp_dark比较且可以输出第一比较信号comp1。第一比较信号comp1可以是通过将斜坡电压Vramp和暗信号电压Vp_dark进行比较获得的二进制数字信号。例如，如果斜坡电压Vramp比暗信号电压Vp_dark更高，则第一比较信号comp1可以输出为“1”，且如果斜坡电压Vramp比暗信号电压Vp_dark更低，则第一比较信号comp1可以输出为“0”。在另一例子中，如果斜坡电压Vramp比暗信号电压Vp_dark更高，则第一比较信号comp1可以输出为“0”，且如果斜坡电压Vramp比暗信号电压Vp_dark更低，则第一比较信号comp1可以输出为“1”。
第二比较器420可以将斜坡电压Vramp和亮信号电压Vp_bright比较且可以输出第二比较信号comp2。第二比较信号comp2可以是通过将斜坡电压Vramp和亮信号电压Vp_bright进行比较获得的二进制数字信号。
计数器500可以接收第一和第二比较信号comp1和comp2且可以根据时钟信号执行计数。即，计数器500可以测量第一和第二比较信号comp1和comp2持续了多少时钟信号的边沿，且可以将施加到暗像素P_dark和亮像素P_bright每一个的入射光的照度信息作为数字信息来提供。即，计数器500可以通过对第一比较信号comp1进行计数而产生第一数字数码“code1”，且可以通过将第二比较信号comp2进行计数而产生第二数字数码“code2”。
在第一和第二比较信号comp1和comp2持续长时间时，通过计数器500产生的第一和第二比较信号comp1和comp2的计数变得更大，且作为结果，第一和第二数字数码“code1”和“code2”的值变得更大。即，第一和第二比较信号comp1和comp2的长度与暗信号电压Vp_dark和亮信号电压Vp_bright的幅度成比例。暗信号电压Vp_dark和亮信号电压Vp_bright的幅度可以对应于施加到每一个像素的光的照度。因此，第一和第二数字数码可以对应于施加到每一个像素的光照度。
参见图7，第一补偿模块1000可以包括反转放大器(inverting amplifier)120。即，第一补偿模块1000可以是一电路，其中参考电压Vref施加到操作放大器110的正端子，且第一可变电容器C1和第二电压Vntg连接到操作放大器110负端子。操作放大器110的负端子可以经由第二可变电容器C2连接到补偿输出电压Vsc_out，且第二开关S2可以设置为与第二可变电容器C2并联。
参见图5和图7，第三电容器C3可以设置在补偿输出电压Vsc_out和第一偏压PMOSMP1的栅极端子Vbp之间。
偏压电路200的第一开关S1连接到第三电容器C3。第一开关S1减少其前端处的噪声且允许第一补偿电压Vcomp1根据补偿输出电压Vsc_out的变化而改变。第一补偿模块1000的第二开关S2可以用于设定反转放大器120的初始电压。由此，第一和第二开关S1和S2可以同时地操作以最初闭合且随后持续打开。
第一补偿电压Vcomp1可以是通过将第二电压Vntg的变化(即ΔVntg)乘以反转放大器120的增益-A(即-C1/C2)而获得的电压。这里，C1代表第一可变电容器C1的电容，且C2代表第二可变电容器C2的电容。即，ΔVcomp1＝ΔVntg×-C1/C2。
第二补偿电压Vcomp2可以是通过经由第一偏压PMOS MP1和第一偏压NMOS MN1缩放第一补偿电压Vcomp1而获得的电压。即，ΔVcomp2＝ΔVcomp1×-gmp1/gmn1。这里，gmp1代表第一偏压PMOS MP1的跨导(transconductance)，且gmn1代表第一偏压NMOS MN1的跨导。
补偿电压Vcomp可以是通过经由暗像素P_dark的第二偏压NMOS MN2和选择晶体管SX缩放第二补偿电压Vcomp而获得的电压。补偿电压Vcomp还可以是通过经由亮像素P_bright的第一NMOS N1和选择晶体管SX缩放第二补偿电压Vcomp而获得的电压。
假定第二偏压NMOS MN2和第一NMOS N1具有相同的跨导且暗像素P_dark的选择晶体管SX和亮像素P_bright的选择晶体管SX具有相同的跨导，则施加到暗像素P_dark的补偿电压Vcomp和施加到亮像素P_bright的补偿电压Vcomp可以相同。
