CN108419031B - 像素电路及其驱动方法和图像传感器 - Google Patents

像素电路及其驱动方法和图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN108419031B
CN108419031B CN201810191111.3A CN201810191111A CN108419031B CN 108419031 B CN108419031 B CN 108419031B CN 201810191111 A CN201810191111 A CN 201810191111A CN 108419031 B CN108419031 B CN 108419031B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
electrode
reset
signal
voltage
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
CN201810191111.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108419031A (zh
Inventor
郑智仁
王鹏鹏
刘伟
丁小梁
韩艳玲
曹学友
张平
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.)
BOE Technology Group Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
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 BOE Technology Group Co Ltd filed Critical BOE Technology Group Co Ltd
Priority to CN201810191111.3A priority Critical patent/CN108419031B/zh
Publication of CN108419031A publication Critical patent/CN108419031A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108419031B publication Critical patent/CN108419031B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • 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
    • H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种像素电路及其驱动方法和图像传感器，其中像素电路包括：重置晶体管、光电转化器、源跟随模块和检测补偿模块；重置晶体管的控制极与重置信号线连接，重置晶体管的第一极与检测补偿模块连接，重置晶体管的第二极、光电转化器的第一极以及源跟随模块连接于信号采集点。在本发明中，通过检测补偿模块检测重置晶体管在截止状态时的漏电流，并生成对应的补偿信号，以供对信号采集点处因漏电流而造成的电压变化量进行补偿，从而实现对信号采集点处的电压信号进行精准检测，有利于提升图像传感器的识别精准度。

Description

像素电路及其驱动方法和图像传感器
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，特别涉及一种像素电路及其驱动方法和图像传感器。
背景技术
互补金属氧化物(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)图像传感器凭借工艺简单、体积小、重量轻、功耗小、成本低、易于与其他器件集成等特点，而广泛应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车等场合。
其中，COMS型图像传感器一般包括若干个像素单元(Pixel)，每一个像素单元中均设置有对应的像素电路。图1为现有技术中像素电路的电路结构示意图，如图1所示，该像素电路包括：重置晶体管、光电二极管和源跟随模块；其中，重置晶体管、光电二极管和源跟随模块三者连接于信号采集点。光电二极管用于采集入射光并生成对应的电信号，源跟随模块用于将信号采集点的电压信号传递至外部的图像处理器。
图2为图1中信号采集点处电压随时间变化的示意图，如图2所示，在重置阶段T1时，重置晶体管Mrst导通，重置电压端提供的重置电压Vrst写入至信号采集点，以对信号采集点FD进行重置处理；在曝光采样阶段T2(持续时间为t，t取值由人工设定)时，重置晶体管Mrst截止，光电二极管PD采集入射光并生成对应的电信号以对信号采集点FD进行充电，信号采集点FD处的电压逐渐下降；源跟随模块1将信号采集点FD处的电压信号输出至外部的图像处理器，图像处理器基于信号采集点FD在曝光采样阶段T2的电压变化量V1-Vrst，可确定出光电二极管PD所接收到的入射光强度。
然而，在实际应用中发现，在曝光采样阶段时由于重置晶体管中存在漏电流，该漏电流也会对信号采集点的电压造成一定影响，从而导致检测结果不准确。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种像素电路及其驱动方法和图像传感器。
为实现上述目的，本发明提供了一种像素电路，用于向图像处理器提供电压信号，包括：重置晶体管、光电转化器、源跟随模块和检测补偿模块；
所述重置晶体管的控制极与重置信号线连接，所述重置晶体管的第一极与所述检测补偿模块连接，所述重置晶体管的第二极、所述光电转化器的第一极以及所述源跟随模块连接于信号采集点；
所述光电转化器用于采集入射光，并根据采集到的入射光生成对应的电信号；
所述源极跟随模块与所述图像处理器连接，用于获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器；
