CN111225164B - 图像传感器及成像系统 - Google Patents
图像传感器及成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111225164B CN111225164B CN201911043812.3A CN201911043812A CN111225164B CN 111225164 B CN111225164 B CN 111225164B CN 201911043812 A CN201911043812 A CN 201911043812A CN 111225164 B CN111225164 B CN 111225164B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coupled
- capacitor
- transistor
- sample
- image
- 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
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 241000593989 Scardinius erythrophthalmus Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 201000005111 ocular hyperemia Diseases 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
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
- H04N25/70—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
-
- 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
- H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
-
- 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
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
- H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
-
- 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
- H04N25/709—Circuitry for control of the power supply
-
- 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
- H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
本申请案涉及位线稳定速度提高。图像传感器包含具有光电二极管的像素电路以接收光且输出像素信号。所述图像传感器也包含:读出电路,其具有耦合到所述像素电路的第一取样及保持晶体管;及第一电容器,其耦合到所述第一取样及保持晶体管以接收所述像素信号。第二取样及保持晶体管耦合到所述像素电路,且第二电容器耦合到所述第二取样及保持晶体管以接收所述像素信号。第一输出开关经耦合以输出来自所述第一电容器的所述像素信号,且第二输出开关经耦合以输出来自所述第二电容器的所述像素信号。升压晶体管经耦合以在所述升压晶体管接通时连接所述第一输出开关与所述第二输出开关。
Description
技术领域
本发明大体涉及电子装置,且特定来说但非排它性地,涉及图像传感器。
背景技术
图像传感器已变得无处不在。它们广泛用于数码相机、蜂窝电话、监控摄像机以及医疗、汽车和其它应用中。用于制造图像传感器的技术继续快速进步。例如,对更高速度和更低功率消耗的需求鼓励这些设备的进一步小型化和集成。
典型图像传感器操作如下。来自外部场景的图像光经入射于图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件,使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含于图像传感器中的光敏元件(例如光电二极管)在吸收图像光之后各自产生图像电荷。所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例。所产生的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。
图像传感器通常具有读出电路以从光敏元件读出图像或像素数据。从光敏元件读出的速度可受限于读出电路的物理参数(例如,稳定时间)。
发明内容
根据本申请案的一个方面,提供一种图像传感器。所述图像传感器包括:像素电路,其包含安置于图像晶片中的光电二极管以接收光且输出像素信号;及读出电路,其包含:第一取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;第一电容器,其耦合到所述第一取样及保持晶体管以在所述第一取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;第二取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;第二电容器,其耦合到所述第二取样及保持晶体管以在所述第二取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;第一输出开关,其经耦合以输出来自所述第一电容器的所述像素信号;第二输出开关,其经耦合以输出来自所述第二电容器的所述像素信号;及升压晶体管,其经耦合以在所述升压晶体管接通时连接所述第一输出开关与所述第二输出开关。