即，ΔVcomp＝ΔVcomp2×-gmn2/gmn3。这里，gmn2代表第二NMOS MN2和第一NMOSN1的跨导，且gmn3代表暗像素P_dark的选择晶体管SX和亮像素P_bright的选择晶体管SX的跨导。
由此，ΔVcomp＝ΔVntg×-C1/C2×-gmp1/gmn1×-gmn2/gmn3。因为gmp1、gmn1、gmn2和gmn3是相对易于控制的参数，通过控制第一和第二可变电容器C1和C2的电容可适当缩放所以补偿电压Vcomp。
参考图5、7和8在下文描述图5的图像传感器的操作。用于选择像素阵列10的行的选择信号SEL可以首先接通，随后，用于持续输出的重置电压的重置栅极信号RG可以在第一时刻T1关闭。闭合以用于设定初始状态且消除来自电源电压VDD的噪声的第一和第二开关S1和S2可以在第二时刻T2打开。
其后，传输栅极信号TG可以在第三时刻T3接通。结果，在光电元件PD中聚集的电荷传输到浮动扩散区域FD。传输栅极信号TG可以在第四时刻t4关闭。
由于亮像素P_bright的寄生电容器，第二电压Vntg可以在第三时刻T3和第四时刻t4之间的时间段期间下降。图8示出了在第四时刻t4下降的第二电压Vntg，但是本发明并不限于此。第二电压Vntg可以在第三时刻T3和第四时刻t4之间的时间段中缓慢下降。
由于第二电压Vntg的下降，第一补偿模块1000的补偿输出电压Vsc_out可以与通过第二电压Vntg的变化而反转的电压(即第一补偿电压Vcomp1)具有相同电平。因而，第一偏压PMOS MP1的栅极电压Vbp可以具有与第一补偿电压Vcomp1相同的电平。
其后，在每一个像素输出完成时，重置栅极信号RG可以在第五时刻t5再次接通。
图5的图像传感器防止带噪声现象，其中施加了亮光的像素影响其行中的其他像素且可由此生产精确的感测结果。因而，图5的图像传感器的操作性能可被改善。
参考图7和9到11在下文描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器，且避免对图5的图像传感器的任何多余描述。
图9是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器结构的部分等效电路图，且图10是显示了图9图像传感器的示例性采样电路的等效电路图。图11是显示了图9的图像传感器的另一示例性采样电路的等效电路图。
参见图7和9，根据本发明一些示例性实施例的图像传感器可以包括第一采样电路210。
第一采样电路210可以设置在偏压电路200的第一偏压PMOS MP1和第一开关S1之间。第一采样电路210可以与第一开关S1一起降低第一开关S1前端处的噪声。
参见图10，第一采样电路210可以包括连接到电压VA的第四可变电容器C4。第一采样电路210可以通过将PMOS的栅极电压匹配到电源电压VDD或接地电压VSS而控制电源抑制比(PSRR)的特性。
第一采样电路210的第四可变电容器C4可以用于控制第一补偿模块1000的增益。
即，ΔVcomp1＝ΔVntg×-C1/C2×C3/(C3+C4)。
这里，C3代表第三电容器C3的电容，且C4代表第四可变电容器C4的电容。
最后，ΔVcomp＝ΔVntg×-C1/C2×C3/(C3+C4)×-gmp1/gmn1×-gmn2/gmn3。
在图9到11的示例性实施例中，第三电容器C3的电容可以被固定，但是本发明并不限于此。第三电容器C3还可以是可变电容器，在这种情况下，第三电容器C3的电容可以是可调整的参数。
在第一和第二电容器C1和C2的电容和第三和第四电容器C3和C4的电容都是可调整的参数时，可进一步有助于补偿电压Vcomp的缩放。还有，在反转放大器的情况下，与其增幅度相比，噪声可以具有影响较小的输出。由此，可使用第一和第二电容器C1和C2设定最大增益，且可使用被噪声影响更多的第三和第四电容器C3和C4执行具体缩放。
参见图11，根据本发明一些示例性实施例的图像传感器可以包括第二采样电路211。
第二采样电路211可以包括第一、第二和第三子-电容器C4_1、C4_2、和C4_3。图11示出了第二采样电路211具有三个子电容器的例子，但是本发明并不限于此。在另一例子中，第二采样电路211可以具有两个子电容器或四个或更多子电容器。
