CN109120835A - 图像传感器像素电路及其工作方法 - Google Patents

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CN109120835A CN201811286241.1A CN201811286241A CN109120835A CN 109120835 A CN109120835 A CN 109120835A CN 201811286241 A CN201811286241 A CN 201811286241A CN 109120835 A CN109120835 A CN 109120835A
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Abstract

一种图像传感器像素电路及其工作方法，电路包括：光电二极管，光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，传输晶体管的源级与正向连接端连接，传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，复位晶体管的漏极与第一电源线连接，复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；与第二浮空扩散点连接的电容；前置晶体管，前置晶体管的源级与正向连接端连接，前置晶体管的漏极与第二电源线连接，前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线。所述图像传感器像素电路的动态范围得到提高。

Description

图像传感器像素电路及其工作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器像素电路及其工作方法。
背景技术
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。其中CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。
然而，现有的图像传感器的性能有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种图像传感器像素电路及其工作方法，以提高图像传感器像素电路的性能。
为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，包括：光电二极管，所述光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，所述附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，所述附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，所述复位晶体管的漏极与第一电源线连接，所述复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；前置晶体管，所述前置晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管的漏极与第二电源线连接，所述前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。
可选的，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位不同。
可选的，还包括：源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极与第一浮空扩散点连接，所述源跟随晶体管的漏极与第三电源线连接；选择晶体管，所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源级连接，所述选择晶体管的源级与列读出线连接。
可选的，第三电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第三电源线的电位与第一电源线的电位不同。
可选的，所述电容具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点连接，第二端接地。
可选的，所述光电二极管具有正向连接端和反向连接端，所述正向连接端分别与所述传输晶体管的源级以及所述前置晶体管的源级连接，所述反向连接端接地。
本发明还提供一种图像传感器像素电路的工作方法，包括：提供上述任意一项的图像传感器像素电路；进行主曝光时序步骤，在进行主曝光时序步骤中，所述前置晶体管、传输晶体管和复位晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管处于导通状态；进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，所述前置晶体管处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管处于断开状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集后，在附加晶体管处于导通状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第二充电；进行第二充电后，在附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二信号数据采集；进行主读出时序步骤后，进行扩展曝光时序步骤，在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，复位晶体管处于断开状态，扩展曝光时序步骤包括：所述前置晶体管执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；在每次释放步骤之后，导通传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第三充电；扩展曝光时序步骤和各第三充电均进行之后，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三信号数据采集。
可选的，在各释放步骤中，所述前置晶体管处于导通状态，所述传输晶体管处于断开状态；在所述第三充电中，所述传输晶体管处于导通状态，所述前置晶体管处于断开状态。