所述检测补偿模块与所述图像处理器连接，用于检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且将其转化为对应的第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述图像处理器，以供所述图像处理器根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定入射光强度。
可选地，所述检测补偿模块包括：积分电路，所述积分电路的输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述积分电路的输出端与所述图像处理器连接。
可选地，所述积分电路包括：运算放大器、电容和第一晶体管；
所述运算放大器的反相输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述运算放大器的正相输入端与重置电压端连接，所述运算放大器的输出端与所述图像处理器连接；
所述电容的第一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述电容的第二端与所述运算放大器的输出端连接；
所述第一晶体管的控制极与所述重置信号线连接，所述第一晶体管的第一极与所述运算放大器的反相输入端连，所述第一晶体管的第二极与所述运算放大器的输出端连接。
可选地，所述源跟随模块包括：源跟随晶体管和开关晶体管；
所述源跟随晶体管的控制极与所述信号采集点连接，所述源跟随晶体管的第一极与所述第三工作电压端连接，所述源跟随晶体管的第二极与所述开关晶体管的第一极连接；
所述开关晶体管的控制极与选通控制线连接，所述开关晶体管的第二极与所述图像处理器连接。
为实现上述目的，本发明还提供了一种像素电路，用于向图像处理器提供电压信号，包括：重置晶体管、光电转化器、源跟随模块和检测补偿模块；
所述重置晶体管的控制极与重置信号线连接，所述重置晶体管的第一极与所述检测补偿模块连接，所述重置晶体管的第二极、所述光电转化器的第一极以及所述源跟随模块连接于信号采集点；
所述光电转化器用于采集入射光，并根据采集到的入射光生成对应的电信号；
所述源极跟随模块与所述图像处理器连接，用于获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器；
所述检测补偿模块，用于检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且根据所述漏电流生成对应的补偿电流，并将所述补偿电流输出至所述信号采集点，以对所述重置晶体管处的漏电流进行补偿；
所述补偿电流与所述漏电流大小相同且流向相反。
可选地，所述检测补偿模块包括：电流镜电路，所述电流镜电路的输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述电流镜电路的输出端与所述信号采集点连接。
可选地，所述电流镜电路包括：第二晶体管和第三晶体管；
所述第二晶体管的控制极与所述电流镜电路的输入端连接，所述第二晶体管的第一极与第一工作电压端连接，所述第二晶体管的第二极与第一偏置电流源和所述电流镜电路的输入端连接；
所述第三晶体管的控制极与所述电流镜电路的输入端连接，所述第三晶体管的第一极与所述第一工作电压端连接，所述第三晶体管的第二极与第二偏置电流源和所述电流镜电路的输出端连接。
可选地，所述检测补偿模块还包括：缓冲器电路，所述缓冲器电路设置于所述电流镜电路和所述重置晶体管之间；
所述缓冲器电路的输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述缓冲器电路的输出端与所述电流镜电路的输入端连接。
可选地，所述缓冲器电路包括：第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管；
所述第四晶体管的控制极与所述第四晶体管的第二极、所述第五晶体管的控制极连接，所述第四晶体管的第一极与第二工作电压端连接，所述第四晶体管的第二极与所述第六晶体管的第一极连接；
所述第五晶体管的第一极与所述第二工作电压端连接；所述第五晶体管的第二极与所述第七晶体管的第一极连接；
所述第六晶体管的控制极与重置电压端连接，所述第六晶体管的第二极与第三偏置电流源连接；
所述第七晶体管的控制极与所述第七晶体管的第一极连接，所述第七晶体管的第一极与所述缓冲器电路的输入端连接，所述第七晶体管的第二极与所述第三偏置电流源连接；
所述第八晶体管的控制极与所述第四晶体管的控制极连接，所述第八晶体管的第一极与所述第二工作电压端连接，所述第八晶体管的第二极与所述缓冲器电路的输出端和第四偏置电流源连接。
可选地，所述源跟随模块包括：源跟随晶体管和开关晶体管；
所述源跟随晶体管的控制极与所述信号采集点连接，所述源跟随晶体管的第一极与所述第三工作电压端连接，所述源跟随晶体管的第二极与所述开关晶体管的第一极连接；
所述开关晶体管的控制极与选通控制线连接，所述开关晶体管的第二极与所述图像处理器连接。
为实现上述目的，本发明还提供了一种图像传感器，包括：如上述的像素电路。
为实现上述目的，本发明还提供了一种像素电路的驱动方法，所述像素电路采用上述的像素电路，该驱动方法包括：
在重置阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下导通，重置电压通过重置晶体管写入至所述信号采集点；
在曝光采样阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下截止，所述光电转化器采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对所述信号采集点进行充电；以及，所述检测补偿模块检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且将其转化为对应的第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述图像处理器；