第一和第二子电容器C4_1和C4_2可以连接到电源电压VDD，且第三子-电容器C4_3可以接地。第一和第二子电容器C4_1和C4_2可以执行图10的第四可变电容器C4的功能。即，第一和第二子电容器C4_1和C4_2可以缓解电源电压VDD中的噪声。
因为像素阵列10的输出由于电源电压VDD而具有噪声，所以第三子电容器C4_3可以接地，以缓解像素阵列10的输出中的噪声。图11示出了第二采样电路211以2:1的比例连接到电源电压VDD和接地电压的例子，但是本发明并不限于此。第二采样电路211连接到电源电压VDD和接地电压的比例可以根据需要改变。
在下文参考图12和13描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器，且避免对图5和9到11的图像传感器的任何冗余描述。
图12是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器结构的部分等效电路图，且图13是显示了图12的图像传感器的斜坡电压产生模块和补偿模块的例子的部分等效电路图。
参见图12，根据本发明一些示例性实施例的图像传感器可以针对斜坡电压Vramp进行补偿，代替暗信号电压Vp_dark和亮信号电压Vp_bright。
第二补偿模块1001可以执行补偿操作。通过与第二电压Vntg的比较，第二补偿模块1001可以将非反转补偿电压Vcomp加到斜坡电压Vramp。比较模块400产生斜坡电压和暗信号电压Vp_dark或亮信号电压Vp_bright之间的差，作为其输出，且可由此简单地通过针对斜坡电压Vramp进行补偿而防止带噪声的发生。
具体地，参见图13，第二补偿模块1001可以经由反转放大器120使得第二电压Vntg反转，且可以提供反转的第二电压Vntg作为第一偏压PMOS MP1的栅极电压。
在这种情况下，ΔVbp＝ΔVntg×-A.
这里，Vbp代表第一偏压PMOS MP1的栅极电压，且-A代表反转放大器120的增益。
第一偏压PMOS MP1可以是包括第二PMOS P2和第一电流源Ia1的电路的镜像电路。第二偏压PMOS MP2可以连接到包括第一PMOS P1和第二电流源Ia2的电路的镜像电路，且可以共源共栅连接到第一偏压PMOS MP1。以这种方式，可稳定第一和第二偏压PMOS MP1和MP2的漏极电流。
第一PMOS MP1的电流变化可以表示为ΔVbp×-gmp1。这里，gmp1代表第一偏压PMOS MP1的跨导。第一偏压PMOS MP1的电流流动到斜坡电阻器Rramp，且发生电压降。该电压降可以是补偿电压Vcomp。
因而，ΔVcomp＝ΔVntg×-A×-gmp1×Rramp.
这里，Rramp代表斜坡电阻器Rramp的电阻。通过将gmp1设定为可变，补偿电压Vcomp可被容易地控制。
通过对第一斜坡电压Vramp1和补偿电压Vcomp进行相加而产生斜坡电压斜坡电压Vramp，所述第一斜坡电压Vramp1经由斜坡电阻器Rramp通过斜坡电流Iramp产生。
在下文参考图12和14描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器，且避免对图5、9到11和13的图像传感器的任何冗余描述。
图14是显示了图12图像传感器的另一示例性斜坡电压产生模块和另一补偿模块的部分等效电路图。
参见图12和14，通过与第二电压Vntg的比较，第三补偿模块1002可以将未反转的补偿电压Vcomp加到斜坡电压Vramp。
具体地，参见图14，第三补偿模块1002可以将第二电压Vntg的变化经由非-反转放大器130作为第一偏压NMOS MN1的栅极电压来提供。在这种情况下，ΔVbn＝ΔVntg×A.这里，Vbn代表第一偏压NMOS MN1的栅极电压，且A代表非反转放大器130的增益。
第一偏压NMOS MN1可以是包括第二NMOS N2和第三电流源Ia3的镜像电路。第一偏压NMOS MN1可以串联连接到第一偏压PMOS MP1，且第二偏压PMOS MP2可以根据第一偏压NMOS MN1和第一偏压PMOS MP1的电流电压特点缩放。即，ΔVbp＝ΔVbn×-gmn1/gmp1。这里，gmn1代表第一偏压NMOS MN1的跨导。通过将gmn1和gmp1设定为可变，补偿电压Vcomp可被容易地控制。