根据本申请案的一个方面,提供一种成像系统。所述成像系统包括:多个光电二极管,其安置于成像晶片中且布置为阵列以接收图像光,其中所述多个光电二极管中的每一光电二极管包含于像素电路中以输出像素信号;读出电路,其至少部分安置于耦合到所述图像晶片的逻辑晶片中,所述读出电路包含:第一取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;第一电容器,其耦合到所述第一取样及保持晶体管以在所述第一取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;第二取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;第二电容器,其耦合到所述第二取样及保持晶体管以在所述第二取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;第一输出开关,其经耦合以输出来自所述第一电容器的所述像素信号;第二输出开关,其经耦合以输出来自所述第二电容器的所述像素信号;及升压晶体管,其经耦合以在所述升压晶体管接通时连接所述第一输出开关与所述第二输出开关。
附图说明
参考以下诸图描述本发明的非限制性及非穷尽性实例,其中相似参考数字指代贯穿各种视图的相似部分,除非另有指定。
图1A展示根据本发明的教示的图像传感器的部分的电路图的一个实例。
图1B说明根据本发明的教示的图1A的电路图的时序图。
图2A展示根据本发明的教示的图像传感器的部分的电路图的一个实例。
图2B说明根据本发明的教示的图2A的电路图的时序图。
图3描绘根据本发明的教示的包含图1A或图2A的图像传感器的实例成像系统的框图。
图4描绘根据本发明的教示的实例列比较器操作的说明。
对应参考数字指示贯穿图式的若干视图的对应组件。技术人员应了解,为简单明了起见而说明图中的元件且不必按照比例绘制。例如,图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件是放大的,以便改善对本发明的各种实施例的理解。而且,通常没有描绘在商业可行实施例中有用或必要的普通但易于理解的元件,以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受妨碍的观察。
具体实施方式
在本文中描述用于提高位线稳定速度的设备和方法的实例。在以下描述中,阐述数个细节以提供对实例的充分理解。然而,所属领域的技术人员应认识到,可以在没有所述一或多个特定细节的情况下或在利用其它方法、组件、材料等的情况下来实践本文中描述的技术。在其它情况中,没有详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免模糊某些方面。
贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的参考意指结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此,在贯穿本说明书的不同位置中出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”不必完全是指相同实例。此外,在一或多个实例中,可以任何合适方式组合特定特征、结构或特性。
一些图像传感器设计可通过在转移期间停用位线来配合时间控制方法使用位线浮动方法,以便通过减少信号耦合来提高位线稳定速度。所述技术具有改进稳定速度同时维持类似设计架构的优点。但是,位线时间控制方法可能需要重新设计以处理位线浮动节点摆动波动及浮动扩散区耦合。
理论上,图像传感器位线自然地稳定且遵循RC时间延迟函数而不使用位线稳定升压函数。如果通过以下方程式计算位线稳定时间,
那么位线具有长稳定时间及大电压摆动。在大信号稳定条件下,电流转换事件的状况甚至更糟。如将揭示,在根据本发明的教示的差分位线设计中,系统能够利用此新架构来加速位线的稳定时间。尽管稳定速度本身(和非差分、单个位线设计相比)可已经减少一半(因为系统有可能将输入范围缩小一半),但时间常数仍可受限于RC延迟,除非实施本文中提出的用于电压域全局快门设计的位线短接方法。
本文中揭示的实例位线短接方法来自电容器电荷再分布的概念。如果并联连接中存在两个不平衡电容器,那么一旦它们之间的开关被接通,就会发生电荷再分布,且电压将朝向相同值稳定下来。电荷再分布的RC延迟是Rs(C1//C2),其中Rs表示通过开关路径的电阻。当将位线短接结构并入本文中提出的实例电路中时,由于此处Rs远小于位线上的电阻,所以稳定时间大幅减少。
如将展示,本文中揭示的实例可用于具有差分位线的电压域全局快门(VDGS)产品。本文中提出的结构及方法通过实施位线短接来改进黑色(参考)信号及图像信号平均周期期间的位线稳定速度。此特定位线短接方法包含(1)黑色信号及图像信号读出在两个单独位线上同时操作;及(2)在取平均之后,输出将稳定在黑色信号及图像信号电平的中点处或其附近。在此条件下,位线短接方法可预先使输出1及2(例如,参见图1A到2B)节点稳定下来,且因此显著减少在黑色信号及图像信号平均周期期间操作的模/数转换器所消耗的时间。
如将在图中展示,电路结构设计改进包含一个额外bl_boost开关(例如,“bl_boost”),例如NMOS、PMOS或输出1(例如,“Out 1”)与输出2(例如,“Out 2”)之间的传输门。此开关耦合在输出1与输出2之间且当其接通时,开关立即将输出1及2一起拉到中点。时序改进具有两个目的(1)通过短接输出1及2而使它们稳定下来;及(2)使用短接及释放操作将失配及泄漏偏移信息保持在存储电容中。
在VDGS全局读出周期期间,捕获黑色信号及图像信号且将它们单独存储在节点C1_blk及C1_sig处的这两个电容器中(例如,参见图1A及2A)。在第一模/数转换(例如,参见图1B中的“第一AD”),比较器将使用黑色信号及图像信号将失配信息转移出电路作为out 1及out 2DC电平。在第二模/数转换(例如,参见图1B中的“第二AD”),黑色信号及图像信号电压将一起取平均且驱动输出1及输出2接近于黑色信号及图像信号电平的中间。在取平均时,取样及保持1(例如,图1B及2B中的“sh1”)及取样及保持2(例如,图1B及2B中的“sh2”)晶体管同时断开。此处的系统可在取样及保持1及取样及保持2断开之后立即或在取样及保持1及取样及保持2断开之前不久接通bl_boost开关,且位线升压的性能是类似的。由于RC延迟限制位线稳定速度,所以位线短接方法通过将输出1及输出2节点快速短接到相同中间电势而克服这个缺点。最后,在取样及保持1及取样及保持2关断之前,应首先闭合bl_boost。电路就是这样辨识并保持位线失配信息的。由于输出1及输出2的最终电压可归因于失配而稍微不同,所以只要通过采用相关双重取样(CDS)方法在第二模/数转换(例如,图1B中的“第二AD”)中保持此差异,就可以最终消除失配。考虑到其相对小摆动值,此失配不应是缓慢稳定的主要来源。
为说明,将在下文描述上文论述的实施例及其它实施例,因为它们与图相关。
图1A展示根据本发明的教示的图像传感器的部分的实例电路图100。电路图100包含像素电路(安置于图像晶片中)及安置于逻辑晶片中的读出电路(其可使用接合氧化物(例如,氧化硅或类似物)接合到像素晶片的非照明侧)。在所描绘的实例中,像素电路包含光电二极管101、转移栅极103、浮动扩散区105、源极跟随器晶体管107、行选择晶体管109及复位晶体管111。如展示,转移栅极103经耦合以将来自光电二极管101的图像电荷转移到浮动扩散区105。源极跟随器晶体管107耦合到浮动扩散区105以放大浮动扩散区105中的电荷。行选择晶体管109经耦合以将像素信号(例如,经放大图像电荷或黑色电平参考信号)输出到读出电路。响应于施加到复位晶体管111的控制端子的复位信号,图像电荷在像素电路中复位。
读出电路包含第一取样及保持晶体管113、第一电容器115、晶体管117、第二取样及保持晶体管119、第二电容器121、晶体管123、升压晶体管125、第三电容127、第四电容133、第一输出开关“OUT 1”(包含晶体管129及131)、第二输出开关“OUT 2”(包含晶体管135及137)、晶体管139、晶体管141、晶体管143、晶体管145、晶体管147、晶体管149、晶体管151、晶体管153、晶体管155及晶体管157。
如说明,第一取样及保持晶体管113耦合到像素电路,且第一电容器115耦合到第一取样及保持晶体管113以在第一取样及保持晶体管113接通时接收像素信号。第二取样及保持晶体管119耦合到像素电路,且第二电容器121耦合到第二取样及保持晶体管119以在第二取样及保持晶体管119接通时接收像素信号。当晶体管139接通时,第一输出开关(“OUT1,包含NMOS 131及PMOS 129晶体管)经耦合以输出来自第一电容器115的像素信号。由放大器晶体管117放大像素信号—这是由于控制端子耦合到第一电容器115以放大第一电容器115上的信号。类似地,当晶体管141接通时,第二输出开关(“OUT 2,包含NMOS 137及PMOS135晶体管)经耦合以输出来自第二电容器121的像素信号。由放大器晶体管123放大像素信号—这是由于控制端子耦合到第一电容器121以放大第一电容器121上的信号。升压晶体管125经耦合以在升压晶体管125接通时连接第一输出开关OUT 1与第二输出开关OUT 2。如上文所述,当升压晶体管125接通时,第一输出开关OUT 1及第二输出开关OUT 2处的电压变得相等。
在所描绘的实例中,像素信号包含黑色电平参考电压(例如,在像素电路产生图像电荷之前的像素电路的参考电压)及指示由光电二极管101产生的图像电荷的图像信号电压。黑色电平参考电压可存储在第一电容器115上,且图像信号电压可存储在第二电容器121上。可在与像素电路分开的时间输出所述信号。
在所说明的实例中,第三电容127(例如,寄生电容)在升压晶体管125的第一端子与第一输出开关之间耦合到接地,且第四电容133(例如,寄生电容)也在升压晶体管125的第二端子与第二输出开关之间耦合到接地。所属领域的技术人员将了解,本文中描述的电容器可包含寄生电容以及掺杂阱、平板电容器、金属电容器或类似物。晶体管153及155耦合到电源轨。晶体管149耦合在晶体管143与155之间,且晶体管147耦合在晶体管153与145之间。晶体管157及151分别耦合到晶体管155及149的控制端子。
图1B说明根据本发明的教示的图1A的电路的实例时序图。如展示,bl_boost在sh1及sh2(例如,图1A中的113及119)接通之后立即接通以对信号取平均。接着,bl_boost在sh1及sh2关断之前关断以保持sh1及sh2失配信息。Bl_boost可在sh1及sh2接通之前接通,从而导致输出1及输出2(分别是“out1”及“out2”)具有额外耦合。应了解,取决于所要设计,bl_boost可使用PMOS开关、NMOS开关或传输门实现。
图2A展示根据本发明的教示的图像传感器200的部分的实例电路图。应了解,图像传感器200类似于图1A的图像传感器,但是,图2A进一步包含第一电容261及第二电容263,它们经耦合以分别更改第一电容器215及第二电容器221的电容(例如,通过将电压施加到装置的控制端子)。在所描绘的实例中,第一电容261及第二电容263分别包含第一金属氧化物半导体电容器(“MOSCAP”)装置及第二MOSCAP装置。在所描绘的实例中,第一MOSCAP装置及第二MOSCAP装置分别保持等于或小于第一取样及保持晶体管213及第二取样及保持晶体管219的电荷(例如,MOSCAP是sh1 213及sh2 219的大小的约0.8倍到1倍)。基于模拟选择sh3与sh1及sh2的0.8到1的大小比,使得sh3以适量的电压冲击抵消sh1/sh2的干扰。在一些实施例中,MOSCAP可被金属绝缘体金属(MIM)电容器取代。
如将在图2B中的时序图中展示,额外升压位线速度通过使用MOSCAP添加电荷注入及馈通移除(归因于sh1及sh2的下降边缘)而实现。sh3偏移补偿MOSCAP晶体管在平均取样及保持时间期间接通。Sh1及sh2同时接通以将C1_blk及C2_sig的电荷合并在一起(共享或平均),同时输出1及输出2也在bl_boost的控制下取平均。
在所描绘的实例中,第一MOSCAP装置及第二MOSCAP装置分别与第一取样及保持晶体管及第二取样及保持晶体管的电荷分布匹配。在一些实例中,与电荷分布匹配意指当sh1/sh2的上升边缘及sh3的下降边缘相遇时,下降sh3最小化(例如,偏移或平衡)上升sh1/sh2的影响使其无法通过晶体管217/223传播到OUT1/OUT2。此“偏移到0效应”在第一电容261(的值)与晶体管213的栅极到源极电容之间以及第二电容263与晶体管219的栅极到源极电容之间进行平衡。
图2B说明根据本发明的教示的图2A的电路图的时序图。在电压域全局快门的第二阶段(读出)期间,通过图像信号与黑色信号电平之间的差异确定位线稳定时间。在简单RC网络中,对于较大输入摆动,稳定时间更长。因此,添加图2A中描绘的MOSCAP装置通过添加电荷注入/馈通机制而改进稳定速度。此贡献可显著改进位线稳定时间,尤其是对于小稳定误差要求。
图3描绘根据本发明的教示的包含图1A或图2A的图像传感器的成像系统300的实例框图。成像系统300包含像素阵列305、控制电路321、读出电路311和功能逻辑315。在一个实例中,像素阵列305是光电二极管或图像传感器像素(例如,像素P1、P2、…、Pn)的二维(2D)阵列。如所说明,光电二极管经布置成行(例如行R1到Ry)和列(例如列C1到Cx)以获得人员、位置、对象等的图像数据,其可接着用于呈现人员、位置、对象等的2D图像。然而,光电二极管不必布置成行和列且可采用其它配置。
在一个实例中,在像素阵列305中的每一图像传感器光电二极管/像素获得其图像数据或图像电荷之后,图像数据由读出电路311读出且接着被转移到功能逻辑315。在各种实例中,读出电路311可包含放大电路、模/数转换电路(例如,描绘为将像素信号转换为数字图像数据的ADC)及类似物。功能逻辑315可简单存储图像数据或甚至通过施加图像后效果(例如裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它效应)来操纵图像数据。在一个实例中,读出电路311可沿着读出列线每次读出一行图像数据(已经说明)或可使用各种其它技术读出图像数据,例如同时对所有像素进行串行读出或完全并行读出。
在一个实例中,控制电路321耦合到像素阵列305以控制像素阵列305中的多个光电二极管的操作。例如,控制电路321可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中,快门信号是用于同时启用像素阵列305内的所有像素以在单获取窗口期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中,快门信号是滚动快门信号,使得在连续获取窗口期间依序启用像素的每一行、每一列或每一群组。在另一实例中,图像获取与发光效应(例如闪光)同步。
在一个实例中,成像系统300可包含于汽车、手机、相机或类似物中。另外,成像系统300可经耦合到其它硬件,例如处理器(通用或其它)、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、发光/闪光、电输入(键盘、触摸显示器、触摸板、鼠标、麦克风等)和/或显示器。其它硬件可将指令递送到成像系统300,从成像系统300提取图像数据或操纵由成像系统300供应的图像数据。
图4描绘根据本发明的教示的实例列比较器斜坡操作的说明。如上文论述,此处的系统可在sh1及sh2接通之后立即接通bl_boost以对信号取平均。接着,系统在sh1及sh2关断之前关断bl_boost以保持sh1/sh2失配信息。此强制及释放操作经设计以有意地调谐bl_boost信号的宽度,使得其可迫使输出1及输出2快速朝向中间电平,且接着在bl_boost释放模式中,输出1及输出2可单独稳定以保持两个不同位线中的失配信息(delta1+delta2)。“bl_boost”的短脉冲将(1)在bl_boost接通时迫使C1_BLK及C2_SIG合并;及(2)在bl_boost关断时容许两个列(BLK/SIG)释放回到其原始自然delta1及delta2,因此当由ADC测量A及B(图4)时,已经自动消除delta1及delta2两者。换句话来说,bl_boost的关断可用于确保BLK/SIG信号的测量图中不展示固有delta1及delta2。应了解,delta1及delta2表示从没有失配的理想电压值的每一位线输出硅上电压偏离。例如,与在室温下使用稳定电源工作的理想装置相比,源极跟随器装置上的过程、温度及电压有变化。
本发明的所说明实例的上述描述(包含在摘要中描述的内容)不意在为穷尽性或将本发明限于所揭示的精确形式。如相关技术的技术人员将认识到,虽然出于说明性目的在本文中描述本发明的特定实例,但是在本发明的范围内的各种修改是可行的。
可根据上文具体实施方式对本发明作出这些修改。在所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于说明书中揭示的特定实例。而是,应完全由所附权利要求书确定本发明的范围,所附权利要求书根据权利要求书解释的既定原则进行解释。
Claims (20)
1.一种图像传感器,其包括:
像素电路,其包含安置于图像晶片中的光电二极管以接收光且输出像素信号;及
读出电路,其包含:
第一取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;
第一电容器,其耦合到所述第一取样及保持晶体管以在所述第一取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;
第二取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;
第二电容器,其耦合到所述第二取样及保持晶体管以在所述第二取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;
第一输出开关,其经耦合以输出来自所述第一电容器的所述像素信号;
第二输出开关,其经耦合以输出来自所述第二电容器的所述像素信号;及
升压晶体管,其经耦合以在所述升压晶体管接通时连接所述第一输出开关与所述第二输出开关。
2.根据权利要求1所述的图像传感器,其中当所述升压晶体管接通时,所述第一输出开关及所述第二输出开关处的电压变得相等。
3.根据权利要求1所述的图像传感器,其中所述像素信号包含黑色电平参考电压及指示由所述光电二极管产生的图像电荷的图像信号电压,且其中所述黑色电平参考电压存储在所述第一电容器上,且其中所述图像信号电压存储在所述第二电容器上。
4.根据权利要求1所述的图像传感器,其中所述像素电路包含:
浮动扩散区;
转移栅极,其经耦合以将来自所述光电二极管的电荷转移到所述浮动扩散区;
源极跟随器晶体管,其耦合到所述浮动扩散区以放大所述浮动扩散区中的所述电荷;及
行选择晶体管,其经耦合以将所述像素信号输出到所述第一电容器及所述第二电容器。
5.根据权利要求1所述的图像传感器,其进一步包括第一电容及第二电容,所述第一电容及第二电容经耦合以分别更改所述第一电容器及所述第二电容器的电容。
6.根据权利要求5所述的图像传感器,其中所述第一电容及所述第二电容分别包含第一MOSCAP装置及第二MOSCAP装置,其中所述第一MOSCAP装置及所述第二MOSCAP装置分别与所述第一取样及保持晶体管及所述第二取样及保持晶体管的电荷分布匹配。
7.根据权利要求1所述的图像传感器,其进一步包括:
第三电容,其出现在所述升压晶体管的第一端子耦合到所述第一输出开关的地方;及
第四电容,其出现在所述升压晶体管的第二端子耦合到所述第二输出开关的地方。
8.根据权利要求1所述的图像传感器,其中所述第一输出开关及所述第二输出开关都包含NMOS晶体管及PMOS晶体管。
9.根据权利要求1所述的图像传感器,其进一步包括:
第一放大器晶体管,其具有耦合到所述第一电容器以放大所述第一电容器上的所述像素信号的第一控制端子;及
第二放大器晶体管,其具有耦合到所述第二电容器以放大所述第二电容器上的所述像素信号的第二控制端子。
10.根据权利要求1所述的图像传感器,其中逻辑晶片包含所述读出电路且耦合到所述图像晶片的非照明侧。
11.一种成像系统,其包括:
多个光电二极管,其安置于图像晶片中且布置为阵列以接收图像光,其中所述多个光电二极管中的每一光电二极管包含于像素电路中以输出像素信号;
读出电路,其至少部分安置于耦合到所述图像晶片的逻辑晶片中,所述读出电路包含:
第一取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;
第一电容器,其耦合到所述第一取样及保持晶体管以在所述第一取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;
第二取样及保持晶体管,其耦合到所述像素电路;
第二电容器,其耦合到所述第二取样及保持晶体管以在所述第二取样及保持晶体管接通时接收所述像素信号;
第一输出开关,其经耦合以输出来自所述第一电容器的所述像素信号;
第二输出开关,其经耦合以输出来自所述第二电容器的所述像素信号;及
升压晶体管,其经耦合以在所述升压晶体管接通时连接所述第一输出开关与所述第二输出开关。
12.根据权利要求11所述的成像系统,其中当所述升压晶体管接通时,所述第一输出开关及所述第二输出开关处的电压变得相等。
13.根据权利要求11所述的成像系统,其中所述像素信号包含黑色电平参考电压及指示由所述光电二极管产生的图像电荷的图像信号电压,且其中所述黑色电平参考电压存储在所述第一电容器上,且其中所述图像信号电压存储在所述第二电容器上。
14.根据权利要求11所述的成像系统,其中所述像素电路包含:
浮动扩散区;
转移栅极,其经耦合以将来自所述光电二极管的电荷转移到所述浮动扩散区;
源极跟随器晶体管,其耦合到所述浮动扩散区以放大所述浮动扩散区中的所述电荷;及
行选择晶体管,其经耦合以将所述像素信号输出到所述第一电容器及所述第二电容器。
15.根据权利要求11所述的成像系统,其进一步包括第一电容及第二电容,所述第一电容及第二电容经耦合以分别更改所述第一电容器及所述第二电容器的电容。
16.根据权利要求15所述的成像系统,其中所述第一电容及所述第二电容包含第一MOSCAP装置及第二MOSCAP装置,其中所述第一MOSCAP装置及所述第二MOSCAP装置分别与所述第一取样及保持晶体管及所述第二取样及保持晶体管的电荷分布匹配。
17.根据权利要求11所述的成像系统,其进一步包括:
第三电容,其出现在所述升压晶体管的第一端子耦合到所述第一输出开关的地方;及
第四电容,其出现在所述升压晶体管的第二端子耦合到所述第二输出开关的地方。
18.根据权利要求11所述的成像系统,其中所述逻辑晶片耦合到所述图像晶片的非照明侧,且其中所述图像晶片使用接合氧化物耦合到所述逻辑晶片。
19.根据权利要求11所述的成像系统,其进一步包括经耦合以接收所述像素信号且将所述像素信号转换为数字图像数据的模/数转换器。
20.根据权利要求19所述的成像系统,其进一步包括经耦合以接收所述数字图像数据且操纵所述数字图像数据的功能逻辑。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/199,887 | 2018-11-26 | ||
US16/199,887 US10834351B2 (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Bitline settling speed enhancement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111225164A CN111225164A (zh) | 2020-06-02 |
CN111225164B true CN111225164B (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=70771225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911043812.3A Active CN111225164B (zh) | 2018-11-26 | 2019-10-30 | 图像传感器及成像系统 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10834351B2 (zh) |
CN (1) | CN111225164B (zh) |
TW (1) | TWI730457B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11140352B1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-10-05 | Omnivision Technologies, Inc. | High dynamic range high speed CMOS image sensor design |
US11290674B1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-03-29 | Omnivision Technologies, Inc. | Column amplifier capacitor switch circuit to adjust analog gain |
EP4351126A1 (en) | 2021-05-27 | 2024-04-10 | Nuvoton Technology Corporation Japan | Solid-state imaging device, imaging device, and distance measurement and imaging device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017149433A1 (en) * | 2016-03-03 | 2017-09-08 | Insightness Ag | An event-based vision sensor |
CN108234907A (zh) * | 2016-12-20 | 2018-06-29 | 豪威科技股份有限公司 | 使用帧内多位曝光控制的无图像模糊高动态范围图像传感器读出架构 |
EP3388858A1 (en) * | 2015-12-08 | 2018-10-17 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solid-state imaging device, distance measuring device, and distance measurement method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7995124B2 (en) * | 2007-09-14 | 2011-08-09 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor apparatus and method for improved dynamic range with multiple readout circuit paths |
TWI369132B (en) * | 2009-04-23 | 2012-07-21 | Himax Imagimg Inc | Readout system and method for an image sensor |
US10290673B1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-05-14 | Omnivision Technologies, Inc. | Bitline settling improvement and FPN reduction by floating bitline during charge transfer |
-
2018
- 2018-11-26 US US16/199,887 patent/US10834351B2/en active Active
-
2019
- 2019-10-17 TW TW108137488A patent/TWI730457B/zh active
- 2019-10-30 CN CN201911043812.3A patent/CN111225164B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3388858A1 (en) * | 2015-12-08 | 2018-10-17 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solid-state imaging device, distance measuring device, and distance measurement method |
WO2017149433A1 (en) * | 2016-03-03 | 2017-09-08 | Insightness Ag | An event-based vision sensor |
CN108234907A (zh) * | 2016-12-20 | 2018-06-29 | 豪威科技股份有限公司 | 使用帧内多位曝光控制的无图像模糊高动态范围图像传感器读出架构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI730457B (zh) | 2021-06-11 |
US20200169682A1 (en) | 2020-05-28 |
TW202025707A (zh) | 2020-07-01 |
US10834351B2 (en) | 2020-11-10 |
CN111225164A (zh) | 2020-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108737754B (zh) | 双斜坡模/数转换器的比较器 | |
CN110121037B (zh) | 具有双重转换增益读出的图像传感器 | |
TWI674003B (zh) | 具有有著可變偏壓及增加輸出信號範圍之放大器的成像感測器 | |
CN111225164B (zh) | 图像传感器及成像系统 | |
US9380208B1 (en) | Image sensor power supply rejection ratio noise reduction through ramp generator | |
US9554074B2 (en) | Ramp generator for low noise image sensor | |
CN110875004B (zh) | 像素电路 | |
TW202220203A (zh) | 用於橫向溢流整合電容器(lofic)讀出影像感測器的自動歸零技術 | |
CN112087586B (zh) | 列放大器复位电路 | |
CN115314647B (zh) | 用于横向溢出图像传感器的暗电流/白像素装置及方法 | |
CN111565047B (zh) | 单斜率模数转换器的比较器输出电路 | |
US20190260955A1 (en) | Pixel output level control device and cmos image sensor using the same | |
CN112243099B (zh) | 具有比较器的列放大器复位电路 | |
KR20180085349A (ko) | 이미지 센서 | |
US11665445B2 (en) | Image sensing device for cancelling a horizontal banding noise | |
TWI769936B (zh) | 用於調節類比增益之行放大器電容開關電路 | |
US11381771B1 (en) | Comparator first stage clamp | |
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 | |
US12034368B1 (en) | Image sensors with improved negative pump voltage settling, and circuitry for the same | |
US11729529B1 (en) | Voltage domain global shutter readout circuit | |
CN117135487A (zh) | 电压域全局快门读出电路时序 |
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 |