在输出阶段，所述源极跟随模块获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器，以供所述图像处理器根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定入射光强度。
为实现上述目的，本发明还提供了一种像素电路的驱动方法，其特征在于，所述像素电路采用上述的像素电路，该驱动方法包括：
在重置阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下导通，重置电压通过重置晶体管写入至所述信号采集点；
在曝光采样阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下截止，所述光电转化器采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对所述信号采集点进行充电；所述检测补偿模块检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且根据所述漏电流生成对应的补偿电流，并将所述补偿电流输出至所述信号采集点；
在输出阶段，所述源极跟随模块获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器，以供所述图像处理器根据所述第一电压信号确定入射光强度。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种像素电路及其驱动方法和图像传感器，其中像素电路包括：重置晶体管、光电转化器、源跟随模块和检测补偿模块；重置晶体管的控制极与重置信号线连接，重置晶体管的第一极与检测补偿模块连接，重置晶体管的第二极、光电转化器的第一极以及源跟随模块连接于信号采集点。在本发明中，通过检测补偿模块检测重置晶体管在截止状态时的漏电流，并生成对应的补偿信号，以供对信号采集点处因漏电流而造成的电压变化量进行补偿，从而实现对信号采集点处的电压信号进行精准检测，有利于提升图像传感器的识别精准度。
附图说明
图1为现有技术中像素电路的电路结构示意图；
图2为图1中信号采集点处电压随时间变化的示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种像素电路的电路结构示意图；
图4为本发明实施例一提供的又一种像素电路的电路结构示意图；
图5为图4中信号采集点处以及积分电路的输出端处的电压随时间变化的示意图；
图6为图4所示像素电路的工作时序图；
图7为本发明实施例二提供的一种像素电路的驱动方法的流程图；
图8为本发明实施例三提供的一种像素电路的电路结构示意图；
图9为本发明实施例三提供的又一种像素电路的电路结构示意图；
图10为图9中电流镜电路和缓冲器电路的电路结构示意图；
图11为本发明实施例四提供的一种像素电路的驱动方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种像素电路及其驱动方法和图像传感器进行详细描述。
在本发明中，晶体管均包括三个极：控制极、第一极和第二极，其中，控制极是指晶体管的栅极，第一极和第二极分别为源极和漏极，第一极和第二极可以互换。
图3为本发明实施例一提供的一种像素电路的电路结构示意图，如图3所示，该像素电路用于向外部的图像处理器提供电压信号，该像素电路包括：重置晶体管Mrst、光电转化器PD、源跟随模块1和检测补偿模块2。
其中，重置晶体管Mrst的控制极与重置信号线Reset连接，重置晶体管Mrst的第一极与检测补偿模块2连接，重置晶体管Mrst的第二极、光电转化器PD的第一极以及源跟随模块1连接于信号采集点FD，光电转化器的第二极输入有直流偏置电压VR。
光电转化器PD用于采集入射光，并根据采集到的入射光生成对应的电信号。本实施例中以光电转化器包括光电二极管(Photo Diode，简称PD)为例进行描述；当然，本发明中的光电转化器PD还可以为其他具有光电转化功能的器件。
源极跟随模块与图像处理器连接，用于获取信号采集点FD处的第一电压信号，并将其输出至图像处理器。
检测补偿模块2与图像处理器连接，用于检测重置晶体管Mrst处于截止状态时的漏电流，且将其转化为对应的第二电压信号，并将第二电压信号输出至图像处理器，以供图像处理器根据第一电压信号和第二电压信号确定入射光强度。
在本发明中，通过检测补偿模块2检测重置晶体管Mrst处于截止状态时的漏电流，并将其转化为对应的第二电压信号，以供图像处理器根据该第二电压信号来对信号采集点FD处的第一电压信号进行补偿，从而实现对信号采集点FD处的电压信号进行精准检测。
图4为本发明实施例一提供的又一种像素电路的电路结构示意图，图5为图4中信号采集点处以及积分电路的输出端处的电压随时间变化的示意图，如图4和图5所示，该像素电路为基于图3所示像素电路的一种具体电路，具体地，检测补偿模块2包括：积分电路，积分电路的输入端与重置晶体管Mrst的第一极连接，积分电路的输出端与图像处理器连接。
积分电路可对重置晶体管Mrst处的漏电流进行积分处理，并输出相应的电压信号，从而可对信号采集点FD处因漏电流而导致电压变化的量进行检测，以供后续对信号采集点FD处因漏电流造成的电压变化量进行补偿。
进一步可选地，积分电路包括：运算放大器、电容C和第一晶体管M1。
其中，运算放大器的反相输入端与重置晶体管Mrst的第一极连接，运算放大器的正相输入端与重置电压端(提供重置电压Vrst)连接，运算放大器的输出端与图像处理器连接。
电容C的第一端与运算放大器的反相输入端连接，电容C的第二端与运算放大器的输出端连接。
第一晶体管M1的控制极与重置信号线Reset连接，第一晶体管M1的第一极与运算放大器的反相输入端连，第一晶体管M1的第二极与运算放大器的输出端连接。
可选地，源跟随模块1包括：源跟随晶体管Msf和开关晶体管Msel；源跟随晶体管Msf的控制极与信号采集点FD连接，源跟随晶体管Msf的第一极与第三工作电压端连接，源跟随晶体管Msf的第二极与开关晶体管Msel的第一极连接；开关晶体管Msel的控制极与选通控制线SEL(栅线)连接，开关晶体管Msel的第二极与图像处理器连接。
在本发明中，为便于图像处理器更好的接收开关晶体管Msel输出的电压信号，可在开关晶体管Msel的第二极与图像处理器之间设置一放大器(未示出)，以对开关晶体管Msel的第二极输出的电压信号进行放大处理。