可选的，在主读出时序步骤的起始时刻至第二信号数据采集的终结时刻，所述复位晶体管处于断开状态。
可选的，所述主读出时序步骤还包括：在进行第一充电之前，在附加晶体管、复位晶体管和传输晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一基准数据采集；根据第一基准数据采集得到的数据与第一信号数据采集得到的数据之差，获取第一有效信号数据。
可选的，所述主读出时序步骤还包括：在进行第二信号数据采集后，进行主复位操作，在主复位操作中，复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，传输晶体管处于断开状态；进行主复位操作后，在复位晶体管和传输晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二基准数据采集；根据第二基准数据采集得到的数据与第二信号数据采集得到的数据之差，获取第二有效信号数据。
可选的，还包括：进行第三信号数据采集后，进行扩展复位操作，在扩展复位操作中，复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，传输晶体管和前置晶体管处于断开状态；进行扩展复位操作后，在复位晶体管、传输晶体管和前置晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三基准数据采集；根据第三基准数据采集得到的数据与第三信号数据采集得到的数据之差，获取第三有效信号数据。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案提供的图像传感器像素电路的工作方法中，在进行主曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，因此在光电二极管过曝的情况下，光电二极管中的光生电子会通过传输晶体管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点。由于在进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，前置晶体管处于断开状态，因此进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，光电二极管中的光生电子不会转移至第二电源线。在附加晶体管处于断开状态下进行第一充电，使光电二极管中的光生电子转移至第一浮空扩散点，由于第一浮空扩散点的满阱电容较小，因此第一信号数据采集得到的数据用于表征图像在暗处的信息。在附加晶体管处于导通状态进行第二充电，第二充电使光电二极管中的光生电子转移至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点，主要由第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容存储来自光电二极管的光生电子。由于第一浮空扩散点和所述电容共同的满阱电容大于第一浮空扩散点的满阱电容，因此在光电二极管曝光的情况下，第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容有足够的电容空间存储来自光电二极管产生的光生电子，因此第二信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度大于第一信号数据采集得到数据可表征的图像亮度。
在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，那么在光电二极管过曝的情况下，光电二极管中的光生电子会通过传输晶体管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点，主要由电容和第一浮空扩散点的寄生电容存储来自光电二极管溢出的光生电子。由于设置了前置晶体管，所述前置晶体管在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管中的电荷传输至第二电源线，因此在释放步骤的时间内，光电二极管中的电荷不会溢出至第一浮空扩散点。在每次释放步骤之后，导通传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第三充电，第三充电使光电二极管存储的光生电子转移至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点。这样使得在扩展曝光时序步骤中，从光电二极管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点的光生电子的数量较少，因此第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容有足够的电容空间存储来自光电二极管产生的光生电子。那么第三信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度大于第二信号数据采集得到数据可表征的图像亮度，这样提高了图像传感器像素电路动态范围。综上，提高了图像传感器像素电路的性能。
附图说明
图1是一种图像传感器像素电路的示意图；
图2是本发明一实施例中图像传感器像素电路的示意图；
图3是本发明图像传感器像素电路的主曝光时序步骤和主读出时序步骤的时序图；
图4是本发明图像传感器像素电路的扩展曝光时序步骤和扩展读出时序步骤的时序图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术形成的图像传感器像素电路的性能较差。
一种图像传感器像素电路，请参考图1，包括：光电二极管；传输晶体管，所述传输晶体管Ptx的源级与所述光电二极管的正向连接端连接；第一浮空扩散点sfd，第一浮空扩散点sfd与传输晶体管Ptx的漏极连接；附加晶体管Pss，附加晶体管Pss源极与第一浮空扩散点sfd连接；第二浮空扩散点lfd，第二浮空扩散点lfd与附加晶体管Pss的漏极连接；复位晶体管Prst，复位晶体管Prst的漏极与电源线vdd连接，复位晶体管Prst的源极与第二浮空扩散点lfd连接；电容C，电容C的一端与第二浮空扩散点lfd连接，电容C的另一端与地线连接；源跟随晶体管Psf，源跟随晶体管Psf的栅极与第一浮空扩散点sfd连接，所述源跟随晶体管Psf的漏极与电源线vdd连接；行选择晶体管Psel，所述行选择晶体管Psel的漏极与所述源跟随晶体管Psf的源极连接，所述行选择晶体管Psel的源极与所述列读出线bL连接。