第三偏压PMOS MP3可以连接到包括第四PMOS P4和第四电流源Ia4的电路的镜像电路，且可以共源共栅连接到第二偏压PMOS MP2。以这种方式，可稳定第二和第三PMOS MP2和MP3的漏极电流。
第二PMOS MP2的电流变化可以表示为ΔVbp×-gmp2。这里，gmp2代表第二偏压PMOS MP2的跨导。第二偏压PMOS MP2的电流流动斜坡电阻器Rramp，且产生电压降。该电压降可以是补偿电压Vcomp。
因而，ΔVcomp＝ΔVntg×A×-gmn1/gmp1×-gmp2×Rramp。
通过对第一斜坡电压Vramp1和补偿电压Vcomp进行相加而产生斜坡电压斜坡电压Vramp，所述第一斜坡电压Vramp1经由斜坡电阻器Rramp通过斜坡电流Iramp产生。
在下文参考图12和15描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器，且避免对图5、9到11、13和14的图像传感器的任何冗余描述。
图15是显示了图12图像传感器的另一示例性斜坡电压产生模块和另一补偿模块的部分等效电路图。
参见图12和15，根据本发明一些示例性实施例的图像传感器可以包括第四补偿模块1003。
第四补偿模块1003可以包括第五可变电容器C5，代替图14的非反转放大器130。
第五可变电容器C5可以传输信号而不将其放大。由此，ΔVbn＝ΔVntg。
因而，ΔVcomp＝ΔVntg×-gmn1/gmp1×-gmp2×Rramp。
在下文参考图16描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器，且避免对图5、9到11、12、13、14和15的图像传感器的任何冗余描述。
图16是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的结构的部分等效电路图。
参见图16，根据本发明一些示例性实施例可以包括第五补偿模块1004。
第五补偿模块1004可以包括第四偏压PMOS MP4。第四偏压PMOS MP4可以接收第一斜坡电压Vramp1作为其栅极电压且可以串联连接到第三偏压PMOS MP3。第二偏压PMOS MP2可以连接到第一偏压PMOS MP1的镜像电路。第二偏压PMOS MP2的栅极电压可以按照第一偏压NMOS MN1和第一偏压PMOS MP1的电流电压特点来缩放。
根据第二和第四偏压PMOS MP2和MP4的电压电流特点，ΔVcomp＝ΔVbp×-gmp2/gmp4。
因而，考虑ΔVbn＝ΔVntg×A和ΔVbp＝ΔVbn×-gmn1/gmp1，则ΔVcomp＝ΔVntg×A×-gmn1/gmp1×-gmp2/gmp4。
在下文参考图17描述根据本发明一些示例性实施例的图像传感器，且避免对图5、9到11、12、13、14、15、和16的图像传感器的任何冗余描述。
图17是显示了根据本发明一些示例性实施例的图像传感器的结构的部分等效电路图。
参见图17，根据本发明一些示例性实施例可以包括第六补偿模块1005。
第六补偿模块1005可以包括第五和第六可变电容器C5和C6，代替图16的非反转放大器130。
因而，补偿电压Vcomp可以通过下列等式表示：ΔVcomp＝ΔVntg×C5/(C5+C6)×-gmn1/gmp1×-gmp2/gmp4。
这里，C5代表第五可变电容器C5的电容，且C6代表第六可变电容器C6的电容。
第六补偿模块1005的第六可变电容器C6可以执行与图9和图10的第一采样电路210或图11的第二采样电路211相同的功能。由此，在第六可变电容器C6中，如图11的第二采样电路211那样，可以设置多个电容器。在这种情况下，多个电容器中的一些可以连接到电源电压VDD，且其他电容器(一个或多个)可以接地。

Claims (18)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，其包括第一像素和第二像素，第一像素和第二像素接收相同的传输栅极信号并分别输出第一信号电压和第二信号电压；
传输栅极驱动器，其接收第一电压和第二电压并产生传输栅极信号，传输栅极信号具有作为其最大电压的第一电压并具有作为其最小电压的第二电压并且将传输栅极信号施加到像素中的每一个的电荷传输晶体管；和
