CN112399108B - 一种消除8t cmos图像传感器信号衰减的供电结构 - Google Patents

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Abstract

一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构，包含6个行驱动模块、6个VDD端口以及6个VSS端口；行控制信号PC、RST和TG的行驱动模块位于像素阵列的左侧，行控制信号S1、S2和SEL的行驱动模块位于像素阵列的右侧；该供电结构相对于传统的CMOS图像传感器驱动模块供电结构设计，能大幅度提高传感器驱动模块的供电能力；消除了传统结构引入的信号衰减现象，提高了8T高分辨率CMOS图像传感器的成像质量和性能。

Description

一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构
技术领域
本发明属于全局快门CMOS图像传感器领域，尤其涉及一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构。
背景技术
区别于滚动快门CMOS图像传感器按行曝光的特性，全局快门CMOS图像传感器的整个像素阵列同时完成曝光，解决了滚动快门CMOS图像传感器拍摄高速运动物体时出现的果冻效应，使得其成为高速拍摄领域的最佳选择。目前，根据储存节点类型的不同，可分为电荷域全局快门像素与电压域全局快门像素两种类型。电荷域全局快门像素主要包括以下几种类型：第一类为采用浮空节点作为光生信号电荷储存节点的5T像素结构，第二类为采用类似CCD的多晶硅栅下MOS电容储存光生信号电荷的6T、7T像素，第三类为采用表面钳位工艺的二极管来储存光生信号电荷的6T像素。第一类全局快门像素，填充因子大，但是全局快门效率低，读出噪声大，不常使用。第二类和第三类，虽然相对于第一类来说，完全消除了KTC噪声，全局快门效率大大提高，但是填充因子相对较小，且对工艺要求很高。电压域全局快门像素主要包括7T全局快门像素和8T全局快门像素。7T全局快门像素填充因子小，读出噪声大。8T全局快门像素填充因子最小，但是全局快门效率最高，是目前全局快门像素中最为常用的一种类型。
随着CMOS工艺的不断发展，CMOS图像传感器工艺尺寸越来越小，市场对于高分辨率CMOS图像传感器的需求也越来越大。但是，随着分辨率的增高，像素阵列越来越大，随之而来的便是更多的非理想现象影响高分辨率CMOS图像传感器的快速发展。传统的CMOS图像传感器的行驱动模块均采用共享电源的供电结构，这种供电结构中动态列驱动器工作时，会通过共用的电源线对静态的列驱动器造成干扰。传感器的分辨率越高，这种干扰现象就越明显。对于8T全局快门CMOS图像传感器而言，由于其特殊的工作方式，传统的供电结构会造成更加严重的影响，即造成像素信号衰减，影响最终的成像质量。同理，传感器分辨率越高，8T像素信号衰减现象越严重。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构，解决了传统的驱动模块供电结构在8T高分辨率CMOS图像传感器中引起的信号衰减现象，提高了高分辨率8T CMOS图像传感器的成像质量。
一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构，包含6个行驱动模块、6个VDD端口以及6个VSS端口；行控制信号PC、RST和TG的行驱动模块位于像素阵列的左侧，行控制信号S1、S2和SEL的行驱动模块位于像素阵列的右侧；6对电源中的两个VDD1和两个VSS1均用于给PC、RST、S1、SEL的行驱动模块供电，两对VDD1和VSS1的供电端口分别位于整个图像传感器的左右两侧；VDD2和VSS2则用于单独给行控制信号TG的行驱动模块供电，两对VDD2和VSS2的供电端口分别位于驱动模块的上下两侧；VDD3和VSS3则用于单独给行控制信号行驱动模块供电，两对VDD3和VSS3的供电端口分别位于S2的驱动模块的上下两侧；电源VDD2、VSS2和VDD3、VSS3分别分布于像素阵列的两侧，即分别紧挨行控制信号TG的行驱动模块和行控制信号S2的行驱动模块。一种消除8TCMOS图像传感器信号衰减的供电结构，相对于传统的CMOS图像传感器驱动模块供电结构设计，新型供电结构能大幅度提高传感器驱动模块的供电能力；消除了传统供电结构引入的信号衰减现象，提高了8T高分辨率CMOS图像传感器的成像质量和性能。
附图说明
图1是8T全局快门图像传感器工作时序图；
图2是基于8T像素的全局快门CMOS图像传感器供电结构图。
具体实施方式
为进一步明确本发明的目的、技术方案以及优势，以下结合实例给出本发明的具体实施方案。
如图1所示，8T全局快门图像传感器包含6个行驱动信号，分别为PC、RST、TG、S1、S2、SEL。每个信号在不同时刻都各有高低状态。若采用传统供电结构，则通过共用的电源线，行控制信号RST的行驱动模块在其下降沿时刻(矩形框框出部分)会影响行控制信号TG的行驱动模块的输出状态，使得8T像素转移至浮空扩散节点的信号衰减，最终导致成像的灵敏度降低。同时，行控制信号PC和S1的行驱动模块在其下降沿时刻(矩形框框出部分)也会影响行控制信号S2的行驱动模块的输出状态，进而导致8T像素存储于采样电容中的信号严重衰减，使得最终成像中出现灰度值降低的横条纹。
一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构，如图2所示，采用6对供电电源，分别为VDD1、VSS1、VDD1、VSS1、VDD2、VSS2、VDD2、VSS2、VDD3、VSS3、VDD3、VSS3。其中VDD1、VSS1、VDD1、VSS1用于给控制信号PC、RST、S1、SEL的行驱动模块供电，VDD1的电压值为3.3V，VSS1的电压值为0V，环绕整个传感器四周。VDD2、VSS2、VDD2、VSS2用于给控制信号TG的行驱动模块供电，VDD2的电压值为3.3V，VSS2的电压值为0V，环绕图像传感器左侧。VDD3、VSS3、VDD3、VSS3用于给控制信号S2的行驱动模块供电，VDD3的电压值为3.3V，VSS3的电压值为0V，环绕图像传感器右侧。VDD1、VDD2以及VDD3均采用顶层金属，VSS1、VSS2以及VSS3均采用金属M1。两对VDD1和VSS1的供电端口分别位于整个图像传感器的左右两侧，两对VDD2和VSS2的供电端口分别位于TG的行驱动模块的上下两侧，而两对VDD3和VSS3的供电端口分别位于S2的行驱动模块的上下两侧。
以上设计实例仅用以进一步说明本发明的技术方案，而非对发明内容进行限制。

Claims (1)

1.一种消除8T CMOS图像传感器信号衰减的供电结构，其特征在于：包含6个行驱动模块、6个VDD端口以及6个VSS端口；行控制信号PC、RST和TG的行驱动模块位于像素阵列的左侧，行控制信号S1、S2和SEL的行驱动模块位于像素阵列的右侧；6对电源中的两个VDD1和两个VSS1均用于给PC、RST、S1、SEL的行驱动模块供电，两对VDD1和VSS1的供电端口分别位于整个图像传感器的左右两侧；VDD2和VSS2则用于单独给行控制信号TG的行驱动模块供电，两对VDD2和VSS2的供电端口分别位于驱动模块的上下两侧；VDD3和VSS3则用于单独给行控制信号S2的行驱动模块供电，两对VDD3和VSS3的供电端口分别位于驱动模块的上下两侧；电源VDD2、VSS2和VDD3、VSS3分别分布于像素阵列的两侧，即分别紧挨行控制信号TG的行驱动模块和行控制信号S2的行驱动模块。
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