CN108377348B - 像素电路及图像感测系统 - Google Patents

像素电路及图像感测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108377348B
CN108377348B CN201810086123.XA CN201810086123A CN108377348B CN 108377348 B CN108377348 B CN 108377348B CN 201810086123 A CN201810086123 A CN 201810086123A CN 108377348 B CN108377348 B CN 108377348B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupled
terminal
transistor
amplifier circuit
bias signal
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
CN201810086123.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108377348A (zh
Inventor
邓黎平
杨征
汤俊明
代铁军
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 CN108377348A publication Critical patent/CN108377348A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108377348B publication Critical patent/CN108377348B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/082—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's
    • 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
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0261—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the polarisation voltage or current, e.g. gliding Class A
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • H03F1/223—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively with MOSFET's
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • 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
    • 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
    • H04N25/70—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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本申请案涉及一种像素电路及一种图像感测系统。一种像素电路包含光电二极管及耦合到所述光电二极管的转移晶体管。浮动扩散部耦合到所述转移晶体管，所述转移晶体管经耦合以将图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部。放大器电路包含：输入，其耦合到所述浮动扩散部；输出，其经耦合以产生所述像素电路的图像数据信号；及可变偏置端子，其经耦合以接收可变偏置信号。复位开关耦合于所述放大器电路的所述输出与所述输入之间以响应于复位信号而将所述放大器电路复位。可变偏置产生器电路经耦合以响应于复位信号而产生所述可变偏置信号，以响应于所述复位信号从作用状态到非作用状态的转变而将所述可变偏置信号从第一偏置信号值转变到第二偏置信号值。

Description

像素电路及图像感测系统
技术领域
本发明大体来说涉及成像系统，且更特定来说涉及图像传感器放大器。
背景技术
图像传感器已变得无所不在。其被广泛用于数字相机、蜂窝式电话、安全相机以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已持续快速进步。举例来说，对较高分辨率及较低电力消耗的要求已促进这些图像传感器的进一步小型化及集成。
在常规CMOS图像传感器中，像素电路通常与放大器电路产生图像数据输出信号。设计者通常试图将放大器电路实施成具有高电荷电压转换率，具有由后端读出电路所致的相对小参考噪声。由于现代图像传感器的小大小、高速度及低功率要求，这些努力正变得越来越具挑战性。举例来说，由于在像素电路复位开关被关断时，复位开关电荷注入到且时钟馈通到输入节点，因此图像传感器放大器电路的输出信号范围可减小。在一些例子中，输出信号范围减小20％。