下面将结合附图来对图4所示像素电路的工作过程进行描述。其中，以重置晶体管Mrst、源跟随晶体管Msf、开关晶体管Msel和第一晶体管M1均为N型晶体管为例。第一工作电压端、第二工作电压端和第三工作电压端均提供工作电压Vdd。
图6为图4所示像素电路的工作时序图，如图6所示，该像素电路的工作过程包括三个阶段：重置阶段T1、曝光采样阶段T2和输出阶段T3。
在重置阶段T1，重置信号线Reset提供的重置信号为高电平，选通控制线SEL提供的选通控制信号为低电平。此时，重置晶体管Mrst和第一晶体管M1均导通，开关晶体管Msel截止。
由于第一晶体管M1导通，则在运算放大器的负反馈作用下，运算放大器的输出端的电压Vleak和反相输入端Vneg的电压均等于正相输入端的电压Vrst，即Vleak＝Vneg＝Vrst。
又由于重置晶体管Mrst导通，则重置电压Vrst可写入至信号采集点FD，从而对信号采集点FD进行重置。
在曝光采样阶段T2，重置信号线Reset提供的重置信号为低电平，选通控制线SEL提供的选通控制信号为低电平。此时，重置晶体管Mrst、第一晶体管M1和开关晶体管Msel均截止。
光电转化器PD采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对信号采集点FD进行充电，信号采集点FD处的电压逐渐降低。与此同时，漏电流透过电容产生第二电压信号，第二电压信号对应的电压逐渐减小，第二电压信号输出至外部的图像处理器。
在曝光采样阶段T2结束时，信号采集点FD处的电压为V1；积分电路的输出端电压为V2，漏电流造成的电压变化量为V2-Vrst。
在输出阶段T3时，重置信号线Reset提供的重置信号为低电平，选通控制线SEL提供的选通控制信号为高电平。重置晶体管Mrst和第一晶体管M1均截止，开关晶体管Msel导通。
由于开关晶体管Msel导通，则源跟随晶体管Msf将信号采集点FD处的电压信号输出至外部的图像处理器。此时，图像处理器接收到的第一电压信号对应的电压为V1，接收到的第二电压信号对应的电压为V2。
图像处理器可根据第二电压信号来对因漏电流造成信号采集点FD处的电压变化进行补偿。具体地，在曝光采样阶段T2中因漏电流造成的电压变化量为V2-Vrst，因此在曝光采样阶段T2结束时，经过漏电流补偿过的信号采集点FD处的电压为V1+V2-Vrst。
即，在曝光采样阶段T2中，光电转化器PD所输出的电信号引起信号采集点FD处电压变化的理论值为V1+V2-2*Vrst。图像处理器可根据该电压变化值V1+V2-2*Vrst确定出入射光强度。在实际应用中，为方便计算，可使得重置电压Vrst取值为0，此时电转换器所输出的电信号造成信号采集点FD处电压变化的理论值为V1+V2，图像处理器可根据该电压变化值V1+V2确定出入射光强度。其中，根据信号采集点FD处电压变化值确定入射光强度的过程为本领域的现有技术，具体过程此处不进行详细描述。
图7为本发明实施例二提供的一种像素电路的驱动方法的流程图，如图7所示，其中像素电路采用上述实施例一中的像素电路，该像素电路的驱动方法包括：
步骤S101、在重置阶段，重置晶体管在重置信号线的控制下导通，重置电压通过重置晶体管写入至信号采集点。
步骤S102、在曝光采样阶段，重置晶体管在重置信号线的控制下截止，光电转化器采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对信号采集点进行充电；以及，检测补偿模块检测重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且将其转化为对应的第二电压信号，并将第二电压信号输出至图像处理器。
步骤S103、在输出阶段，源极跟随模块获取信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至图像处理器，以供图像处理器根据第一电压信号和第二电压信号确定入射光强度。
对于上述步骤S101～步骤S103的具体描述，可参见实施例一中的内容，此处不再赘述。
本发明实施例一和实施例二提供了一种图像传感器的像素电路及其驱动方法，通过对重置晶体管处于截止状态时的漏电流进行检测，并将其转化为对应的第二电压信号，以供图像处理器根据该第二电压信号来对信号采集点处的第一电压信号进行补偿，从而实现对信号采集点处的电压信号进行精准检测，有利于提升图像传感器的识别精准度。
图8为本发明实施例三提供的一种像素电路的电路结构示意图，如图8所示，该像素电路包括：重置晶体管Mrst、光电转化器PD、源跟随模块1和检测补偿模块2。
与上述实施例一中所示像素电路不同的是，本实施例中的检测补偿模块2与重置晶体管Mrst的第一极以及信号采集点FD连接，检测补偿模块2用于检测重置晶体管Mrst处于截止状态时的漏电流，且根据该漏电流生成对应的补偿电流，并将补偿电流输出至信号采集点FD，以对重置晶体管Mrst处的漏电流进行补偿；其中，补偿电流与漏电流大小相同且流向相反。
此外，外部的图像处理器可根据进行补偿后的信号采集点FD处的第一电压信号确定入射光强度。
在本发明中，通过检测补偿模块2检测重置晶体管Mrst处于截止状态时的漏电流，且生成与漏电流大小相同且流向相反的补偿电流，并将补偿电流输出至信号采集点FD，以对重置晶体管Mrst处的漏电流进行补偿，从而实现对信号采集点FD处的电压信号进行精准检测。
图9为本发明实施例三提供的又一种像素电路的电路结构示意图，如图9所示，该像素电路为基于图8所示像素电路的一种具体电路，具体地，检测补偿模块2包括：电流镜(Current Mirror)电路，电流镜电路的输入端与重置晶体管Mrst的第一极连接，电流镜电路3的输出端与信号采集点FD连接。其中，电流镜电路可对漏电流Ileak进行采集，并对其进行镜像，以输出与漏电流Ileak的电流大小相同且流向相反的补偿信号-Ileak，从而对信号采集点FD处因漏电流造成的电压变化进行补偿。
在实际应用中，受到漏电流Ileak的影响，重置晶体管Mrst的第一极处的电压变化范围较大，因此输入至电流镜的信号所对应的电压变化范围较大(电流信号的电压不稳)，对电流镜的要求较高。