补偿模块，其检测第二电压的变化，基于第二电压的变化产生补偿电压，且执行将补偿电压分别加到第一信号电压和第二信号电压的补偿操作。
2.如权利要求1所述的图像传感器，进一步包括：
斜坡电压产生模块，其产生斜坡电压，
其中，补偿操作将斜坡电压分别加到第一信号电压和第二信号电压。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，补偿模块通过使第二电压的变化反转而产生补偿电压。
4.如权利要求2所述的图像传感器，其中，补偿模块将补偿电压加到斜坡电压。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中，补偿电压产生模块通过不将第二电压的变化反转而产生补偿电压。
6.如权利要求2所述的图像传感器，进一步包括：
比较器，其将第一信号电压和第二信号电压中的每一个与斜坡电压比较，并且输出第一比较信号和第二比较信号。
7.如权利要求6所述的图像传感器，其中，
第一比较信号是与第一信号电压的幅度和斜坡电压的幅度相比较的结果对应的数字值，
第二比较信号是与第二信号电压的幅度和斜坡电压的幅度相比较的结果对应的数字值。
8.如权利要求7所述的图像传感器，进一步包括：
计数器，其对第一比较信号和第二比较信号进行计数，并且输出第一数字数码和第二数字数码。
9.如权利要求8所述的图像传感器，其中，第一数字数码和第二数字数码包括施加到第一像素和第二像素的光的照度信息。
10.如权利要求8所述的图像传感器，其中，
第一数字数码指示第一像素被具有最大照度单位的光饱和，且
第二数字数码指示第二个像素被具有低于最大照度单位的照度单位的光饱和。
11.一种图像传感器，包括：
像素阵列，其包括属于同一行的第一像素和第二像素，第一像素和第二像素分别输出第一信号电压和第二信号电压；
偏压电路，其连接到像素阵列，并且感应出第一信号电压和第二信号电压；
传输栅极驱动器，其基于第一电压和第二电压产生传输栅极信号并将传输栅极信号提供到第一像素和第二像素，传输栅极信号具有作为其最大电压的第一电压和作为其最小电压的第二电压并且将传输栅信号分别施加到像素中的每一个的电荷传输晶体管；
斜坡电压产生模块，其产生斜坡电压；
补偿模块，其根据第二电压的变化产生补偿电压，并执行将补偿电压加到第一和第二电压或斜坡电压的补偿操作；和
输出模块，其基于斜坡电压和第一信号电压产生第一数字数码，并且基于斜坡电压和第二信号电压产生第二数字数码。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，补偿模块连接到偏压电路或斜坡电压产生模块中的一个。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中，
补偿模块连接到偏压电路，且
补偿电压通过使第二电压的变化反转而产生。
14.如权利要求12所述的图像传感器，其中
补偿模块连接到斜坡电压产生模块，且
补偿电压通过不使第二电压的变化反转而产生。
15.如权利要求14所述的图像传感器，进一步包括：
斜坡缓冲器，其设置在补偿模块和输出模块之间。
16.如权利要求12所述的图像传感器，其中，输出模块包括比较单元和计数器，所述比较单元将第一信号电压和第二信号电压中的每一个与斜坡电压比较并输出第一比较信号和第二比较信号，所述计数器在第一比较信号和第二比较信号中的每一个的持续时间期间对时钟信号的周期数进行计数。
17.一种图像传感器，包括：光电元件，其通过吸收入射光而在其中聚集电荷；
传输晶体管，其根据传输栅极信号将电荷传输到浮动扩散区域；
源极跟随器，其将浮动扩散区域的电压作为信号电压输出；
传输栅极驱动器，其对传输晶体管施加传输栅极信号；
补偿模块，其通过检测传输栅极信号的变化而产生补偿电压，并且执行将补偿电压加到斜坡电压或信号电压的补偿操作；和
输出模块，其将斜坡电压与信号电压和补偿电压之和进行比较，将信号电压与斜坡电压和补偿电压之和进行比较，并且输出数字数码。
18.如权利要求17所述的图像传感器，其中，补偿模块通过对在传输栅极信号的变换进行缩放而产生补偿电压。
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