发明内容
本申请案的一个实施例涉及一种像素电路，所述像素电路包括：光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；转移晶体管，其耦合到所述光电二极管；浮动扩散部，其耦合到所述转移晶体管，其中所述转移晶体管经耦合以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部；放大器电路，其具有耦合到所述浮动扩散部的输入端子、经耦合以产生所述像素电路的图像数据信号的输出端子及经耦合以接收可变偏置信号的可变偏置端子；复位开关，其耦合于所述放大器电路的所述输出端子与所述输入端子之间以响应于复位信号而将所述放大器电路复位；及可变偏置产生器电路，其经耦合以接收所述复位信号以响应于所述复位信号而产生所述可变偏置信号，其中所述可变偏置产生器电路经耦合以响应于所述复位信号从作用状态到非作用状态的转变而将所述可变偏置信号从第一偏置信号值转变到第二偏置信号值。
本申请案的另一实施例涉及一种图像感测系统，所述图像感测系统包括：像素阵列，其具有布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；转移晶体管，其耦合到所述光电二极管；浮动扩散部，其耦合到所述转移晶体管，其中所述转移晶体管经耦合以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部；放大器电路，其具有耦合到所述浮动扩散部的输入、经耦合以产生所述像素电路的图像数据信号的输出端子及经耦合以接收可变偏置信号的可变偏置端子；复位开关，其耦合于所述放大器电路的所述输出端子与所述输入端子之间以响应于复位信号而将所述放大器电路复位；及可变偏置产生器电路，其经耦合以接收所述复位信号以响应于所述复位信号而产生所述可变偏置信号，其中所述可变偏置产生器电路经耦合以响应于所述复位信号从作用状态到非作用状态的转变而将所述可变偏置信号从第一偏置信号值转变到第二偏置信号值；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；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路中的每一者读出所述图像数据信号。
附图说明
参考以下图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似参考编号指代相似零件。
图1是图解说明根据本发明的教示的包含像素阵列的成像系统的一个实例的图式，其中所述像素阵列的每一像素电路包含具有可变偏置信号输入及经改进输出信号范围的放大器电路。
图2是图解说明根据本发明的教示的具有放大器电路的像素电路的一个实例的图式，所述放大器电路具有可变偏置信号输入及经改进输出信号范围。
图3是图解说明根据本发明的教示的具有放大器电路的实例性像素电路的信号的一个实例的时序图，所述放大器电路具有可变偏置信号输入及经改进输出信号范围。
贯穿图式的数个视图，对应参考编号指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，各图中的元件中的某些元件的尺寸可相对于其它元件被放大以帮助改进对本发明的各种实施例的理解。此外，通常不描绘商业可行实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻碍观看。
具体实施方式
在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员者将认识到，本文中所描述的技术可在不具有特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例项中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以免使特定方面模糊。
在本说明书通篇提及“一个实施例”或“一实施例”意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇各个地方中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必全部皆指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何适合方式组合于一或多个实施例中。
在本说明书通篇，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。举例来说，术语“或”在包含性意义上使用(例如，如同“及/或”)，除非上下文另外清晰地指示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换使用(例如，Si与硅)；然而，其两者具有相同含义。
如将展示，用于成像传感器中的像素电路的实例被实施为包含放大器电路的像素电路，所述放大器电路具有经改进输出信号范围。举例来说，在各种实例中，像素电路中所包含的放大器电路被实施为共源共栅放大器电路，所述共源共栅放大器电路利用电容性跨阻抗放大器来达成高电荷电压转换率及由后端读出电路所致的相对小参考噪声。在所描绘实例中，根据本发明的教示，放大器电路经耦合以由可变偏置信号偏置，这改进放大器电路的输出信号范围。