为解决上述技术问题，本发明中在电流镜电路和重置晶体管Mrst的第一极之间设置一缓冲器电路，缓冲器(Buffer)电路的输入端与重置晶体管Mrst的第一极连接，缓冲器电路4的输出端与电流镜电路的输入端连接。缓冲器电路可对流入的漏电流Ileak进行复制，并向电流镜输出一个与漏电流Ileak的电流大小相同且电压处于预定范围(可根据所使用的电流镜的“可输入电压范围”进行设计)的电流信号Ileak。
此外，缓冲器还可与用于提供重置电压Vrst的重置电压端进行连接，并利用缓冲器来向信号采集点FD输出重置电压Vrst，以进行重置处理。具体地，缓冲器的正相输入端与重置电压端连接，反相输入端与重置晶体管Mrst的第一极连接，此时反相输入端可输出重置电压Vrst。因此，在重置阶段T1时反相输入端可用于提供重置电压，在曝光采样阶段T2时反相输入端用于接收漏电流Ileak。
可选地，源跟随模块1包括：源跟随晶体管Msf和开关晶体管Msel；源跟随晶体管Msf的控制极与信号采集点FD连接，源跟随晶体管Msf的第一极与第三工作电压端连接，源跟随晶体管Msf的第二极与开关晶体管Msel的第一极连接；开关晶体管Msel的控制极与选通控制线SEL(栅线)连接，开关晶体管Msel的第二极与图像处理器连接。
本实施例提供的像素电路的工作过程与上述实施例一提供的像素电路的工作过程类似，均包括三个阶段：重置阶段T1、曝光采样阶段T2和输出阶段T3。
在重置阶段T1，重置晶体管Mrst在重置信号线Reset的控制下导通，开关晶体管Msel在选通控制线SEL的控制下截止。
缓冲器的反相输入端将重置电压Vrst通过重置晶体管Mrst输出至信号采集点FD，以对信号采集点FD进行重置。
曝光采样阶段T2，重置晶体管Mrst在重置信号线Reset的控制下截止，开关晶体管Msel在选通控制线SEL的控制下截止。
光电转化器PD采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对信号采集点FD进行充电，以使得信号采集点FD的电压下降。在此过程中，由于重置晶体管Mrst处存在漏电流，因此光电转化器PD对信号采集点FD进行充电时信号采集点FD处电压下降的实际速度缓慢于理论速度。
缓冲器的反相输入端接收第一晶体管重置晶体管Mrst处的漏电流，并将其进行复制，输出与漏电流的电流大小相同且电压处于预设范围的电流信号Ileak。电流镜电路接收该电流信号Ileak，并对其进行镜像，以输出与该电流信号的电流大小相同且流向相反的补偿电流-Ileak，该补偿电流-Ileak流入至信号采集点FD，以对信号采集点FD处因漏电流所造成的电压影响进行补偿，从而实现对信号采集点FD处的电压信号进行精准检测，提升图像传感器的检测精准度。
在曝光采样阶段T2结束时，信号采集点FD处的电压为V1。
在输出阶段T3，重置晶体管Mrst在重置信号线Reset的控制下截止，开关晶体管Msel在选通控制线SEL的控制下导通。
由于开关晶体管Msel导通，则源跟随晶体管Msf将信号采集点FD处的电压输出至外部的图像处理器。此时，图像处理器接收到的第一电压信号对应的电压为V1。
图像处理器可根据在曝光采样阶段T2中信号采集点FD的电压变化量V1-Vrst，确定入射光强度。
图10为图9中电流镜电路和缓冲器电路的电路结构示意图，如图10所示，电流镜电路3包括：第二晶体管M2和第三晶体管M3。
第二晶体管M2的控制极与电流镜电路3的输入端连接，第二晶体管M2的第一极与第一工作电压端连接，第二晶体管M2的第二极与第一偏置电流源5和电流镜电路3的输入端连接。
第三晶体管M3的控制极与电流镜电路3的输入端连接，第三晶体管M3的第一极与第一工作电压端连接，第三晶体管M3的第二极与第二偏置电流源6和电流镜电路3的输出端连接。
缓冲器电路4包括：第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7和第八晶体管M8。
第四晶体管M4的控制极与第四晶体管M4的第二极、第五晶体管M5的控制极连接，第四晶体管M4的第一极与第二工作电压端连接，第四晶体管M4的第二极与第六晶体管M6的第一极连接。
第五晶体管M5的第一极与第二工作电压端连接；第五晶体管M5的第二极与第七晶体管M7的第一极连接。
第六晶体管M6的控制极与重置电压端连接，第六晶体管M6的第二极与第三偏置电流源7连接。
第七晶体管M7的控制极与第七晶体管M7的第一极连接，第七晶体管M7的第一极与缓冲器电路4的输入端连接，第七晶体管M7的第二极与第三偏置电流源7连接。
第八晶体管M8的控制极与第四晶体管M4的控制极连接，第八晶体管M8的第一极与第二工作电压端连接，第八晶体管M8的第二极与缓冲器电路4的输出端和第四偏置电流源8连接。
其中，第一工作电压端、第二工作电压端和第三工作电压端均提供工作电压Vdd；第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5以及第八晶体管M8均为P型晶体管，第六晶体管M6和第七晶体管M7均为N型晶体管。
第一偏置电流源5～第四偏置电流源8均包括一个电流输出晶体管Md和对应电压源Vss，电流输出晶体管Md的控制极与偏置电压输入端连接，偏置电压输入端用于提供偏置电压Vbiase，以使得对应的电流输出晶体管Md输出偏置电流。
需要说明的是，上述电流镜电路3包括：第二晶体管M2和第三晶体管M3，缓冲器电路4包括：第四晶体管M4～第八晶体管M8的情况仅起到示例性作用，其不会对本发明的技术方案产生限制，本发明中的电流镜电路3和缓冲器电路4还可采用其他结构，此处不再一一举例说明。
图11为本发明实施例四提供的一种像素电路的驱动方法的流程图，如图11所示，其中像素电路采用上述实施例三中的像素电路，该像素电路的驱动方法包括：
步骤S201、在重置阶段，重置晶体管在重置信号线的控制下导通，重置电压通过重置晶体管写入至信号采集点。
步骤S202、在曝光采样阶段，重置晶体管在重置信号线的控制下截止，光电转化器采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对信号采集点进行充电；检测补偿模块检测重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且根据漏电流生成对应的补偿电流，并将补偿电流输出至信号采集点。
步骤S203、在输出阶段，源极跟随模块获取信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至图像处理器，以供图像处理器根据第一电压信号确定入射光强度。
对于上述步骤S201～步骤S203的具体描述，可参见实施例三中的内容，此处不再赘述。
本发明实施例三和实施例四提供了一种图像传感器的像素电路及其驱动方法，通过检测补偿模块检测重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且生成与漏电流大小相同且流向相反的补偿电流，并将补偿电流输出至信号采集点，以对重置晶体管处的漏电流进行补偿，从而实现对信号采集点处的电压信号进行精准检测，有利于提升图像传感器的识别精准度。
本发明实施例五提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：像素电路，其中，像素电路采用上述实施例一或实施例三中提供的像素电路，具体描述可参见前述实施例一和实施例三中的内容，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种像素电路，其特征在于，用于向图像处理器提供电压信号，包括：重置晶体管、光电转化器、源跟随模块和检测补偿模块；
所述重置晶体管的控制极与重置信号线连接，所述重置晶体管的第一极与所述检测补偿模块连接，所述重置晶体管的第二极、所述光电转化器的第一极以及所述源跟随模块连接于信号采集点；
所述光电转化器用于采集入射光，并根据采集到的入射光生成对应的电信号；
所述源跟随模块与所述图像处理器连接，用于获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器；
所述检测补偿模块与所述图像处理器连接，用于检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且将其转化为对应的第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述图像处理器，以供所述图像处理器根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定入射光强度。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述检测补偿模块包括：积分电路，所述积分电路的输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述积分电路的输出端与所述图像处理器连接。
3.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于，所述积分电路包括：运算放大器、电容和第一晶体管；
所述运算放大器的反相输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述运算放大器的正相输入端与重置电压端连接，所述运算放大器的输出端与所述图像处理器连接；
所述电容的第一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述电容的第二端与所述运算放大器的输出端连接；
所述第一晶体管的控制极与所述重置信号线连接，所述第一晶体管的第一极与所述运算放大器的反相输入端连，所述第一晶体管的第二极与所述运算放大器的输出端连接。
4.根据权利要求1-3中任一所述的像素电路，其特征在于，所述源跟随模块包括：源跟随晶体管和开关晶体管；
所述源跟随晶体管的控制极与所述信号采集点连接，所述源跟随晶体管的第一极与第三工作电压端连接，所述源跟随晶体管的第二极与所述开关晶体管的第一极连接；
所述开关晶体管的控制极与选通控制线连接，所述开关晶体管的第二极与所述图像处理器连接。
5.一种像素电路，其特征在于，用于向图像处理器提供电压信号，包括：重置晶体管、光电转化器、源跟随模块和检测补偿模块；
所述重置晶体管的控制极与重置信号线连接，所述重置晶体管的第一极与所述检测补偿模块连接，所述重置晶体管的第二极、所述光电转化器的第一极以及所述源跟随模块连接于信号采集点；
所述光电转化器用于采集入射光，并根据采集到的入射光生成对应的电信号；
所述源跟随模块与所述图像处理器连接，用于获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器；
所述检测补偿模块，用于检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且根据所述漏电流生成对应的补偿电流，并将所述补偿电流输出至所述信号采集点，以对所述重置晶体管处的漏电流进行补偿；
所述补偿电流与所述漏电流大小相同且流向相反。
6.根据权利要求5所述的像素电路，其特征在于，所述检测补偿模块包括：电流镜电路，所述电流镜电路的输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述电流镜电路的输出端与所述信号采集点连接。
7.根据权利要求6所述的像素电路，其特征在于，所述电流镜电路包括：第二晶体管和第三晶体管；
所述第二晶体管的控制极与所述电流镜电路的输入端连接，所述第二晶体管的第一极与第一工作电压端连接，所述第二晶体管的第二极与第一偏置电流源和所述电流镜电路的输入端连接；
所述第三晶体管的控制极与所述电流镜电路的输入端连接，所述第三晶体管的第一极与所述第一工作电压端连接，所述第三晶体管的第二极与第二偏置电流源和所述电流镜电路的输出端连接。
8.根据权利要求6所述的像素电路，其特征在于，所述检测补偿模块还包括：缓冲器电路，所述缓冲器电路设置于所述电流镜电路和所述重置晶体管之间；
所述缓冲器电路的输入端与所述重置晶体管的第一极连接，所述缓冲器电路的输出端与所述电流镜电路的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的像素电路，其特征在于，所述缓冲器电路包括：第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管；