对于图1中的图像传感器像素电路，每一帧曝光的时间相同，且曝光采用长曝光时间，这样克服了频闪现象。
对于图1中的图像传感器像素电路，按照时序，首先读出暗处的信息，该数据为第一数据，具体的，光电二极管的光电子转移到第一浮空扩散点sfd上后，在第一浮空扩散点sfd产生电压变化，第一浮空扩散点sfd的电位通过行选择晶体管Psel和源跟随晶体管Psf被读出，获得第一数据；按照时序，读出亮处的信息，该数据为第二数据，具体的，光电二极管的光电子通过传输晶体管Ptx和附加晶体管Pss转移到第二浮空扩散点lfd和第一浮空扩散点sfd，主要由电容C和第一浮空扩散点sfd的寄生电容存储第二数据对应的来自光电二极管的光电子，在第一浮空扩散点sfd产生电压变化，第一浮空扩散点sfd的电位通过行选择晶体管Psel和源跟随晶体管Psf被读出，获得第二数据。通过对第一数据和第二数据进行融合，得到一个画面图像，该画面图像的动态范围较高。
图1中的图像传感器像素电路，当电容C的电容值与第一浮空扩散点sfd的寄生电容的比值为16～32时，所述图像传感器像素电路的动态范围能达90dB至100dB。
然而，在实际中，电容C与第一浮空扩散点的电容的大小比值无法取到很高的数值，原因包括：由于电容C制作在一个像素中，电容C占据的面积有限，因此电容C无法做到很大；若电容C与第一浮空扩散点的电容的大小比值很大，如达到100，那么第一数据与第二数据的过渡区域的信噪比过小，导致第二数据和第一数据融合后的图像质量下降。
综上，由于电容C与第一浮空扩散点的电容的大小比值的提高受到限制，因此图像传感器像素电路的动态范围的提高受到限制。实际应用中需要获得超过120dB动态范围的图像传感器像素电路，例如：在隧道环境、全天候监控环境或车载领域中时，需要超高动态范围的图像传感器像素电路。
为了解决上述问题，本发明提供一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，包括：光电二极管，所述光电二极管具有正向连接端；传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；附加晶体管，所述附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，所述附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；复位晶体管，所述复位晶体管的漏极与第一电源线连接，所述复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；前置晶体管，所述前置晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管的漏极与第二电源线连接，所述前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。所述图像传感器像素电路的性能得到提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明一实施例提供一种图像传感器像素电路，请参考图2，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，包括：
光电二极管200，所述光电二极管200具有正向连接端；
传输晶体管210，所述传输晶体管210的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管210的漏极与第一浮空扩散点sfd1连接；
附加晶体管220，所述附加晶体管220的源级与第一浮空扩散点sfd1连接，所述附加晶体管220的漏极与第二浮空扩散点lfd1连接；
复位晶体管230，所述复位晶体管230的漏极与第一电源线L_VDD1连接，所述复位晶体管230的源级连接第二浮空扩散点lfd1；
电容C1，所述电容C1与第二浮空扩散点lfd1连接；
前置晶体管260，所述前置晶体管260的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管260的漏极与第二电源线L_VDD2连接，所述前置晶体管260适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管200中的电荷传输至第二电源线L_VDD2；
列读出线BL，所述列读出线BL适于读出第一浮空扩散点sfd1的电位信息。
所述第二电源线L_VDD2的电位VDD2与第一电源线L_VDD1的电位VDD1相同；或者，所述第二电源线L_VDD2的电位VDD2与第一电源线L_VDD1的电位VDD1不同。
所述光电二极管200还具有反向连接端，所述反向连接端接地。
所述图像传感器像素电路还包括：源跟随晶体管240，所述源跟随晶体管240的栅极与第一浮空扩散点sfd1连接，所述源跟随晶体管240的漏极与第三电源线L_VDD3连接；选择晶体管250，所述选择晶体管250的漏极与所述源跟随晶体管240的源级连接，所述选择晶体管250的源级与列读出线BL连接。
第三电源线L_VDD3的电位VDD3与第一电源线L_VDD1的电位VDD1相同；或者，所述第三电源线L_VDD3的电位VDD3与第一电源线L_VDD1的电位VDD1不同。
所述电容C1具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点lfd1连接，第二端接地。
所述光电二极管200具有正向连接端和反向连接端，所述正向连接端分别与所述传输晶体管210的源级以及所述前置晶体管260的源级连接，所述反向连接端接地。
本实施例中，电容C1的电容值与第一浮空扩散点sfd1的电容的比值的要求较低，电容C1占据的面积较小，电容C1很容易制作在一个像素中，其次，利于对后续第二有效信号数据和第一有效信号数据的融合，第二有效信号数据和第一有效信号数据融合后的图像质量较好。
本实施例中，电容C1的大小与第一浮空扩散点sfd1的寄生电容的大小比值为4～40，如16～32。
相应的，本实施例还提供一种图像传感器像素电路的工作方法，包括：
提供上述的图像传感器像素电路(参考图2)；
进行主曝光时序步骤，在主曝光时序步骤中，所述前置晶体管260、传输晶体管210和复位晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管220处于导通状态；
进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，所述前置晶体管260处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管220处于断开状态下，导通所述传输晶体管210，使光电二极管200中的电荷对第一浮空扩散点sfd1进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管220处于断开状态下，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集后，在附加晶体管220处于导通状态下，导通所述传输晶体管210，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点sfd1和第二浮空扩散点lfd1进行第二充电；进行第二充电后，在附加晶体管220处于导通状态下，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第二信号数据采集；
进行主读出时序步骤后，进行扩展曝光时序步骤，在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管220处于导通状态，复位晶体管230处于断开状态，所述扩展曝光时序步骤包括：前置晶体管260执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管200中的电荷传输至第二电源线L_VDD2；
在每次释放步骤之后，导通传输晶体管210，使光电二极管200中的电荷对所述第一浮空扩散点sfd1和第二浮空扩散点lfd1进行第三充电；
扩展曝光时序步骤和各第三充电均进行之后，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第三信号数据采集。
图3是本发明图像传感器像素电路的主曝光时序步骤和主读出时序步骤的时序图，图4是本发明图像传感器像素电路的扩展曝光时序步骤和扩展读出时序步骤的时序图。
V_RSEL是所述选择晶体管250的栅极的时序信号，当V_RSEL为高电平时，所述选择晶体管250处于导通状态，当V_RSEL为低电平时，所述选择晶体管250处于断开状态。
V_RST是所述复位晶体管230的栅极的时序信号，当V_RST为高电平时，所述复位晶体管230处于导通状态，当V_RST为低电平时，所述复位晶体管230处于断开状态。
V_TX是所述传输晶体管210的栅极的时序信号，当V_TX为高电平时，所述传输晶体管210处于导通状态，当V_TX为低电平时，所述传输晶体管210处于断开状态。
V_F是所述附加晶体管220的栅极的时序信号，当V_F为高电平时，所述附加晶体管220处于导通状态，当V_F为低电平时，所述附加晶体管220处于断开状态；
V_Q是前置晶体管260的栅极的时序信号，当V_Q为高电平时，前置晶体管260处于导通状态，当V_Q为低电平时，前置晶体管260处于断开状态。
本实施例中，在进行主曝光时序步骤之前，还包括：进行主清空步骤，在主清空步骤中，所述复位晶体管230处于导通状态，所述传输晶体管210处于导通状态，所述附加晶体管220处于导通状态，选择晶体管250处于断开状态，前置晶体管260处于断开状态。所述主清空步骤使光电二极管200的电荷清空。
在主曝光时序步骤中，所述附加晶体管220一直处于导通状态，所述选择晶体管250一直处于断开状态，所述复位晶体管230一直处于断开状态，传输晶体管210一直处于断开状态，所述前置晶体管260一直处于断开状态。
在主读出时序步骤中，所述前置晶体管260一直处于断开状态，所述选择晶体管250一直处于导通状态。
所述主读出时序步骤包括：在附加晶体管220、复位晶体管230和传输晶体管210处于断开状态下，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第一基准数据采集。
在主读出时序步骤的初始时刻至第一基准数据采集的终结时刻，所述复位晶体管230和所述传输晶体管210一直处于断开状态。
所述主读出时序步骤还包括：在进行第一基准数据采集后，在附加晶体管220处于断开状态下，导通所述传输晶体管210，使光电二极管200中的电荷对第一浮空扩散点sfd1进行第一充电。
在第一充电中，所述传输晶体管210处于导通状态，所述复位晶体管230处于断开状态，所述附加晶体管220处于断开状态。
所述主读出时序步骤还包括：进行第一充电后，在附加晶体管220处于断开状态下，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第一信号数据采集。
在第一信号数据采集中，附加晶体管220、传输晶体管210和复位晶体管230处于断开状态。
根据第一基准数据采集得到的数据与第一信号数据采集得到的数据之差，获取第一有效信号数据。
所述主读出时序步骤还包括：进行第一信号数据采集后，打开所述附加晶体管220，之后，在附加晶体管220处于导通状态下，导通所述传输晶体管210，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点sfd1和第二浮空扩散点lfd1进行第二充电；进行第二充电后，在附加晶体管220处于导通状态下，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第二信号数据采集。
在主读出时序步骤的起始时刻至第二信号数据采集的终结时刻，所述复位晶体管230处于断开状态。
在第二充电中，复位晶体管230处于断开状态，传输晶体管210处于导通状态，所述附加晶体管220处于导通状态。
在第二信号数据采集中，传输晶体管210处于断开状态，附加晶体管220处于导通状态，复位晶体管230处于断开状态。
所述主读出时序步骤还包括：在进行第二信号数据采集后，进行主复位操作，在主复位操作中，复位晶体管230和附加晶体管220处于导通状态，传输晶体管210处于断开状态；进行主复位操作后，在复位晶体管230和传输晶体管210处于断开状态、且附加晶体管220处于导通状态下，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第二基准数据采集。
根据第二基准数据采集得到的数据与第二信号数据采集得到的数据之差，获取第二有效信号数据。
所述主曝光时序步骤对应主曝光总时间T1。
进行主读出时序步骤后，进行扩展曝光时序步骤。
本实施例中，还包括：在进行主读出时序步骤之后，且在进行扩展曝光时序步骤之前，进行扩展清空步骤。在扩展清空步骤中，所述复位晶体管230处于导通状态，所述传输晶体管210处于导通状态，附加晶体管220处于导通状态，选择晶体管250处于断开状态，前置晶体管260处于导通状态。所述扩展清空步骤使光电二极管200中的电荷清空。
在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管220处于导通状态，所述复位晶体管230处于断开状态，所述选择晶体管250处于断开状态。
所述扩展曝光时序步骤包括：所述前置晶体管260执行若干次相间的释放步骤，以使光电二极管200中的电荷传输至第二电源线L_VDD2。
在各释放步骤中，所述前置晶体管260处于导通状态，所述传输晶体管210处于断开状态。
在每次释放步骤之后，导通传输晶体管210，使光电二极管200中的电荷对所述第一浮空扩散点sfd1和第二浮空扩散点进行第三充电。
在所述第三充电中，所述传输晶体管210处于导通状态，所述前置晶体管260处于断开状态。
扩展曝光时序步骤和各第三充电均进行之后，所述列读出线BL对第一浮空扩散点sfd1的电位信息进行第三信号数据采集。
进行扩展曝光时序步骤后，进行扩展读出时序步骤，在扩展读出时序步骤中，所述选择晶体管250处于导通状态，所述附加晶体管220处于导通状态，所述前置晶体管260处于断开状态。
所述扩展读出时序步骤包括：第三信号数据采集，在第三信号数据采集中，所述复位晶体管230处于断开状态，传输晶体管210处于断开状态；进行第三信号数据采集后，进行扩展复位操作，在扩展复位操作中，复位晶体管230和附加晶体管220处于导通状态，传输晶体管210和前置晶体管260处于断开状态；进行扩展复位操作后，在复位晶体管230、传输晶体管210和前置晶体管260处于断开状态、且附加晶体管220处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三基准数据采集；根据第三基准数据采集得到的数据与第三信号数据采集得到的数据之差，获取第三有效信号数据。
在扩展读出时序步骤的起始时刻至第三信号数据采集的终结时刻，复位晶体管230处于断开状态。
本实施例中，所述扩展读出时序步骤还包括：在第三信号数据采集之前，进行一次第三充电。也就是说，在扩展曝光时序步骤中的最后一次释放步骤至第三信号数据采集之间，进行一次第三充电。
所述扩展曝光时序步骤对应扩展曝光总时间T2。
本实施例中，主曝光总时间T1和扩展曝光总时间T2相等。
在其它实施例中，扩展曝光总时间小于主曝光总时间。
对于每一次释放步骤的终结时刻至相邻的第三充电的终结时刻作为一个子有效曝光时间te。各子有效曝光时间的总和为第二有效曝光时间Te。
由于在进行扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，所述前置晶体管执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线，这样使得第二有效曝光时间Te小于第一总曝光时间T1。
本实施例中，由于在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，那么在光电二极管过曝的情况下，光电二极管中的光生电子会通过传输晶体管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点，主要由电容和第一浮空扩散点的寄生电容存储来自光电二极管溢出的光生电子。由于设置了前置晶体管，所述前置晶体管在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管中的电荷传输至第二电源线，因此在释放步骤的时间内，光电二极管中的电荷不会溢出至第一浮空扩散点。在每次释放步骤之后，导通传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第三充电，第三充电使光电二极管存储的光生电子转移至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点。这样使得在扩展曝光时序步骤中，从光电二极管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点的光生电子的数量较少，因此第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容有足够的电容空间存储来自光电二极管产生的光生电子。那么第三信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度大于第二信号数据采集得到数据可表征的图像亮度，这样提高了图像传感器像素电路动态范围。综上，提高了图像传感器像素电路的性能。
本实施例中，第三信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度大于第二信号数据采集得到数据可表征的图像亮度。第二信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度大于第一信号数据采集得到的数据可表征的图像亮度。
将第三有效信号数据、第二有效信号数据和第一有效信号数据进行融合，得到一帧完整的图像。
本实施例中，第一有效数据与第二有效数据的倍率等于(C1+Csfd1)/Csfd1。在将第一有效数据和第二有效数据融合时，需要将第二有效数据乘以(C1+Csfd1)/Csfd1后得到的数据与第一有效数据融合。
本实施例中，第二有效数据与第三有效数据的倍率等于T1/Te。在将第二有效数据与第三有效数据融合时，需要将第三有效数据乘以T1/Te后得到的数据与第二有效数据融合。
本实施例中，扩展曝光时序步骤包括多次子有效曝光过程，各子有效曝光过程分开在不同的时间段进行曝光采样，避免频闪现象。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种图像传感器像素电路，所述图像传感器像素电路用于依次交替进行主曝光时序步骤和扩展曝光时序步骤，其特征在于，包括：
光电二极管，所述光电二极管具有正向连接端；
传输晶体管，所述传输晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述传输晶体管的漏极与第一浮空扩散点连接；
附加晶体管，所述附加晶体管的源级与第一浮空扩散点连接，所述附加晶体管的漏极与第二浮空扩散点连接；
复位晶体管，所述复位晶体管的漏极与第一电源线连接，所述复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；
电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；
前置晶体管，所述前置晶体管的源级与所述正向连接端连接，所述前置晶体管的漏极与第二电源线连接，所述前置晶体管适于在扩展曝光时序步骤中执行若干次相间的释放步骤，使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；
列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第二电源线的电位与第一电源线的电位不同。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，还包括：源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极与第一浮空扩散点连接，所述源跟随晶体管的漏极与第三电源线连接；选择晶体管，所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源级连接，所述选择晶体管的源级与列读出线连接。
4.根据权利要求3所述的图像传感器像素电路，其特征在于，第三电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，所述第三电源线的电位与第一电源线的电位不同。
5.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述电容具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点连接，第二端接地。
6.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述光电二极管具有正向连接端和反向连接端，所述正向连接端分别与所述传输晶体管的源级以及所述前置晶体管的源级连接，所述反向连接端接地。
7.一种图像传感器像素电路的工作方法，其特征在于，包括：
提供权利要求1至6任意一项所述的图像传感器像素电路；
进行主曝光时序步骤，在进行主曝光时序步骤中，所述前置晶体管、传输晶体管和复位晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管处于导通状态；
进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，所述前置晶体管处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管处于断开状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集后，在附加晶体管处于导通状态下，导通所述传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第二充电；进行第二充电后，在附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二信号数据采集；
进行主读出时序步骤后，进行扩展曝光时序步骤，在扩展曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，复位晶体管处于断开状态，扩展曝光时序步骤包括：所述前置晶体管执行若干次相间的释放步骤以使光电二极管中的电荷传输至第二电源线；
在每次释放步骤之后，导通传输晶体管，使光电二极管中的电荷对所述第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第三充电；
扩展曝光时序步骤和各第三充电均进行之后，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三信号数据采集。
8.根据权利要求7所述的图像传感器像素电路，其特征在于，在各释放步骤中，所述前置晶体管处于导通状态，所述传输晶体管处于断开状态；在所述第三充电中，所述传输晶体管处于导通状态，所述前置晶体管处于断开状态。
9.根据权利要求7所述的图像传感器像素电路，其特征在于，在主读出时序步骤的起始时刻至第二信号数据采集的终结时刻，所述复位晶体管处于断开状态。
10.根据权利要求7所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述主读出时序步骤还包括：在进行第一充电之前，在附加晶体管、复位晶体管和传输晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一基准数据采集；根据第一基准数据采集得到的数据与第一信号数据采集得到的数据之差，获取第一有效信号数据。
11.根据权利要求7所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述主读出时序步骤还包括：在进行第二信号数据采集后，进行主复位操作，在主复位操作中，复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，传输晶体管处于断开状态；进行主复位操作后，在复位晶体管和传输晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二基准数据采集；根据第二基准数据采集得到的数据与第二信号数据采集得到的数据之差，获取第二有效信号数据。
12.根据权利要求7所述的图像传感器像素电路，其特征在于，还包括：进行第三信号数据采集后，进行扩展复位操作，在扩展复位操作中，复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，传输晶体管和前置晶体管处于断开状态；进行扩展复位操作后，在复位晶体管、传输晶体管和前置晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三基准数据采集；根据第三基准数据采集得到的数据与第三信号数据采集得到的数据之差，获取第三有效信号数据。
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