为了图解说明，图1是图解说明包含像素阵列102的成像系统100的一个实例的图式，在像素阵列102中每一像素电路110包含放大器电路，所述放大器电路经耦合以由可变偏置信号偏置。如所描绘实例中所展示，成像系统100包含像素阵列102，像素阵列102耦合到控制电路108及读出电路104，读出电路104耦合到功能逻辑106。如所指示，在一个实例中，根据本发明的教示，控制电路108可包含经耦合以产生可变偏置信号的可变偏置产生器电路，所述可变偏置信号经耦合以使像素阵列102中所包含的像素电路110偏置。
在一个实例中，像素阵列102是图像传感器像素电路110(例如，P1、P2、P3、…、Pn)的二维(2D)阵列。如所图解说明，每一像素电路110被布置到行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)中以获取人、地方、物体等的图像数据，所述数据可接着用于再现人、地方、物体等的2D图像。如下文将更详细地论述，根据本发明的教示，像素电路110中的每一者中所包含的放大器电路因由可变偏置产生器所产生的可变偏置信号提供的可变偏置而具有经改进输出信号范围。
在一个实例中，在每一像素电路110(例如，P1、P2、P3、…、Pn)已在像素电路中所包含的相应光电二极管中获取其图像数据或图像电荷之后，将图像数据从光电二极管传送到浮动扩散部。浮动扩散部耦合到像素电路110中所包含的放大器电路，所述像素电路110由可变偏置信号偏置。接着，读出电路104通过位线112读出在每一像素电路110的放大器电路的输出处所产生的图像数据，且接着将图像数据传送到功能逻辑106。
在各种实例中，读出电路104还可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它。功能逻辑106可仅存储图像数据或甚至通过施加后图像效应(例如，裁剪、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。在一个实施例中，读出电路104可沿着读出列线一次读出一行图像数据(所图解说明)或者可使用各种其它技术(未图解说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。
在一个实例中，控制电路108耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的像素电路110的操作特性。在一个实例中，除了提供可变偏置信号之外，控制电路108还可经耦合以产生全域快门信号以控制每一像素电路110的图像获取。在所述实例中，在单个获取窗期间，全域快门信号同时启用像素阵列102内的所有像素电路110(例如，P1、P2、P3、…Pn)以同时使像素阵列102中的所有像素电路110能够同时从每一相应光电检测器转移图像电荷。
图2是图解说明根据本发明的教示的包含放大器电路230的像素电路210的一个实例的图式，所述放大器电路230由可变偏置信号Vnb2 222偏置。注意，像素电路210可以是图1的像素阵列102的像素电路110中的一者的实例，且下文所提及的具有类似名称及编号的元件被耦合且功能与上文所描述的类似。如图2中所描绘的实例中所展示，像素电路210包含光电二极管PD 214，光电二极管PD 214经耦合以响应于入射光254而光生图像电荷。转移晶体管216耦合到光电二极管PD 214，且浮动扩散部FD 218耦合到转移晶体管216。转移晶体管216经耦合以响应于转移信号TX 256而将光电二极管PD 214中所光生的图像电荷从光电二极管PD 214转移到浮动扩散部FD 218。
如所描绘实例中所展示，放大器电路230包含输入端子232，输入端子232耦合到浮动扩散部FD 218。放大器电路230包含输出端子236，输出端子236经耦合以产生输出电压VOUT，输出电压VOUT是响应于浮动扩散部FD 218处的图像电荷而产生的像素电路210的图像数据信号240输出。在所描绘实例中，放大器电路230还包含可变偏置端子234，可变偏置端子234经耦合以接收可变偏置信号Vnb2 222以使放大器电路230偏置。另外，放大器电路230还包含耦合到接地参考电压AGND的接地参考端子238。复位开关224耦合于放大器电路的输出端子236与输入端子232之间以响应于复位信号226而将放大器电路复位。在一个实例中，复位信号226是数字信号，且因此在作用状态与非作用状态之间(例如，在逻辑高与逻辑低值之间)转变以接通及关断复位开关224。在一个实例中，作用状态可(举例来说)由电压供应器AVDD表示，且非作用状态可(举例来说)由零电压表示。所描绘实例还图解说明像素电路210包含反馈电容器CF 228，反馈电容器CF 228耦合于放大器电路230的输出端子236与输入端子232之间。
可变偏置产生器电路220经耦合以接收复位信号226以响应于复位信号226而产生可变偏置信号Vnb2 222。在一个实例中，可变偏置产生器电路220可包含于控制电路108中。在操作中，可变偏置信号Vnb2 222可以是模拟信号，且可变偏置产生器电路220经耦合以响应于复位信号226从作用状态到非作用状态的转变而将可变偏置信号Vnb2 222从第一偏置信号值(例如，Vnb2_0)转变到第二偏置信号值(例如，Vnb2_f)。举例来说，图2中所描绘的实例图解说明可变偏置信号Vnb2 222的实例性脉冲。如箭头所指示，可变偏置信号Vnb2 222响应于复位信号226从作用状态到非作用状态(即，复位信号226的下降边缘)的转变而从第一偏置信号值Vnb2_0转变到第二偏置信号值Vnb2_f。如所描绘实例中所展示，可变偏置信号Vnb2222的第二偏置信号值Vnb2_f大于可变偏置信号Vnb2 222的第一偏置信号值Vnb2_0。