所述第四晶体管的控制极与所述第四晶体管的第二极、所述第五晶体管的控制极连接，所述第四晶体管的第一极与第二工作电压端连接，所述第四晶体管的第二极与所述第六晶体管的第一极连接；
所述第五晶体管的第一极与所述第二工作电压端连接；所述第五晶体管的第二极与所述第七晶体管的第一极连接；
所述第六晶体管的控制极与重置电压端连接，所述第六晶体管的第二极与第三偏置电流源连接；
所述第七晶体管的控制极与所述第七晶体管的第一极连接，所述第七晶体管的第一极与所述缓冲器电路的输入端连接，所述第七晶体管的第二极与所述第三偏置电流源连接；
所述第八晶体管的控制极与所述第四晶体管的控制极连接，所述第八晶体管的第一极与所述第二工作电压端连接，所述第八晶体管的第二极与所述缓冲器电路的输出端和第四偏置电流源连接。
10.根据权利要求5-9中任一所述的像素电路，其特征在于，所述源跟随模块包括：源跟随晶体管和开关晶体管；
所述源跟随晶体管的控制极与所述信号采集点连接，所述源跟随晶体管的第一极与第三工作电压端连接，所述源跟随晶体管的第二极与所述开关晶体管的第一极连接；
所述开关晶体管的控制极与选通控制线连接，所述开关晶体管的第二极与所述图像处理器连接。
11.一种图像传感器，其特征在于，包括：如上述权利要求1-10中任一所述的像素电路。
12.一种像素电路的驱动方法，其特征在于，所述像素电路采用上述权利要求1-4中任一所述的像素电路，该驱动方法包括：
在重置阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下导通，重置电压通过重置晶体管写入至所述信号采集点；
在曝光采样阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下截止，所述光电转化器采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对所述信号采集点进行充电；以及，所述检测补偿模块检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且将其转化为对应的第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述图像处理器；
在输出阶段，所述源跟随模块获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器，以供所述图像处理器根据所述第一电压信号和所述第二电压信号确定入射光强度。
13.一种像素电路的驱动方法，其特征在于，所述像素电路采用上述权利要求5-10中任一所述的像素电路，该驱动方法包括：
在重置阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下导通，重置电压通过重置晶体管写入至所述信号采集点；
在曝光采样阶段，所述重置晶体管在所述重置信号线的控制下截止，所述光电转化器采集入射光并根据采集到的入射光生成对应的电信号，以对所述信号采集点进行充电；所述检测补偿模块检测所述重置晶体管处于截止状态时的漏电流，且根据所述漏电流生成对应的补偿电流，并将所述补偿电流输出至所述信号采集点；
在输出阶段，所述源跟随模块获取所述信号采集点处的第一电压信号，并将其输出至所述图像处理器，以供所述图像处理器根据所述第一电压信号确定入射光强度。
CN201810191111.3A 2018-03-08 2018-03-08 像素电路及其驱动方法和图像传感器 Active CN108419031B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810191111.3A CN108419031B (zh) 2018-03-08 2018-03-08 像素电路及其驱动方法和图像传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810191111.3A CN108419031B (zh) 2018-03-08 2018-03-08 像素电路及其驱动方法和图像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108419031A CN108419031A (zh) 2018-08-17
CN108419031B true CN108419031B (zh) 2020-12-29

Family

ID=63130495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810191111.3A Active CN108419031B (zh) 2018-03-08 2018-03-08 像素电路及其驱动方法和图像传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108419031B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111913595B (zh) * 2019-05-10 2024-03-08 北京钛方科技有限责任公司 触控板按压力度检测系统及方法
CN110160647B (zh) * 2019-06-20 2022-07-05 京东方科技集团股份有限公司 光强检测电路、光强检测方法和显示装置
CN112345909B (zh) * 2019-08-07 2023-10-13 宁波飞芯电子科技有限公司 一种检测方法、检测电路及复位电路
CN111337125B (zh) * 2020-03-20 2021-11-16 京东方科技集团股份有限公司 一种光强检测电路、光强检测方法和装置
WO2021223105A1 (zh) * 2020-05-06 2021-11-11 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素、图像传感器及电子装置
CN111263089B (zh) * 2020-05-06 2020-10-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素、图像传感器及电子装置
WO2021223108A1 (zh) * 2020-05-06 2021-11-11 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素、图像传感器及电子装置
CN111665268B (zh) * 2020-06-12 2023-04-28 上海天马微电子有限公司 光信号检测电路、方法及x光探测器
WO2023044909A1 (zh) * 2021-09-27 2023-03-30 京东方科技集团股份有限公司 光电检测电路及其控制方法和像素单元

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4313789B2 (ja) * 2005-07-29 2009-08-12 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体撮像装置およびその製造方法
TWI520122B (zh) * 2014-01-08 2016-02-01 友達光電股份有限公司 顯示裝置
JP2017120973A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像素子
CN105789202B (zh) * 2016-05-20 2018-09-14 京东方科技集团股份有限公司 有源像素传感器电路、驱动方法和图像传感器
CN106940979B (zh) * 2017-05-23 2019-01-25 京东方科技集团股份有限公司 像素补偿电路及其驱动方法、显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108419031A (zh) 2018-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108419031B (zh) 像素电路及其驱动方法和图像传感器
US9807323B2 (en) Pixel circuit with constant voltage biased photodiode and related imaging method
CN108168695B (zh) 光检测单元及方法、光检测电路及方法和显示装置
CN108303176B (zh) 一种光传感器、光检测方法和显示装置
US11006062B2 (en) Pixel sensing circuit and driving method thereof, image sensor and electronic device
US9478568B2 (en) Photoelectric conversion device having two switch elements
CN108391071A (zh) 一种采用二次相关双采样技术的spad阵列级读出电路
US20200234639A1 (en) A pixel circuit, a driving method thereof and a display apparatus
US10212374B2 (en) Pixel circuit, driving method thereof, image sensor, and image acquisition apparatus
US11553145B2 (en) Methods and systems for increasing PSRR compensation range in an image sensor
US10880510B2 (en) Circuit of detecting light, image sensor and electronic device using the same and method of detecting light based on the same
US10757354B2 (en) Pixel sensing circuit and driving method thereof, image sensor and electronic device
CN103491324B (zh) 高速全局快门图像传感器像素及其像素信号的采样方法
CN102595062A (zh) Cmos图像传感器黑光噪声抑制方法
US9508402B2 (en) Readout device, dual-function readout device, and detecting circuit thereof
CN114726323B (zh) 一种电容反馈跨阻放大器电路、驱动方法、驱动电路
CN114071034B (zh) 基于开关电容的复合介质栅双晶体管像素读出电路
CN105578085A (zh) 应用于单光子雪崩二极管的光信号线性存储方法
CN111193840B (zh) 高速图像传感器读出电路的实现方法
CN110987197B (zh) 信号处理装置及方法
CN110740276A (zh) 减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法、差分电路
CN211905675U (zh) 一种采样电路、读出电路及探测装置
US11064142B1 (en) Imaging system with a digital conversion circuit for generating a digital correlated signal sample and related imaging method
CN112449126B (zh) 光感测器电路
US20070019969A1 (en) Apparatus and method for converting optical signal into electrical signal

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