在一个实例中，放大器电路230是共源共栅放大器，其被实施为电容性跨阻抗放大器。举例来说，如图2中所描绘的实例中所展示，放大器电路230包含第一晶体管NM1246，第一晶体管NM1 246耦合到第二晶体管NM2 248。每一晶体管包含相应控制端子以及第一控制端子及第二控制端子。举例来说，在所描绘实例中，第一晶体管NM1 246及第二晶体管NM2248是NMOS场效应晶体管。如此，第一晶体管NM1 246及第二晶体管NM2 248的控制端子因此是栅极端子，第一晶体管NM1 246及第二晶体管NM2 248的第一端子是源极端子，且第一晶体管NM1 246及第二晶体管NM2 248的第二端子是漏极端子。
因此，关于图2中所描绘的实例，第一晶体管NM1 246的控制端子耦合到放大器电路230的输入端子232，且第一晶体管NM1 246的第一端子耦合到放大器电路230的接地参考端子238及接地参考电压AGND。第二晶体管NM2 248的控制端子耦合到放大器电路230的可变偏置端子234以接收可变偏置信号Vnb2 222，第二晶体管NM2 248的第一端子耦合到第一晶体管NM1 246的第二端子，且第二晶体管NM2 248的第二端子耦合到放大器电路230的输出端子236以产生输出电压VOUT，输出电压VOUT是由像素电路210输出的图像数据信号240。图2中所描绘的实例也表示第二晶体管NM2 248的栅极端子与输入端子232之间的耦合电容C1242，而电容C2 244表示第一晶体管NM1 246的漏极端子与输入端子232之间的总电容。
在所述实例中，像素电路210还分别包含第三晶体管PM1 250及第四晶体管PM2252，所述晶体管耦合于放大器电路230的电压供应器AVDD与输出端子236之间，如所展示。在所描绘实例中，第三晶体管PM1 250及第四晶体管PM2 252是PMOS场效应晶体管。如此，第三晶体管PM1 250及第四晶体管PM2 252的控制端子因此是栅极端子，第三晶体管PM1250及第四晶体管PM2 252的第一端子是源极端子，且第三晶体管PM1 250及第四晶体管PM2252的第二端子是漏极端子。
因此，返回参考图2中所描绘的实例，第三晶体管PM1 250的控制端子耦合到第一偏置电压Vpb1，第四晶体管PM2 252的控制端子耦合到第二偏置电压Vpb2，第三晶体管PM1250的第一端子耦合到电压供应器AVDD，第三晶体管PM1 250的第二端子耦合到第四晶体管PM2 252的第一端子，且第四晶体管PM2 252的第二端子耦合到像素电路210的输出端子236。
图3是图解说明根据本发明的教示的实例性放大器电路的信号的一个实例的时序图356，所述实例性放大器电路由像素电路中所包含的可变偏置信号偏置。注意，图3中所描述的实例性信号可对应于存在于图1的像素阵列102的实例性像素电路110及/或图2的像素电路210中的信号，且下文所提及的类似名称及编号的元件被耦合且功能与上文所描述的类似。
如图2中所描绘的实例中所展示，在时间T0之前，复位信号326处于非作用状态或零。因此，在此时，复位开关(例如，复位开关224)是关断的，且可变偏置信号Vnb2 322(例如，可变偏置产生器220的输出)处于较低偏置信号值Vnb2_0。
在时间T0处，复位信号326从非作用状态(例如，零)转变到作用状态(例如，AVDD)。因此，在此时，复位开关(例如，复位开关224)被接通，这致使放大器电路(例如，放大器电路230)中出现复位阶段。在复位信号326处于作用状态的复位阶段期间，放大电路230的输出端子236通过复位开关224短路连接到输入端子232，这将图像数据信号240的输出电压VOUT初始化为电压Vout_0。
在时间T1处，复位信号326从作用状态(例如，AVDD)转变到非作用状态(例如，零)，这结束复位阶段且允许放大器电路230开始正常操作，这致使输出电压VOUT在时间T1之后增大。如图3中所图解说明，在一个实例中输出电压VOUT图解说明为VOUT340A，其展示在具有可变偏置信号的情况下输出电压VOUT增大，且在另一实例中图解说明为VOUT 340B，其展示在无可变偏置信号的情况下(即，在Vnb2_0处的恒定或固定偏置信号)的假设输出电压VOUT。如所图解说明，输出电压VOUT在时间T1之后开始远离其初始电压Vout_0而升高，时间T1是在复位开关224被关断之后。
如图解说明为输出电压VOUT 340B，如果放大器电路230由在复位开关224被关断时固定在Vnb2_0处(即，无可变偏置)的偏置信号Vnb2 322偏置，那么输出电压VOUT 340B由于复位开关的电荷注入及时钟馈通而显著增大。如此，输出电压VOUT 340B升高到比初始电压Vout_0更高的电压Vout_f_without，这因此形成输出电压VOUT的更高最小电压，且因此致使输出信号范围减小。特定来说，输出信号范围VOUT_RANGE可表达为以下关系：
VOUT_RANGE＝VMAX-VMIN，
其中VMAX是最大输出电压，且VIN是最小输出电压。因此，较低VMIN允许VOUT_RANGE有较宽输出信号范围，这是因为VMAX是固定值。
相比之下，替代使偏置信号Vnb2 322固定在Vnb2_0处(即，无可变偏置)，输出电压VOUT340A图解说明以下实例：其中在复位信号326于时间T1处从作用状态转变到非作用状态之后，偏置信号Vnb2 322在时间T2处变化(即，有可变偏置)。如图3中所展示，在可变偏置信号Vnb2 322在时间T2处从Vnb2_0转变到Vnb2_f之后，输出电压VOUT 340A在时间T2处下降。如所图解说明实例中所展示，Vnb2_f大于Vnb2_0。可展示出，在低频率中输出VOUT与Vnb2 322之间的关系是大约：
Vout_f-Vout_0＝-(C1+C2)/CF(Vnb2_f-Vnb2_0)-GC，
其中Vout_f是稳定输出电压VOUT 340A(在时间T2之后)，且Vout_0是时间T1之前的输出电压VOUT 340A。应了解，GC是通过非电容性路径从可变偏置信号Vnb2 322到输出的电压增益，所述电压增益GC对于大多数设计来说通常是小的。
因此，如在对输出电压实例VOUT 340B(无可变偏置)与VOUT 340A(有可变偏置)进行比较时所展示，输出电压VOUT 340B由于电荷注入及时钟馈通而远离初始复位电压Vout_0显著增大。举例来说，当复位开关226被关断时，随着电子被注入到放大器电路的输入端子及输出端子两者，复位信号326的下降边缘可致使电荷注入。尽管放大器电路的输出端子处的所注入电子具有相对小效应，但放大器电路的输入端子处的所注入电子具有较大效应，尤其是在浮动扩散部FD处的电容变得更小时。实际上，浮动扩散部FD处的ΔQ的效应由放大器电路放大到输出端子。另外，时钟馈通也利用电容性分压器来影响放大器电路的输出电压，所述电容性分压器形成有复位开关226的寄生电容及浮动扩散部FD处的电容，浮动扩散部FD具有在放大器电路的输入处的中心节点。因此，随着复位信号326的电压摆动，放大器的输入处的电压也摆动，此也通过放大器电路而被放大到输出端子。
然而，随着可变偏置信号Vnb2 322从低电压(Vnb2_0)转变到高(Vnb2_f)电压(不在第二晶体管NM2 248的线性区域中)，输出电压VOUT 340A朝向Vout_0回降，这会减小VOUT340A在稳定之后的最小输出电压。因此，根据本发明的教示，输出电压VOUT 340A的信号范围减小被改进。根据本发明的教示，以此方式，可通过为可变偏置信号Vnb2 322的Vnb2_0及Vnb2_f设计适当值来将输出电压VOUT 340A信号范围增大到最大信号范围。
包含发明摘要中所描述内容的对本发明的所图解说明实施例的以上说明并不意欲具穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然本文中出于说明性目的描述本发明的具体实施例及实例，但所属相关领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种修改。
可鉴于以上详细描述对本发明做出这些修改。以下权利要求书中所使用的术语不应被理解为将本发明限制于说明书中所揭示的具体实施例。而是，本发明的范围将完全由以下权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所建立的权利要求解释原则来加以理解。

Claims (21)

1.一种像素电路，其包括：
光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；
转移晶体管，其耦合到所述光电二极管；
浮动扩散部，其耦合到所述转移晶体管，其中所述转移晶体管经耦合以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部；
放大器电路，其具有耦合到所述浮动扩散部的输入端子、经耦合以产生所述像素电路的图像数据信号的输出端子及经耦合以接收可变偏置信号的可变偏置端子；
复位开关，其耦合于所述放大器电路的所述输出端子与所述输入端子之间以响应于复位信号而将所述放大器电路复位；及
可变偏置产生器电路，其经耦合以接收所述复位信号以响应于所述复位信号而产生所述可变偏置信号，其中所述可变偏置产生器电路经耦合以响应于所述复位信号从作用状态到非作用状态的转变而将所述可变偏置信号从第一偏置信号值转变到第二偏置信号值。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述放大器电路进一步包括：
第一晶体管，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第一晶体管的所述控制端子耦合到所述放大器电路的所述输入端子，其中所述第一晶体管的所述第一端子耦合到所述放大器电路的接地参考端子以使参考电压接地；及
第二晶体管，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第二晶体管的所述控制端子耦合到所述放大器电路的所述可变偏置端子以接收所述可变偏置信号，其中所述第二晶体管的所述第一端子耦合到所述第一晶体管的所述第二端子，且其中所述第二晶体管的所述第二端子耦合到所述放大器电路的所述输出端子。
3.根据权利要求2所述的像素电路，其进一步包括第三晶体管及第四晶体管，所述第三晶体管及所述第四晶体管耦合于电压供应器与所述放大器电路的所述输出端子之间。
4.根据权利要求3所述的像素电路，其中所述第三晶体管包含耦合到第一偏置电压的控制端子，其中所述第四晶体管包含耦合到第二偏置电压的控制端子，其中所述第三晶体管的第一端子耦合到所述电压供应器，其中所述第三晶体管的第二端子耦合到所述第四晶体管的第一端子，且其中所述第四晶体管的第二端子耦合到所述放大器电路的所述输出端子。
5.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述第一晶体管及所述第二晶体管包括NMOS场效应晶体管，且其中所述第三晶体管及所述第四晶体管包括PMOS场效应晶体管。
6.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述可变偏置信号的所述第二偏置信号值大于所述可变偏置信号的所述第一偏置信号值。
7.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括反馈电容器，所述反馈电容器耦合于所述放大器电路的所述输出端子与所述输入端子之间。
8.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述可变偏置产生器电路经耦合以在所述复位开关被关断之后响应于所述复位信号从所述作用状态转变到所述非作用状态而将所述可变偏置信号从所述第一偏置信号值转变到所述第二偏置信号值。
9.根据权利要求1所述的像素电路，其中在所述放大器电路的所述输出端子处所产生的所述图像数据信号的电压响应于所述可变偏置信号从所述第一偏置信号值到所述第二偏置信号值的所述转变而减小。
10.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述放大器电路是包括电容性跨阻抗放大器的共源共栅放大器。
11.一种图像感测系统，其包括：
像素阵列，其具有布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：
光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；
转移晶体管，其耦合到所述光电二极管；
浮动扩散部，其耦合到所述转移晶体管，其中所述转移晶体管经耦合以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部；
放大器电路，其具有耦合到所述浮动扩散部的输入、经耦合以产生所述像素电路的图像数据信号的输出端子及经耦合以接收可变偏置信号的可变偏置端子；
复位开关，其耦合于所述放大器电路的所述输出端子与所述输入端子之间以响应于复位信号而将所述放大器电路复位；及
可变偏置产生器电路，其经耦合以接收所述复位信号以响应于所述复位信号而产生所述可变偏置信号，其中所述可变偏置产生器电路经耦合以响应于所述复位信号从作用状态到非作用状态的转变而将所述可变偏置信号从第一偏置信号值转变到第二偏置信号值；
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；及
读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路中的每一者读出所述图像数据信号。
12.根据权利要求11所述的图像感测系统，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电路中的每一者读出的所述图像数据信号。
13.根据权利要求11所述的图像感测系统，其中所述放大器电路进一步包括：
第一晶体管，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第一晶体管的所述控制端子耦合到所述放大器电路的所述输入端子，其中所述第一晶体管的所述第一端子耦合到所述放大器电路的接地参考端子以使参考电压接地；及
第二晶体管，其具有控制端子、第一端子及第二端子，其中所述第二晶体管的所述控制端子耦合到所述放大器电路的所述可变偏置端子以接收所述可变偏置信号，其中所述第二晶体管的所述第一端子耦合到所述第一晶体管的所述第二端子，且其中所述第二晶体管的所述第二端子耦合到所述放大器电路的所述输出端子。
14.根据权利要求13所述的图像感测系统，其中所述像素电路中的每一者进一步包括第三晶体管及第四晶体管，所述第三晶体管及所述第四晶体管耦合于电压供应器与所述放大器电路的所述输出端子之间。
15.根据权利要求14所述的图像感测系统，其中所述第三晶体管包含耦合到第一偏置电压的控制端子，其中所述第四晶体管包含耦合到第二偏置电压的控制端子，其中所述第三晶体管的第一端子耦合到所述电压供应器，其中所述第三晶体管的第二端子耦合到所述第四晶体管的第一端子，且其中所述第四晶体管的第二端子耦合到所述放大器电路的所述输出端子。
16.根据权利要求15所述的图像感测系统，其中所述第一晶体管及所述第二晶体管包括NMOS场效应晶体管，且其中所述第三晶体管及所述第四晶体管包括PMOS场效应晶体管。
17.根据权利要求11所述的图像感测系统，其中所述可变偏置信号的所述第二偏置信号值大于所述可变偏置信号的所述第一偏置信号值。
18.根据权利要求11所述的图像感测系统，其中所述像素电路中的每一者进一步包括反馈电容器，所述反馈电容器耦合于所述放大器电路的所述输出端子与所述输入端子之间。
19.根据权利要求11所述的图像感测系统，其中所述可变偏置产生器电路经耦合以在所述复位开关被关断之后响应于所述复位信号从所述作用状态转变到所述非作用状态而将所述可变偏置信号从所述第一偏置信号值转变到所述第二偏置信号值。
20.根据权利要求11所述的图像感测系统，其中在所述放大器电路的所述输出端子处所产生的所述图像数据信号的电压响应于所述可变偏置信号从所述第一偏置信号值到所述第二偏置信号值的所述转变而减小。
21.根据权利要求11所述的图像感测系统，其中所述放大器电路是包括电容性跨阻抗放大器的共源共栅放大器。
CN201810086123.XA 2017-01-31 2018-01-26 像素电路及图像感测系统 Active CN108377348B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/420,531 2017-01-31
US15/420,531 US9961292B1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Imaging sensor with amplifier having variable bias and increased output signal range

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108377348A CN108377348A (zh) 2018-08-07
CN108377348B true CN108377348B (zh) 2019-12-10

Family

ID=62013827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810086123.XA Active CN108377348B (zh) 2017-01-31 2018-01-26 像素电路及图像感测系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9961292B1 (zh)
CN (1) CN108377348B (zh)
TW (1) TWI674003B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7059031B2 (ja) * 2018-02-09 2022-04-25 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、移動体
US20190371244A1 (en) * 2018-05-30 2019-12-05 Viewtrix Technology Co., Ltd. Pixel circuits for light emitting elements
WO2020100806A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-22 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging device
US11140344B2 (en) * 2019-08-21 2021-10-05 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with improved circuitry to provide boosted control signals
KR20210028308A (ko) 2019-09-03 2021-03-12 삼성전자주식회사 증폭기 및 그것을 포함하는 이미지 센서 장치
US11178351B1 (en) * 2020-05-07 2021-11-16 Novatek Microelectronics Corp. Readout circuit for pixel
US11430828B2 (en) * 2020-12-17 2022-08-30 Omnivision Technologies, Inc. Event driven pixel for spatial information extraction
US11290674B1 (en) * 2020-12-18 2022-03-29 Omnivision Technologies, Inc. Column amplifier capacitor switch circuit to adjust analog gain

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10200342A (ja) * 1997-01-07 1998-07-31 Nec Corp バイアス電圧供給回路
US6252462B1 (en) 1999-06-30 2001-06-26 Raytheon Company Capacitor transimpedance amplifier ( CTIA) with shared load
JP2008042224A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置および撮像装置
JP4425950B2 (ja) * 2007-06-01 2010-03-03 シャープ株式会社 固体撮像装置および電子情報機器
JP5258536B2 (ja) * 2008-12-12 2013-08-07 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
US8258451B2 (en) 2009-01-15 2012-09-04 Raytheon Company Image capture system including multipurpose photodetector
JP5434502B2 (ja) * 2009-11-13 2014-03-05 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその駆動方法、カメラシステム
JP5664175B2 (ja) * 2010-11-29 2015-02-04 ソニー株式会社 固体撮像装置とその駆動方法、及び電子機器
WO2013179573A1 (ja) * 2012-05-30 2013-12-05 パナソニック株式会社 固体撮像装置およびカメラ
US9172873B2 (en) 2012-06-01 2015-10-27 Forza Silicon Corporation CTIA in-pixel correlated double sampling with snapshot operation for IR readout integrated circuits
US9219449B2 (en) 2012-07-24 2015-12-22 Forza Silicon Corporation CTIA for IR readout integrated circuits using single ended OPAMP with in-pixel voltage regulator
TWI615031B (zh) * 2013-07-16 2018-02-11 Sony Corp 信號處理裝置及方法、攝像元件與攝像裝置
KR102093343B1 (ko) * 2013-10-23 2020-03-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서를 구동하는 방법
JP6362328B2 (ja) * 2013-12-26 2018-07-25 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びその駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI674003B (zh) 2019-10-01
TW201842762A (zh) 2018-12-01
US9961292B1 (en) 2018-05-01
CN108377348A (zh) 2018-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108377348B (zh) 像素电路及图像感测系统
CN110121037B (zh) 具有双重转换增益读出的图像传感器
CN108737754B (zh) 双斜坡模/数转换器的比较器
US7176462B2 (en) Semiconductor device, and control method and device for driving unit component of semiconductor device
US7667754B2 (en) Amplifying solid-state imaging device
US7427790B2 (en) Image sensor with gain control
US11503238B2 (en) Image sensor
US7807955B2 (en) Image sensor having reduced well bounce
US10447957B2 (en) Unit pixel and operating method thereof and CMOS image sensor using the same
CN111565047B (zh) 单斜率模数转换器的比较器输出电路
CN111225164B (zh) 图像传感器及成像系统
KR20180085349A (ko) 이미지 센서
CN114650060B (zh) 用于调整模拟增益的列放大器电容器开关电路
US9838623B2 (en) Global shutter control signal generator with reduced driving requirements
CN114650382B (zh) 用于单斜率模/数转换器的具有dc切断装置的比较器级
US12114092B2 (en) Dual gain column structure for column power area efficiency
CN116915220A (zh) 局部斜坡缓冲器电路中的斜坡稳定辅助电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant