CN112449128A - 放大器和包括其的图像传感器设备 - Google Patents

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Abstract

一种放大器包括：连接在输入节点与浮置节点之间的第一电容器；连接在浮置节点与输出节点之间的第二电容器；放大元件，连接在电源电压与输出节点之间并且响应于浮置节点的电压电平来操作；连接在输出节点与接地电压之间的电流偏置源；第一重置开关，连接在浮置节点与中间节点之间并且响应于重置偏置来操作；以及重置偏置生成器电路，响应于重置信号来输出重置偏置。重置偏置是中间节点的重置电压、电源电压和接地电压中的一个。

Description

放大器和包括其的图像传感器设备
相关申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2019年9月3日提交的第10-2019-0108772号韩国专利申请的优先权，该专利申请的公开通过引用被整体合并。
技术领域
在本文描述的本发明构思的示例性实施例涉及一种半导体设备，并且更具体地涉及一种放大器和包括其的图像传感器。
背景技术
图像传感器设备是基于从外部入射的光来生成电信号或数字信号的设备。当前正在开发根据从外部入射的光的幅度的改变量来输出事件信号的基于事件的传感器，例如动态视觉传感器(DVS)。
通常，基于事件的传感器通过使用诸如转换器和放大器等等的各种组件来输出事件信号。在这种情况下，由于各种因素，在转换器或放大器处可能发生泄漏电流或设备噪声，因此造成非预期的假事件。
发明内容
本发明构思的示例性实施例提供一种能够通过去除泄漏电流和设备噪声来提高可靠性的放大器，以及一种包括放大器的图像传感器设备。
根据示例性实施例，一种放大器包括：连接在输入节点与浮置节点之间的第一电容器；连接在浮置节点与输出节点之间的第二电容器；放大元件，被连接在电源电压与输出节点之间并且响应于浮置节点的电压电平来操作；连接在输出节点与接地电压之间的电流偏置源；第一重置开关，连接在浮置节点与中间节点之间并且响应于重置偏置来操作；第二重置开关，连接在中间节点与输出节点之间并且响应于重置偏置来操作；以及重置偏置生成器电路，响应于重置信号来输出重置偏置。重置偏置是中间节点、电源电压和接地电压的重置电压中的一个。
根据示例性实施例，一种放大器包括：放大电路，包括连接在输入节点与浮置节点之间的第一电容器，并且基于通过输入节点接收的输入电压的改变通过输出节点输出输出电压；重置开关，被连接在浮置节点与输出节点之间并且响应于重置偏置将浮置节点和输出节点重置为重置电压；以及重置偏置生成器电路，响应于重置信号基于重置电压来输出重置偏置。
根据示例性实施例，一种图像传感器设备包括多个像素。多个像素中的每一个包括：光电检测器，生成与从图像传感器设备外部入射的光相对应的光电流；转换器电路，将所生成的光电流转换为输入电压；放大器，通过输入节点接收输入电压，放大输入电压的改变量，并且通过输出节点输出输出电压；比较器电路，将输出电压与至少两个预先确定的阈值相比较并且输出比较结果；以及输出逻辑电路，基于比较结果来输出对应的事件信号。该放大器包括：连接在输入节点与浮置节点之间的第一电容器；连接在浮置节点与输出节点之间的第二电容器；放大元件，连接在电源电压与输出节点之间并且响应于浮置节点的电压电平来操作；连接在输出节点与接地电压之间的电流偏置源；第一重置开关，连接在浮置节点与中间节点之间并且响应于重置偏置来操作；第二重置开关，连接在中间节点与输出节点之间并且响应于重置偏置来操作；以及重置偏置生成器电路，响应于重置信号来输出重置偏置。重置信号是中间节点、电源电压和接地电压的重置电压中的一个。
附图说明
通过参考附图更详细地描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上和其他目的及其他特征将变得更明显，在附图中：
图1是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像设备的框图。
图2是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的图像传感器设备的框图。
图3A和图3B是根据比较性示例、用于描述放大器的操作的图。
图4A和图4B是根据本发明构思的示例性实施例的、详细地图示出图2的放大器的图。
图5A是详细地图示出根据本发明构思的示例性实施例、图4A和图4B的放大器的电路图。
图5B和图5C是用于描述图5A的放大器的操作的图。
图6A和图6B是根据本发明构思的示例性实施例的、图示出图5A的重置开关的横断面视图。
图7是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图4A和4B的重置电路的电路图。
图8是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图4A和4B的重置电路的电路图。
图9是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图4A的重置电路的框图。
图10是用于描述根据图4A的重置电路的操作的带通滤波效果的图。
图11是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的放大器的框图。
图12是详细地图示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的像素的电路图。
图13A和图13B是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器设备的图。
图14A至图14C是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图13A的像素的电路图。
图15是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器设备的图。
图16是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像设备的框图。
图17A和图17B是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图16的图像传感器设备的图。
图18是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图16的图像传感器设备的框图。
图19是图示出被应用根据本发明构思的示例性实施例的图像信号处理器的电子设备的框图。
具体实施方式
在下文将参考附图更全面地描述本发明构思的示例性实施例。遍及附图，相同的附图标记可以指的是相同的要素。
将理解的是，在本文使用术语“第一”、“第二”、“第三”等等用于将一个要素与另一个相区分，并且要素不受限于这些术语。因此，示例性实施例中的“第一”要素可以被描述为另一个示例性实施例中的“第二”要素。
应当理解的是，每个示例性实施例内的特征或方面的描述应当典型地被认为可用于其他示例性实施例中的其他类似的特征或方面，除非上下文清楚地另外指出其他。
如在这里所使用的，单数形式“一”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出其他。
在本文中，当两个或更多要素或值被描述为基本上与彼此相同或大致等于彼此时，应当理解，要素或值与彼此相同、不能彼此区分，或可与彼此区分，但是功能上与彼此相同，如本领域普通技术人员将理解的。例如，当两个或更多要素或值基本上与彼此相同或大致等于彼此但是不与彼此相同时，应当理解，两个或更多要素或值在测量误差内大致相同或等于彼此，如本领域普通技术人员将理解的。
图1是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像设备的框图。
参考图1，图像设备100可以包括控制器1010和图像传感器设备1000。控制器1010可以被配置为控制图像传感器设备1000。在示例性实施例中，控制器1010可以是图像信号处理器，或被配置为控制图像传感器设备1000的驱动器或处理器。然而，控制器1010不限于此。
图像传感器设备1000可以被配置为将从外部入射的光转换为电信号或数字信号。例如，图像传感器设备1000可以包括多个像素。多个像素中的每一个可以生成与从外部入射的光的量相对应的电信号或数字信号并且可以向控制器1010提供电信号或数字信号。
在示例性实施例中，图像传感器设备1000可以是诸如动态视觉传感器(DVS)等等的基于事件的传感器。在基于事件的传感器中包括的多个像素中的每一个可以被配置为感测从外部入射的光的量的改变并且异步地输出与所感测的改变相对应的事件信号。然而，本发明构思不限于此。例如，图像传感器设备1000可以包括被配置为从外部获取图像的各种设备，诸如CMOS图像传感器(CIS)设备和电荷耦合设备(CCD)。
在示例性实施例中，由于来自图像传感器设备1000的各种外界因素的噪声，图像传感器设备1000的可靠性可能降低。示例性实施例提供具有提高的可靠性的图像传感器设备1000，将参考附图在下面对其进行更全面的描述。
图2是图示出根据本发明构思的示例性实施例的在图1的图像传感器设备中包括的像素的框图。为了描述的方便起见，将参考图2来描述在图像传感器设备1000中包括的多个像素中的一个像素PIX作为示例。然而，应当理解，剩余的像素中的每一个可以具有类似于将参考图2描述的像素PIX的结构。
参考图1和图2，图像传感器设备1000的像素PIX可以是基于事件的像素或动态视觉传感器(DVS)像素。像素PIX可以包括光电检测器1100、转换器1200、放大器1300以及确定器1400。光电检测器1100可以被配置为响应于从外部(例如，从图像传感器设备1000的外部)入射的光来生成光电流或光电荷。在示例性实施例中，光电检测器1100可以是光电二极管(PD)。
转换器1200可以被配置为将从光电检测器1100生成的光电流或光电荷转换为电压的形式。例如，转换器1200可以将光电流或光电荷转换为输入电压。在示例性实施例中，转换器1200可以是对数I至V转换器。在示例性实施例中，转换器1200可以是对数放大器。转换器1200也可以指的是具有转换器电路。
放大器1300可以从转换器1200接收电压作为输入电压，可以放大所接收的输入电压的改变的量或所接收的输入电压之间的差别，并且可以输出放大的信号作为输出电压。在示例性实施例中，放大器1300可以是差动放大器、差分放大器或电容放大器。
确定器1400可以基于输出电压来生成与放大器1300的输出电压相对应的事件信号。例如，确定器1400可以包括比较器1410和输出逻辑电路1420。
比较器1410可以确定来自放大器1300的输出电压是否达到给定阈值。例如，比较器1410可以将输出电压与至少两个预先确定的阈值相比较并且输出比较结果。输出电压达到给定阈值中的一个可以意指在对应的像素PIX处发生事件(例如，开启(on)事件或关断(off)事件)。比较器1410可以基于确定结果来输出指示事件是否发生的比较信号(例如，ON信号或OFF信号)。输出逻辑电路1420可以基于来自比较器1410的信号来确定发生的事件的类型(例如，开启事件或关断事件)，并且可以输出与所确定的类型(例如，所确定的事件)相对应的事件信号。例如，输出逻辑电路1420可以基于由比较器1410输出的比较结果来输出对应的事件信号。比较器1410也可以被称为比较电路。
尽管在图2的示例性实施例中描述一个像素，但本发明构思不限于此。在示例性实施例中，图像传感器设备1000可以另外包括被配置为通过使用地址事件表示(AER)协议来输出多个像素当中发生事件(例如，开启事件或关断事件)的像素的地址或坐标的外围电路或附加的逻辑电路(例如，地址编码器、仲裁器以及握手逻辑电路)。在示例性实施例中，AER协议可以是用于传送事件信号的异步握手协议。
在示例性实施例中，在开启事件或关断事件发生的情况下，输出逻辑电路1420可以被配置为输出重置信号RST。可以响应于重置信号RST来重置放大器1300。在示例性实施例中，放大器1300被重置可以意指输入节点(例如，浮置节点)的电平和输出节点的电平等于相同的电平(例如，重置电压或重置电平)。可以通过在放大器1300中包括的重置开关或重置电路来执行重置操作。
由于各种因素，可能在常规放大器的重置开关处发生泄漏电流。重置开关的泄漏电流改变放大器的输入节点(或浮置节点)的电压，因此造成放大器1300的输出电压的改变。而且，由于各种因素，在图像传感器设备1000处可能发生DC噪声或设备噪声，并且该噪声可能被引入到放大器1300中。
引入到放大器1300中的噪声可以造成输入节点(或浮置节点)的电压改变，并且因此放大器1300的输出电压可能改变。这意味着，在确定器1400可能发生假事件(falseevent)。假事件指示非预期事件或实际上没有发生的事件，并且可以造成图像传感器设备1000的可靠性的降低。例如，由于放大器1300的泄漏电流或设备噪声，图像传感器设备1000的可靠性可能降低。
根据本发明构思的示例性实施例的放大器1300可以包括被配置为阻断或防止泄漏电流并且阻断或过滤设备噪声(或DC噪声)的重置开关电路。将参考附图在下文更全面地描述根据本发明构思的示例性实施例的放大器1300的配置。
图3A和图3B是根据比较性示例、用于描述放大器的操作的图。
将参考图3A和图3B来描述其中由于在重置开关(rs)发生的泄漏电流而发生假事件的方式。参考图3A和图3B，放大器(amp)可以包括第一电容器和第二电容器(c1、c2)、放大元件(mp)、电流偏置(ib)以及重置开关(rs)。
第一电容器(c1)可以被连接在接收输入电压(in)的输入端子与浮置节点(nfl)之间。在示例性实施例中，可以从参考图2所描述的转换器1200接收输入电压(in)。第二电容器(c2)可以被连接在浮置节点(nfl)与输出节点(nout)之间。在示例性实施例中，输出节点(nout)可以连接到参考图2所描述的确定器1400，并且可以通过输出节点nout向确定器1400提供输出电压(out)。
放大元件(mp)例如可以是连接在电源电压VDD和输出节点(nout)之间并且被配置为响应于浮置节点(nfl)的电压而操作的p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。电流偏置(ib)可以被连接在输出节点(nout)与接地节点之间。重置开关(rs)可以是连接在浮置节点(nfl)和输出节点(nout)之间并且被配置为响应于重置信号(rst)而操作的PMOS晶体管。重置开关(rs)可以响应于重置信号(rst)的低电平将浮置节点(nfl)和输出节点(nout)的电平重置为重置电压。
在示例性实施例中，电源电压VDD可以被施加到是PMOS晶体管的重置开关(rs)的体节点。在没有发生事件的情况中，高电平(电源电压VDD的电平)的重置信号rst可以被施加到重置开关(rs)。在这种情况下，重置开关(rs)的栅极和漏极(例如，浮置节点(nfl))之间的电压差可以造成从重置开关(rs)的体节点流动到重置开关(rs)的漏极(例如，浮置节点(nfl))的泄漏电流(Ik)。该泄漏电流(Ik)被称作“栅极感应的漏极泄漏(GIDL)电流”。以下，特定信号或特定电压的高电平或低电平可以指示用于开启或关断对应的元件的电压(例如，电源电压或接地电压)。
因为发生在重置开关(rs)的泄漏电流(Ik)被引入到浮置节点(nfl)中，所以浮置节点(nfl)的电压可以增大。由于浮置节点(nfl)的电压改变，所以输出节点(nout)的输出电压(out)可以减小。
例如，如图3B中所图示的，假定输入电压(in)的电平是均一的。在理想情况中，如果输入电压(in)是均一的，则输出节点(nout)的电压不改变。然而，如上所述，因为浮置节点(nfl)的电压由于发生在重置开关(rs)的泄漏电流(Ik)而改变(例如，增大)，所以输出节点(nout)的电压可以减小。
在图3B的图中，在第一时间t1，输出节点(nout)的电压可以达到给定阈值。在这种情况下，如参考图2所描述的，可以通过确定器1400来生成事件信号。当事件信号被生成时，在第一时间t1，确定器1400的输出逻辑电路1420可以激活重置信号(rst)。例如，确定器1400的输出逻辑电路1420可以将重置信号(rst)从高电平改变为低电平。响应于激活的重置信号(rst)，重置开关(rs)可以将浮置节点(nfl)和输出节点nout的电压重置为重置电压(rl)。
如上所述，因为当输入电压(in)是均一时生成事件信号，所以与所生成的事件信号相对应的事件可能是非预期的假事件。也就是说，纵然输入电压(in)是均一的，但由于在放大器(amp)的重置开关(rs)生成的泄漏电流(Ik)(例如，GIDL电流)，也可能在相应时间t1、t2和t3反复地发生非预期的假事件。反复的假事件可以造成图像传感器设备的可靠性的降低。
图4A和图4B是根据本发明构思的示例性实施例的、图示出图2的放大器1300的图。
参考图4A和图4B，放大器1300可以包括放大电路1310和重置电路1320。
放大电路1310例如可以是被配置为放大输入电压IN的改变并且输出放大的改变作为输出电压OUT的差动放大器或差分放大器。也就是说，放大电路1310可以基于输入电压IN的改变来输出输出电压OUT。在示例性实施例中，放大电路1310可以从转换器1200接收输入电压IN并且可以向确定器1400提供输出电压OUT。
例如，参考图4B，放大电路1310可以包括第一电容器C1、第二电容器C2、放大元件MPa以及电流偏置IB。电流偏置IB在本文中也可以被称为电流偏置源或电流偏置源电路。第一电容器C1可以被连接在接收输入电压IN的输入端子与浮置节点NFL之间。第二电容器C2可以被连接在浮置节点NFL与输出节点NOUT之间。放大元件MPa可以被连接在电源电压VDD与输出节点NOUT之间并且可以响应于浮置节点NFL的电压来操作。例如，放大元件MPa可以是PMOS晶体管，并且浮置节点NFL的电压可以被施加到放大元件MPa的栅极以控制放大元件MPa的操作。因而，放大元件MPa在本文中也可以被称为放大晶体管。电流偏置IB可以被连接在输出节点NOUT与接地电压之间。
再次参考图4A，重置电路1320可以被配置为响应于来自确定器1400(或输出逻辑电路1420)的重置信号RST将浮置节点NFL和放大电路1310的输出节点NOUT的电压重置为重置电压RV。
例如，重置电路1320可以包括重置开关1321和重置偏置生成器1322。如图4B中所图示的，重置电路1320的重置开关1321可以被连接在浮置节点NFL与输出节点NOUT之间。重置开关1321可以响应于重置偏置生成器1322的重置偏置RB将浮置节点NFL和输出节点NOUT的电压重置为重置电压RV。
重置偏置生成器1322可以基于重置信号RST和重置电压RV来生成重置偏置RB。例如，在其中重置信号RST被去激活的情况中(例如，在其中重置信号RST的电平是高电平或电源电压VDD的电平的情况中)，由重置偏置生成器1322生成的重置偏置RB可以基本上等于来自重置开关1321的重置电压RV或可以与重置电压RV相差给定电平那样多。
在其中重置信号RST被激活的情况中(例如，在其中重置信号RST的电平是低电平或接地电压VSS的电平的情况中)，由重置偏置生成器1322生成的重置偏置RB可以是低电平或接地电压VSS。替换地，在其中重置信号RST被激活的情况中，重置偏置RB可以是用于开启在重置开关1321中包括的元件的开启电压。
如上所述，重置开关1321可以响应于由重置偏置生成器1322生成的重置偏置RB来操作。在这种情况下，当重置信号RST被去激活时，重置偏置RB可以基本上等于或稍微不同于重置信号RST。在该情况下，可以防止参考图3A和图3B所描述的在重置开关(rs)的泄漏电流(例如，GIDL电流)。例如，如上所述，当在电源电压VDD被施加到重置开关(rs)的体节点的状态中重置开关(rs)的栅极和漏极之间的电压差较大时，可能生成在重置开关(rs)的泄漏电流。
然而，根据本发明构思的示例性实施例，在重置开关1321中包括的晶体管中的每一个可以响应于重置偏置RB来操作。在该情况下，重置偏置RB的电平可以比重置信号RST的电平更低，并且重置偏置RB可以基本上与重置电压RV相同或稍微与其不同。因为浮置节点NFL处于基本上被重置到重置电压RV的状态，所以重置偏置RB可以基本上与浮置节点NFL的电压相同，或重置偏置RB与浮置节点NFL的电压之间的差别可以是可忽略的。在示例性实施例中，差别是可忽略的可以意指，没有通过重置偏置RB与浮置节点NFL的电压的差别在重置开关1321生成泄漏电流(例如，GIDL电流)。
也就是说，因为根据本发明构思的示例性实施例的重置开关1321的栅极和漏极之间的电平差是“0”或小到足够被忽略，所以可以防止参考图3A和图3B所描述的泄漏电流Ik(例如，GIDL电流)。根据本发明构思的示例性实施例的放大器1300的重置电路1320可以防止泄漏电流，并且因此，可以防止由于泄漏电流而发生假事件。
图5A是详细地图示出根据本发明构思的示例性实施例的、图4A和图4B的放大器的电路图。图5B和图5C是用于描述图5A的放大器的操作的图。
参考图2和图4A至图5C，放大器1300可以包括放大电路1310和重置电路1320。放大电路1310可以包括第一电容器C1、第二电容器C2、放大元件MPa和电流偏置IB。参考图4B来描述放大电路1310的配置。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。
重置电路1320可以包括重置开关1321和重置偏置生成器1322。重置开关1321可以包括第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2。第一PMOS晶体管MP1可以被连接在浮置节点NFL与中间节点NIM之间并且可以响应于重置偏置RB来操作。例如，重置偏置RB可以被施加到第一PMOS晶体管MP1的栅极以控制第一PMOS晶体管MP1的操作。第二PMOS晶体管MP2可以被连接在中间节点NIM与输出节点NOUT之间并且可以响应于重置偏置RB来操作。例如，重置偏置RB可以被施加到第二PMOS晶体管MP2的栅极以控制第二PMOS晶体管MP2的操作。可以向第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2中的每一个的体节点提供电源电压VDD。第一PMOS晶体管MP1可以被称为重置开关1321的第一重置开关，并且第二PMOS晶体管MP2可以被称为重置开关1321的第二重置开关。
重置偏置生成器1322可以基于重置信号RST和重置电压RV来生成重置偏置RB。例如，重置偏置生成器1322可以包括第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管MN1和第三PMOS晶体管MP3。第一NMOS晶体管MN1可以被连接在中间节点NIM与偏置输出节点NBO之间并且可以响应于重置信号RST来操作。例如，重置信号RST可以被施加到第一NMOS晶体管MN1的栅极以控制第一NMOS晶体管MN1的操作。第三PMOS晶体管MP3可以被连接在偏置输出节点NBO与接地电压之间并且可以响应于重置信号RST来操作。例如，重置信号RST可以被施加到第三PMOS晶体管MP3的栅极以控制第三PMOS晶体管MP3的操作。可以通过偏置输出节点NBO输出重置偏置RB。重置偏置生成器1322也可以被称为重置偏置生成器电路。重置偏置RB可以是中间节点NIM的重置电压RV、电源电压VDD以及接地电压VSS中的一个。
将参考图5B和图5C来描述图5A的放大器1300的操作和通过放大器1300的操作所获取的效果。为了描述的方便起见，假定从转换器1200提供的输入电压IN的电平是均一的。
如图5B中所图示的，在其中重置信号RST处于不活动状态(例如，高状态或电源电压VDD的状态)的情况中，流过重置开关1321(具体地，是第一PMOS晶体管MP1)的泄漏电流(或GIDL电流)基本上是零。也就是说，在其中输入电压IN是均一的情况中，因为不存在通过重置开关1321引入到浮置节点NFL中的泄漏电流，所以浮置节点NFL的电压也可以是均一的。在该情况下，输出节点NOUT的输出电压OUT不改变，并且因此，不发生非预期的假事件。
例如，因为由重置偏置生成器1322生成的重置偏置RB基本上等于浮置节点NFL的电压，所以可以防止在重置开关1321生成泄漏电流。也就是说，因为输入电压IN的电平是均一的或因为输入电压IN不改变，所以在理想情况中，输出电压OUT不改变，并且因此不发生假事件。
在示例性实施例中，如图5C中所图示的，在第一时间t1，重置信号RST可以被激活(例如，可以具有低电平或接地电压VSS)。该重置信号RST可以基于实际上发生的事件，而不是假事件。在这种情况下，响应于激活的重置信号RST，重置偏置生成器1322的第一NMOS晶体管MN1可以被截止，并且其第三PMOS晶体管MP3可以被导通。在这种情况下，偏置输出节点NBO的电压可以减小到接地电压VSS，并且因此重置偏置RB可以变为接地电压VSS。也就是说，重置偏置RB可以被激活。
重置开关1321的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2可以通过激活的重置偏置RB(例如，低电平或接地电压VSS的重置偏置RB)被导通。照此，可以将浮置节点NFL、输出电压节点NOUT和中间节点NIM重置为重置电压RV。
在该情况下，可以通过电流偏置IB的物理特性或放大元件MPa的物理特性来确定重置电压RV。重置电压RV的电平可以低于去激活的重置信号RST的电平(例如，电源电压VDD的电平)。
随后，重置信号RST可以被去激活(例如，可以转换为高电平或可以具有电源电压VDD)。在这种情况下，响应于去激活的重置信号RST，重置偏置生成器1322的第一NMOS晶体管MN1可以被导通，并且其第三PMOS晶体管MP3可以被截止。照此，中间节点NIM的电压(例如，重置电压RV)可以通过重置偏置生成器1322的操作被传递到偏置输出节点NBO。随后，尽管重置信号RST保持在不活动状态(例如，处于高电平或具有电源电压VDD)，但偏置输出节点NBO可以维持重置电压RV。例如，随后，尽管重置信号RST保持在不活动状态(例如，处于高电平或具有电源电压VDD)，但重置偏置RB可以基本上等于重置电压RV，或重置偏置RB和重置电压RV之间的差别可以小到足够被忽略。
如上所述，浮置节点NFL、输出节点NOUT和中间节点NIM所有可以通过重置开关1321的重置操作被重置为重置电压RV。随后，在重置开关1321的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2二者被截止的状态中，重置偏置RB可以维持重置电压RV。在这种情况下，因为重置偏置RB和浮置节点NFL的电平基本上等于重置电压RV的电平，所以可以防止在第一PMOS晶体管MP1生成泄漏电流(例如，GIDL电流)。因此，因为防止由于泄漏电流的假事件，所以放大器1300的可靠性以及因此包括放大器1300的图像传感器设备1000的可靠性提高。
图6A和图6B是根据本发明构思的示例性实施例的、图示出图5A的重置开关的横断面视图。
参考图5A和图6A，重置开关1321-1可以包括第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2。可以在p型基板上形成第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2。
例如，如图6A中所图示的，第一PMOS晶体管MP1可以包括形成在p型基板上的栅极节点11、漏极节点12以及源极节点13。第一PMOS晶体管MP1的栅极节点11可以是放置在形成在p基板中的n阱上方的金属氧化物，并且漏极节点12和源极节点13中的每一个可以是形成在n阱中的p+区域(或p型掺杂区域)。
如图6A中所图示的，第二PMOS晶体管MP2可以包括形成在p型基板上的栅极节点21、漏极节点22以及源极节点23。第二PMOS晶体管MP2的栅极节点21可以是放置在形成在p型基板中的n阱上方的金属氧化物，并且漏极节点22和源极节点23中的每一个可以是形成在n阱中的p+区域(或p型掺杂区域)。在示例性实施例中，第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2中的每一个的体节点BD可以是n+阱，并且可以通过体节点BD向n阱提供电源电压VDD。
如参考图5A所描述的，第一PMOS晶体管MP1的漏极节点可以电连接到浮置节点NFL。第二PMOS晶体管MP2的源极节点23可以连接到输出节点NOUT。第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2的栅极节点11和21可以电连接到偏置输出节点NBO，并且可以从重置偏置生成器1322被提供重置偏置RB。第一PMOS晶体管MP1的源极节点13和第二PMOS晶体管MP2的漏极节点22可以连接到中间节点NIM。
重置开关1321的配置不局限于参考图6A所描述的示例性实施例。例如，如图6B中所图示的，在示例性实施例中，在重置开关1321-2中，第一PMOS晶体管MP1的源极节点和第二PMOS晶体管MP2的漏极节点可以被形成为共用一个p+区域31。参考图6A和图6B所描述的重置开关1321-1和1321-2的配置是示例性的，并且本发明构思不限于此。
图7是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图4A和图4B的重置电路的电路图。为了方便解释起见，可以省略先前描述的元件和方面的进一步描述。
参考图4A、图4B和图7，重置电路1320-1可以包括重置开关1321和重置偏置生成器1322a。重置开关1321可以包括连接在浮置节点NFL与输出节点NOUT之间的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2。重置开关1321的配置类似于参考图5A所描述的配置，并且因此将省略进一步描述以避免冗余。
与图5A的重置偏置生成器1322不同，图7的重置偏置生成器1322a可以包括第四PMOS晶体管MP4、第二NMOS晶体管MN2以及反相器INV。反相器INV可以接收重置信号RST，可以将所接收的重置信号RST反相，并且可以输出反相重置信号/RST。在示例性实施例中，取决于从输出逻辑电路1420提供的重置信号RST的极性，可以省略反相器INV。例如，参考图5C所描述的重置信号RST可以在活动状态中具有低电平并且可以在不活动状态中具有高电平。在图7的示例性实施例中，可以在其中从参考图5C所描述的输出逻辑电路1420提供具有与重置信号RST相反极性的信号(例如，反相重置信号/RST)的情况中省略反相器INV。
第四PMOS晶体管MP4可以被连接在中间节点NIM与偏置输出节点NBO之间，并且可以响应于反相重置信号/RST来操作。第二NMOS晶体管MN2可以被连接在偏置输出节点NBO与接地电压之间，并且可以响应于反相重置信号/RST来操作。
如在以上的描述中，在其中重置信号RST被去激活的情况中，重置偏置生成器1322a可以生成基本上等于重置电压RV的重置偏置RB。例如，如参考图5C所描述的，假定，当重置信号RST被激活时重置信号RST保持在低电平(例如，具有接地电压VSS)，并且当重置信号RST被去激活时，重置信号RST保持在高电平(例如，具有电源电压VDD)。
反相器INV可以接收低电平的重置信号RST并且可以输出高电平的反相重置信号/RST。第四PMOS晶体管MP4可以响应于高电平的反相重置信号/RST被截止，并且第二NMOS晶体管MN2可以响应于高电平的反相重置信号/RST被导通。照此，偏置输出节点NBO的电平可以变为接地电压VSS的电平。也就是说，当重置信号RST被激活时，重置偏置生成器1322a可以输出低电平(或接地电压VSS)的重置偏置RB。
重置开关1321的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2二者响应于低电平的重置偏置RB被导通，并且因此，浮置节点NFL、输出节点NOUT和中间节点NIM可以被重置为重置电压RV。
随后，当重置信号RST被去激活时，反相器INV可以输出低电平的反相重置信号/RST。第二NMOS晶体管MN2可以响应于低电平的反相重置信号/RST被截止，并且第四PMOS晶体管MP4可以响应于低电平的反相重置信号/RST被导通。当第四PMOS晶体管MP4被导通时，中间节点NIM的重置电压RV可以被提供到偏置输出节点NBO。也就是说，当重置信号RST被去激活时，重置偏置生成器1322a可以输出基本上等于重置电压RV的重置偏置RB。
在示例性实施例中，第四PMOS晶体管MP4和第二NMOS晶体管MN2可以构成基于中间节点NIM的重置电压RV进行操作的反相器。通过第四PMOS晶体管MP4和第二NMOS晶体管MN2形成的反相器可以基于重置电压将反相器INV输出的反相重置信号/RST再次反相，并且可以通过偏置输出节点NBO来输出重置偏置RB。也就是说，重置偏置生成器1322a可以使重置信号RST反相以生成反相重置信号/RST，并且然后可以基于重置电压RV使反相重置信号/RST反相以输出重置偏置RB。
在以上描述了通过重置偏置RB获得的效果(例如，防止泄漏电流和防止由于泄漏电流发生假事件的效果)，并且因此将省略其额外描述以避免冗余。
图8是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图4A和图4B的重置电路的电路图。为了方便解释起见，将省略先前描述的元件和方面的进一步描述以避免冗余。参考图4A和图8，重置电路1320-2可以包括重置开关1321b和重置偏置生成器1322b。
例如，重置开关1321b可以包括第三NMOS晶体管MN3和第四NMOS晶体管MN4。第三NMOS晶体管MN3可以被连接在浮置节点NFL与中间节点NIM之间，并且可以响应于重置偏置RB来操作。第四NMOS晶体管MN4可以被连接在输出节点NOUT与中间节点NIM之间，并且可以响应于重置偏置RB来操作。在示例性实施例中，接地电压VSS可以被施加到第三NMOS晶体管MN3和第四NMOS晶体管MN4的体节点。在示例性实施例中，可以在形成在p型基板中的深n阱中的槽型p阱中形成在重置开关1321b中包括的第三NMOS晶体管MN3和第四NMOS晶体管MN4。第三NMOS晶体管MN3可以被称为重置开关1321b的第一重置开关，并且第四NMOS晶体管MN4可以被称为重置开关1321b的第二重置开关。
重置偏置生成器1322b可以包括第五NMOS晶体管MN5和第五PMOS晶体管MP5。第五NMOS晶体管MN5可以被连接在中间节点NIM与偏置输出节点NBO之间，并且可以响应于重置信号RST来操作。第五PMOS晶体管MP5可以被连接在偏置输出节点NBO与电源电压VDD之间，并且可以响应于重置信号RST来操作。
与以上描述不同，因为重置电路1320-2的重置开关1321b包括第三NMOS晶体管MN3和第四NMOS晶体管MN4，所以重置开关1321b可以响应于高电平的重置偏置RB来执行重置操作。也就是说，重置偏置生成器1322b可以响应于激活的重置信号RST(例如，具有低电平或接地电压VSS)来输出高电平或电源电压VDD的重置偏置RB。替换地，重置偏置生成器1322b可以响应于去激活的重置信号RST(例如，具有高电平或电源电压VDD)输出基本上等于重置电压RV的重置偏置RB。第三NMOS晶体管MN3和第四NMOS晶体管MN4可以响应于重置偏置RB是电源电压VDD而被导通。
除每个晶体管的类型从NMOS晶体管切换为PMOS晶体管，或从PMOS晶体管切换为NMOS晶体管外，图8的重置电路1320-2的配置和操作基本上等于在以上描述的重置电路1320和1320-1的那些配置和操作。因此，为了方便解释起见，将省略先前描述的元件和方面的进一步描述以避免冗余。
图8中图示出的重置偏置生成器1322b的配置是示例性的，并且本发明构思不限于此。例如，取决于从输出逻辑电路1420输出的重置信号RST的极性，重置偏置生成器1322b可以另外包括用于使重置信号RST反相的反相器，或晶体管的类型可以被改变(例如，从PMOS晶体管改变到NMOS晶体管，或从NMOS晶体管改变到PMOS晶体管)。
图9是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图4A的重置电路的框图。
参考图4A和图9，重置电路1320-3可以包括第一子开关1321-1、第二子开关1321-2以及重置偏置生成器1322。
如在以上描述中，重置偏置生成器1322可以响应于重置信号RST来生成重置偏置RB。在这种情况下，在其中重置信号RST处于不活动状态的情况中，重置偏置RB的电平可以低于重置信号RST的电平，或重置偏置RB可以基本上等于中间节点NIM的重置电压RV。
第一子开关1321-1可以被连接在浮置节点NFL与中间节点NIM之间，并且可以响应于来自重置偏置生成器1322的重置偏置RB来操作。第二子开关1321-2可以被连接在中间节点NIM与输出节点NOUT之间，并且可以响应于来自重置偏置生成器1322的重置偏置RB来操作。在示例性实施例中，第一子开关1321-1和第二子开关1321-2可以构成图4A的重置开关1321。
在以上描述的示例性实施例中，重置开关1321和1321b中的每一个可以包括连接在浮置节点NFL和中间节点NIM之间的第一晶体管以及连接在输出节点NOUT和中间节点NIM之间的第二晶体管。然而，本发明构思不限于此。例如，图9的连接在浮置节点NFL和中间节点NIM之间的第一子开关1321-1可以包括串联、并联或组合地连接的多个晶体管。替换地，图9的连接在输出节点NOUT和中间节点NIM之间的第二子开关1321-2可以包括串联、并联或以其组合连接的多个晶体管。上述多个晶体管中的每一个可以响应于来自重置偏置生成器1322的重置偏置RB来操作。也就是说，可以通过使用多个晶体管来实施根据本发明构思的示例性实施例的重置开关1321。
图10是用于描述根据图4A的重置电路1320的操作的带通滤波效果的图。
在示例性实施例中，在图10的图中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示通过放大器1300的电压电平(或信号电平)。参考图4A和图10，根据本发明构思的示例性实施例，可以去除或阻断由重置电路1320引入到放大器1300中的设备噪声(或DC噪声)。例如，图10的图形的子图G0图示出图3A的放大器(amp)中的带通滤波特性，并且图10的图形的子图G1图示出图4A的放大器1300中的带通滤波特性。
从子图G0和G1可以看出，与比较示例的放大器(amp)相比较，根据本发明构思的示例性实施例的放大器1300可以进一步阻断低频带(例如，DC)。例如，子图G0的下截止频率可以是频率PF0，并且子图G1的下截止频率可以是高于频率PF0的频率PF1。这是因为在重置开关1321被关断(例如，重置信号RST被去激活)的状态中向重置开关1321提供的重置偏置RB的电平低于重置信号RST的电平。例如，因为向重置开关1321的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2提供低于电源电压VDD的重置偏置RB，所以重置开关1321的等效电阻组件可以小于图3A的放大器(amp)的重置开关(rs)的等效电阻组件。也就是说，当重置开关1321的等效电阻组件减小时，放大器1300的下截止频率可以从频率PF0增大到频率PF1。
当下截止频率PF1增大时，更宽的低频带中的信号可以被阻断，并且因此引入到放大器1300中的DC噪声可以被有效地阻断。在示例性实施例中，放大器1300的有效信号范围可以是第一频率范围F1。也就是说，纵然根据本发明构思的示例性实施例的放大器1300的下截止频率增大到第一截止频率PF1，但是放大器1300或包括放大器1300的图像传感器设备1000也可以正常地操作。
图11是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的放大器的框图。
参考图2和图11，放大器1300-1可以包括放大电路1310、像素重置电路1320a以及全局重置电路1320b。放大电路1310可以被连接在接收输入电压IN的输入节点与输出输出电压OUT的输出节点之间。放大电路1310的结构可以类似于参考图4B或图5B所描述的放大电路1310的结构。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。
像素重置电路1320a和全局重置电路1320b可以被并联连接在放大电路1310的浮置节点NFL(参考图4B)与输出节点NOUT(参考图4B)之间。在示例性实施例中，像素重置电路1320a和全局重置电路1320b中的每一个可以包括参考图4A至图10所描述的重置电路1320、1320-1和1320-2中的一个或其组合，并且可以类似于重置电路1320、1320-1和1320-2进行操作。
像素重置电路1320a可以响应于来自输出逻辑电路1420的重置信号RST来操作。全局重置电路1320b可以响应于全局重置信号RST_g来操作。在示例性实施例中，可以从像素PIX(参考图2)外部的任何其他组件(例如，图像传感器设备1000中所包括的地址编码器、仲裁器或握手逻辑)或控制器1010(参考图1)提供全局重置信号RST_g。全局重置信号RST_g可以是用于在基本上同一时间重置在图像传感器设备1000中包括的多个像素PIX中的全部或一部分的信号。也就是说，在图像传感器设备1000中包括的多个像素PIX中的每一个的放大器可以包括像素重置电路1320a和全局重置电路1320b，并且可以根据像素操作(例如，当事件发生或生成事件信号时)通过像素重置电路1320a来执行像素重置操作，或可以在外部组件的控制下(例如，响应于全局重置信号RST_g)通过全局重置电路1320b来执行全局重置操作。除通过其执行重置操作的单元之外，像素重置电路1320a和全局重置电路1320b的配置和重置操作类似于在以上描述的重置电路1320、1320-1或1320-2的配置和重置操作。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。
图12是详细地图示出根据本发明构思的示例性实施例的图2的像素的电路图。
为了描述的方便起见，将描述一个像素PIX。然而，本发明构思不限于此。例如，在图像传感器设备1000中包括的剩余像素中的每一个可以具有类似于图12的像素PIX的结构。在示例性实施例中，图12中图示的像素PIX可以是基于事件的传感器的像素或动态视觉传感器(DVS)的像素。
参考图2和图12，像素PIX可以包括光电检测器1100、转换器1200、放大器1300、比较器1410以及输出逻辑电路1420。参考图2来描述光电检测器1100、转换器1200、放大器1300、比较器1410以及输出逻辑电路1420中的每一个的操作或功能。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。
光电检测器1100可以是被配置为生成与从外部(例如，从包括光电检测器1100的图像传感器设备外部)入射的光相对应的光电荷的光电二极管。光电检测器1100可以被连接在第一节点N1和接地电压之间。
转换器1200可以包括第一NMOS晶体管MN11和第二NMOS晶体管MN12、第一PMOS晶体管MP11和第二PMOS晶体管MP12以及第一电流偏置IB1和第二电流偏置IB2。第一NMOS晶体管MN11可以被连接在电源电压VDD与第一PMOS晶体管MP11之间，并且可以响应于第二节点N2的电压来操作。第一PMOS晶体管MP11可以被连接在第一NMOS晶体管MN11与第一节点N1之间，并且可以响应于来自外部的DC偏置来操作。在示例性实施例中，第一PMOS晶体管MP11可以操作为电流偏置。第二NMOS晶体管MN12可以被连接在第二节点N2与接地电压之间，并且可以响应于第一节点N1的电压来操作。第二PMOS晶体管MP12可以被连接在向放大器1300提供输入电压IN的输入节点与接地电压之间，并且可以响应于第二节点N2的电压来操作。第一电流偏置IB1可以被连接在电源电压VDD与第二节点N2之间。第二电流偏置IB2可以被连接在电源电压VDD与向放大器1300提供输入电压IN的输入节点之间。
放大器1300可以被连接在接收输入电压IN的输入节点与输出输出电压的输出节点NOUT之间。放大器1300可以包括第一电容器C1、第二电容器C2、放大元件MPa、第三电流偏置IB3以及重置电路1320。参考图1至图10对放大器1300的组件和连接关系进行描述。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。在示例性实施例中，重置电路1320可以包括参考图1至图11所描述的重置电路1320、1320-1以及1320-2中的一个或其组合，或可以包括在不背离本发明构思的范围和精神的情况下从重置电路1320、1320-1以及1320-2修改的配置。
比较器1410可以包括第三PMOS晶体管MP13、第四PMOS晶体管MP14、第四电流偏置IB4以及第五电流偏置IB5。第三PMOS晶体管MP13可以被连接在电源电压VDD与开启信号节点NON之间，并且可以响应于输出节点NOUT的电压(例如，来自放大器1300的输出电压OUT)来操作。第四PMOS晶体管MP14可以被连接在电源电压VDD与关断信号节点NOFF之间，并且可以响应于输出节点NOUT的电压(例如，来自放大器1300的输出电压OUT)来操作。第四电流偏置IB4可以被连接在开启信号节点NON与接地电压之间，并且第五电流偏置IB5可以被连接在关断信号节点NOFF与接地电压之间。
可以通过开启信号节点NON向输出逻辑电路1420提供与开启事件相对应的开启信号ON，并且可以通过关断信号节点NOFF向输出逻辑电路1420提供与关断事件相对应的关断信号OFF。输出逻辑电路1420可以被连接在电源电压VDD与接地电压之间，并且可以基于来自比较器1410的开启信号ON和关断信号OFF来输出事件信号。
图13A和图13B是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器设备的图。
参考图13A和图13B，图像传感器设备2000可以包括多个像素PIX。在示例性实施例中，多个像素PIX中的每一个可以是基于事件的像素或动态视觉传感器像素。多个像素PIX中的每一个例如可以是参考图2和图12所描述的像素PIX。
多个像素PIX中的每一个可以被划分为第一子像素SPa和第二子像素SPb。多个像素PIX中的每一个中的第一子像素SPa可以被包括在于图像传感器设备2000中所包括的上部晶圆WF_T中，并且多个像素PIX中的每一个中的第二子像素SPb可以被包括在于图像传感器设备2000中所包括的底部晶圆WF_B中。例如，图像传感器设备2000可以具有其中多个半导体晶圆或多个半导体管芯被堆叠的多堆叠结构。也就是说，如图13B中所图示的，图像传感器设备2000可以包括顶部晶圆WF_T和底部晶圆WF_B，并且顶部晶圆WF_T和底部晶圆WF_B可以通过连接结构CT被电连接到彼此。在示例性实施例中，连接结构CT可以是Cu至Cu粘合，然而，本发明构思不限于此。
例如，顶部晶圆WF_T可以包括第一基板SUB1、第一晶体管层TL1和第一金属层ML1。可以在第一基板SUB1形成光电二极管PD。光电二极管PD可以是参考图1至图12所描述的光电检测器1100。
第一晶体管层TL1可以被形成在第一基板SUB1上。第一晶体管层TL1可以指示其中形成在像素PIX中包括的各种晶体管的一部分的区域。例如，可以在第一基板SUB1上的第一晶体管层TL1形成在图12的像素PIX的转换器1200中包括的各种组件。在示例性实施例中，第一晶体管层TL1可以包括用于形成各种组件的多个层。第一金属层ML1可以被形成在第一晶体管层TL1上。第一金属层ML1可以包括用于将光电二极管PD与在第一晶体管层TL1形成的各种组件电连接的多个金属线。在示例性实施例中，第一金属层ML1可以包括用于形成多个金属线的多个层。在示例性实施例中，在顶部晶圆WF_T中所包括的第一基板SUB1、第一晶体管层TL1或第一金属层ML1形成的组件可以构成第一子像素SPa。如上所述，第一子像素SPa可以指示像素PIX的一些组件。
底部晶圆WF_B可以包括第二基板SUB2、第二晶体管层TL2和第二金属层ML2。第二晶体管层TL2可以被形成在第二基板SUB2上。第二晶体管层TL2可以包括在第二子像素SPb中包括的组件。例如，如上所述，在其中第一子像素SPa包括像素PIX的组件中的光电检测器1100和转换器1200的情况中，第二子像素SPb可以包括在剩余组件(例如，放大器1300和确定器1400)中所包括的元件(例如，晶体管、电容器以及电流偏置)。在第二子像素SPb中包括的元件可以被形成在第二晶体管层TL2。第二金属层ML2可以被形成在第二晶体管层TL2上。第二金属层ML2可以包括用于将在第二晶体管层TL2包括的元件电连接的多个金属线。在示例性实施例中，第二金属层ML2可以包括用于形成多个金属线的多个层。在示例性实施例中，顶部晶圆WF_T和底部晶圆WF_B可以通过连接结构CT电连接到彼此。例如，顶部晶圆WF_T的第一子像素SPa和底部晶圆WF_B的第二子像素SPb可以通过连接结构CT电连接到彼此，并且因此，可以形成一个像素PIX。
如上所述，根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器设备2000可以包括多个像素PIX。多个像素PIX中的每一个可以被划分为第一子像素SPa和第二子像素SPb。多个像素PIX中的每一个中的第一子像素SPa可以被形成在顶部晶圆WF_T，并且多个像素PIX中的每一个中的第二子像素SPb可以被形成在底部晶圆WF_B。底部晶圆WF_B和顶部晶圆WF_T可以通过连接结构CT电连接到彼此，并且因此，可以分别形成多个像素PIX。
图14A至图14C是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图13A的像素的电路图。将参考图14A至图14C来描述其中像素PIX被划分为第一子像素SPa和第二子像素SPb的示例性实施例。
参考图13A和图14A至图14C，像素PIX-1、PIX-2以及PIX-3中的每一个可以包括光电检测器1100、转换器1200、放大器1300、比较器1410以及输出逻辑电路1420。在示例性实施例中，像素PIX-1、PIX-2以及PIX-3中的每一个的放大器1300可以包括参考图1至图12所描述的重置电路或可以基于参考图1至图12所描述的操作方法来操作。在以上已经描述了光电检测器1100、转换器1200、放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420中的每一个。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。
如图14A中所图示的，第一像素PIX-1可以被划分为第一子像素SPa-1和第二子像素SPb-1。第一子像素SPa-1可以包括光电检测器1100和转换器1200。也就是说，第一像素PIX-1的光电检测器1100和转换器1200可以被形成在顶部晶圆WF_T。第二子像素SPb-1可以包括放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420。也就是说，第一像素PIX-1的放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420可以被形成在底部晶圆WF_B。可以通过连接结构CT将第一子像素SPa-1中的转换器1200的输出输入电压IN的端子和第二子像素SPb-1中的放大器1300的接收输入电压IN的端子电连接来实施第一像素PIX-1，并且因此，第一像素PIX-1可以正常地操作。
在示例性实施例中，形成在顶部晶圆WF_T的第一子像素SPa-1的光电检测器1100和转换器1200可以基于第一电源电压VDD1进行操作，并且形成在底部晶圆WF_B的第二子像素SPb-1的放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420可以基于第二电源电压VDD2进行操作。在示例性实施例中，第一电源电压VDD1可以大于第二电源电压VDD2。
参考图14B，第二像素PIX-2可以被划分为第一子像素SPa-2和第二子像素SPb-2。第一子像素SPa-2可以包括光电检测器1100和转换器1200的一部分。也就是说，第二像素PIX-2的光电检测器1100和转换器1200的该部分可以被形成在顶部晶圆WF_T。第二子像素SPb-2可以包括转换器1200的其余部分、放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420。也就是说，第二像素PIX-2的转换器1200的其余部分、放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420可以被形成在底部晶圆WF_B。第一子像素SPa-2的转换器1200的该部分和第二子像素SPb-2的转换器1200的其余部分可以通过连接结构CT电连接到彼此。照此，可以实施一个第二像素PIX-2，并且第二像素PIX-2可以正常地操作。
在示例性实施例中，形成在顶部晶圆WF_T的第一子像素SPa-1的光电检测器1100和转换器1200的一部分可以基于第一电源电压VDD1进行操作，并且形成在底部晶圆WF_B的第二子像素SPb-2的转换器1200的其余部分、放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420可以基于第二电源电压VDD2进行操作。在示例性实施例中，第一电源电压VDD1可以大于第二电源电压VDD2。
参考图14C，第三像素PIX-3可以被划分为第一子像素SPa-3和第二子像素SPb-3。第一子像素SPa-3可以包括光电检测器1100、转换器1200以及放大器1300。也就是说，第三像素PIX-3的光电检测器1100、转换器1200以及放大器1300可以被形成在顶部晶圆WF_T。第二子像素SPb-3可以包括比较器1410和输出逻辑电路1420。也就是说，第三像素PIX-3的比较器1410和输出逻辑电路1420可以被形成在底部晶圆WF_B。第一子像素SPa-3的放大器1300的输出节点NOUT和第二子像素SPb-3的比较器1410的输入可以通过连接结构CT电连接到彼此。照此，可以实施一个第三像素PIX-3，并且第三像素PIX-3可以正常地操作。
在示例性实施例中，形成在顶部晶圆WF_T的第一子像素SPa-3的光电检测器1100、转换器1200以及放大器1300可以基于第一电源电压VDD1进行操作，并且形成在底部晶圆WF_B的第二子像素SPb-3的比较器1410和输出逻辑电路1420可以基于第二电源电压VDD2进行操作。在示例性实施例中，第一电源电压VDD1可以大于第二电源电压VDD2。
参考图14A至图14C所描述的第一子像素和第二子像素的配置是用于描述本发明构思的示例性实施例的示例。然而，本发明构思不限于此。例如，可以以各种方案划分第一子像素和第二子像素。例如，在示例性实施例中，第一子像素SPa可以包括光电检测器1100，并且第二子像素SPb可以包括光电检测器1100以外的其余组件(例如，转换器1200、放大器1300、比较器1410和输出逻辑电路1420)。替换地，在示例性实施例中，第一子像素SPa可以包括像素PIX的各种元件中的一些，并且第二子像素SPb可以包括像素PIX的各种元件中的其余元件。
图15是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器设备的图。
参考图15，图像传感器设备2000-1可以包括多个像素PIX。多个像素PIX中的每一个可以被划分为多个子像素SPa、SPb…SPn(其中，n是正整数)。多个子像素Spa、SPb…SPn可以被分别形成在多个晶圆WFa、WFb…WFn。可以通过电连接多个晶圆WFa、Wfb…WFn来实施多个像素PIX。多个像素PIX中的每一个例如可以是参考图2和图12所描述的像素PIX。
图像传感器设备2000-1可以另外包括附加的晶圆。附加的晶圆可以包括用于控制多个像素PIX的各种逻辑电路或外围电路(例如，地址编码器、仲裁器以及握手逻辑)。附加的晶圆可以被电连接到多个晶圆WFa、WFb…WFn中的至少一个。多个晶圆WFa、WFb…WFn和附加的晶圆可以通过连接结构被电连接。连接结构可以是Cu至Cu粘合。
图16是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图像设备的框图。
参考图16，图像设备300可以包括图像传感器设备3000和控制器3010。控制器3010可以被配置为控制图像传感器设备3000。图像传感器设备3000可以被配置为生成与从外部入射的光相对应的信号。
在示例性实施例中，图像传感器设备3000可以包括动态视觉传感器(DVS)像素或CMOS图像传感器(CIS)像素。DVS像素可以是参考图1至图15所描述的像素PIX。也就是说，DVS像素可以被配置为基于从外部入射的光的改变量来输出事件信号。CIS像素可以被配置为输出与从外部入射的光相对应的电信号或数字信号。也就是说，图像传感器设备3000可以包括DVS像素和CIS像素两者并且可以执行与DVS像素和CIS像素中的每一个相对应的操作。
在示例性实施例中，DVS像素和CIS像素可以共用某些组件。例如，DVS像素和CIS像素可以共用光电二极管。可以向DVS像素或CIS像素提供通过共用的光电二极管生成的光电流。
图17A和图17B是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图16的图像传感器设备的图。
参考图16、图17A以及图17B，图像传感器设备3000可以包括CIS晶圆WF_CIS和DVS晶圆WF_DVS。CIS晶圆WF_CIS可以包括多个CIS像素CIS_P。DVS晶圆WF_DVS可以包括多个DVS子像素DVS_SP。在示例性实施例中，可以通过将至少一个CIS像素CIS_P和一个DVS子像素DVS_SP电连接到彼此来实施一个DVS像素DVS_PX。
例如，如图17B中所图示的，在DVS晶圆WF_DVS中包括的DVS子像素DVS_SP可以包括转换器3120、放大器3130和确定器3140。转换器3120、放大器3130和确定器3140类似于参考图1至图12所描述的那些。因此，为了方便解释起见，将省略其进一步描述以避免冗余。DVS晶圆WF_DVS可以通过连接结构CT连接到CIS晶圆WF_CIS。
在CIS晶圆WF_CIS中包括的CIS像素CIS_P可以包括光电二极管PD、第一模式开关MT1和第二模式开关MT2、重置门RG、源极跟随器SF以及选择门SG。光电二极管PD可以生成与从外部入射的光成比例的光电流。第一模式开关MT1可以被连接在光电二极管PD与连接结构CT之间，并且可以响应于第一模式信号M1来操作。第二模式开关MT2可以被连接在光电二极管PD与浮置扩散节点FD之间，并且可以响应于第二模式信号M2来操作。重置门RG可以被连接在电源电压和浮置扩散节点FD之间，并且可以响应于重置信号R来操作。源极跟随器SF和选择门SG可以被串联连接在电源电压和数据线之间，源极跟随器SF可以响应于浮置扩散节点FD的电压来操作，并且选择门SG可以响应于选择信号S来操作。在CIS晶圆WF_CIS中包括的其余CIS像素可以具有类似的结构。
在示例性实施例中，CIS像素CSI_P可以根据操作模式用作用于输出图像信息的CIS像素，或可以根据操作模式用作DVS像素DVS_PX的一部分。例如，在其中第二模式信号M2被激活并且第二模式开关MT2被接通的情况中，从光电二极管PD生成的光电流可以减小浮置扩散节点FD的电压。在这种情况下，响应于重置信号R和选择信号S，可以通过数据线提供与浮置扩散节点FD的电压成比例的信号。也就是说，在其中第二模式信号M2被激活并且第二模式开关MT2被接通的情况中，CIS像素CSI_P可以执行输出与入射光的强度成比例的信息的成像操作。
相反，在其中第一模式信号M1被激活并且第一模式开关MT1被接通的情况中，可以通过连接结构CT向DVS晶圆WF_DVS的DVS子像素DVS_SP提供与从光电二极管PD生成的光电流相对应的信号。在该情况下，DVS子像素DVS_SP可以基于光电流的改变量来输出事件信号，如参考图1至图12所描述的。也就是说，在其中第一模式信号M1被激活并且第一模式开关MT1被接通的情况中，CIS像素CSI_P的光电二极管PD可以用作DVS像素DVS_PX的光电检测器1100(参考图2)。在这种情况下，可以不控制或可以阻断被提供到CIS像素CSI_P的其余组件(例如，重置门RG、源极跟随器SF、选择门SG)的控制信号(例如，R和S)。
在示例性实施例中，多个CIS像素CSI_P的光电二极管PD可以通过一个连接结构CT(或多个连接结构)与一个DVS子像素DVS_SP电连接。也就是说，多个CIS像素CSI_P的光电二极管PD可以用作一个DVS像素DVS_PX的光电检测器。
在示例性实施例中，在图17B中所图示的CIS像素CSI_P可以是除第一模式开关MT1和第二模式开关MT2之外的3TR结构的图像像素。然而，本发明构思不限于此。例如，在示例性实施例中，可以利用诸如2TR结构和4TR结构等等的各种类型的像素结构来实施CIS像素CSI_P。在示例性实施例中，CIS像素CSI_P的一些组件可以用作模式开关。例如，在4TR结构的CIS像素中，传输门可以根据控制信号来执行传输门的操作，或可以通过防止光电二极管PD的光电荷被提供到浮置扩散节点FD而使得使用光电二极管PD作为DVS像素DVS_PX的光电检测器成为可能。替换地，CIS像素的快门可以执行类似于上述传输门的操作(例如，模式开关的操作)。然而，本发明构思不限于此。替换地，可以以诸如像拜耳图案、四单元图案、2PD图案和4PD图案之类的各种形状的图案来布置CIS像素CSI_P。
图18是图示出根据本发明构思的示例性实施例的图16的图像传感器设备的框图。
将参考图18来描述能够被用作DVS像素DVS_PX的一部分的CIS像素CSI_P的排列或图案。图18是图示出根据示例性实施例的图像传感器设备3000的CIS晶圆WF_CIS的上表面的平面图。
参考图16和图18，图像传感器设备3000可以包括多个CIS像素CIS11至CIS66。多个CIS像素CIS11至CIS66中的每一个可以被配置为输出与从外部入射的光的强度成比例的电信号或数字信号。
在示例性实施例中，多个CIS像素CIS11至CIS66中的一些CIS像素可以用于实施DVS像素。例如，彼此相邻地布置的2×2CIS像素CIS11、CIS12、CIS21以及CIS22可以用于实施第一DVS像素DVS1。也就是说，彼此相邻地布置的2×2CIS像素CIS11、CIS12、CIS21以及CIS22的光电二极管可以用作第一DVS像素DVS1的光电检测器。替换地，一个CIS像素CIS16可以用于实施第二DVS像素DVS2。也就是说，CIS像素CIS16的光电二极管可以用作第二DVS像素DVS2的光电检测器。替换地，彼此相邻地布置的3×3CIS像素CIS44、CIS45、CIS46、CIS54、CIS55、CIS56、CIS64、CIS65以及CIS66可以用于实施第三DVS像素DVS3。也就是说，3×3CIS像素CIS44、CIS45、CIS46、CIS54、CIS55、CIS56、CIS64、CIS65以及CIS66的光电二极管可以用作第三DVS像素DVS3的光电检测器。
在图18的示例性实施例中，图像传感器设备3000被描述为包括以各种图案(诸如1×1、2×2，以及3×3)形成的DVS像素DVS1、DVS2以及DVS3。然而，本发明构思不限于此。例如，在示例性实施例中，图像传感器设备3000可以根据给定图案来布置DVS像素，或可以确定CIS像素将被用作DVS像素。在示例性实施例中，彼此物理上间隔开的CIS像素的光电二极管可以用作一个DVS像素的光电检测器。例如，彼此物理上间隔开的像素(例如，CIS41和CIS63)的光电二极管可以与一个DVS子像素相连接以形成一个DVS像素。
图19是图示出被应用根据本发明构思的示例性实施例的图像信号处理器的电子设备的框图。
参考图19，电子设备4000可以包括触摸面板4100、触摸驱动集成电路4102、显示面板4200、显示驱动集成电路4202、系统存储器4400、存储设备4500、图像处理器4600、通信块4700、音频处理器4800和主处理器4900。在示例性实施例中，电子设备4000可以是诸如便携式通信终端、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放机(PMP)、数字照相机、智能电话、平板式计算机、膝上型计算机、可穿戴设备等等的各种电子设备中的一个。
触摸驱动集成电路4102可以被配置为控制触摸面板4100。触摸面板4100可以被配置为在触摸驱动集成电路4102的控制之下感测来自用户的触摸输入。显示驱动集成电路4202可以被配置为控制显示面板4200。显示面板4200可以被配置为在显示驱动集成电路4202的控制之下显示图像信息。
系统存储器4400可以存储被用于电子设备4000的操作的数据。例如，系统存储器4400可以暂时地存储被主处理器4900处理的或将被其处理的数据。例如，系统存储器4400可以包括诸如SRAM、DRAM或SDRAM之类的易失性存储器，和/或诸如PRAM、MRAM、ReRAM或FRAM等等的非易失性存储器。在示例性实施例中，从图像信号处理器4630输出的输出数据可以将存储在系统存储器4400中。
不管是否被提供电力，存储设备4500都可以存储数据。例如，存储设备4500可以包括诸如闪速存储器、PRAM、MRAM、ReRAM和FRAM之类的各种非易失性存储器中的至少一个。例如，存储设备4500可以包括电子设备4000的嵌入存储器和/或可移除的存储器。
图像处理器4600可以通过透镜4610接收光。在图像处理器4600中包括的图像设备4620和图像信号处理器4630可以基于接收的光来生成关于外部对象的图像信息。在示例性实施例中，图像设备4620可以是参考图1至图18所描述的图像传感器设备。
通信块4700可以通过天线4710与外部设备/系统交换信号。通信块4700的收发信机4720和MODEM(调制器/解调器)4730可以依照诸如像LTE、WiMax、GSM、CDMA、蓝牙、NFC、Wi-Fi以及RFID的一个或多个各种无线通信协议来处理与外部设备/系统交换的信号。
音频处理器4800可以通过使用音频信号处理器4810来处理音频信号。音频处理器4800可以接收通过麦克风4820输入的音频或可以通过扬声器4830来提供音频输出。
主处理器4900可以控制电子设备4000的总体操作。主处理器4900可以控制/管理电子设备4000的操作。主处理器4900可以为了操作电子设备4000的目的而处理各种操作。在示例性实施例中，图12的组件的一部分可以以片上系统(SoC)的形式被实施并且可以被提供为电子设备4000的应用处理器(AP)。
根据本发明构思的示例性实施例的放大器的重置电路可以去除或防止泄漏电流和设备噪声。照此，放大器的可靠性可以被提高，并且其中包括改善的放大器的基于事件的像素的可靠性可以被提高。因此，根据本发明构思的示例性实施例提供一种具有提高的可靠性的放大器以及一种包括该改善的放大器的图像传感器设备。
作为本发明构思的领域的传统，在功能块、单元和/或模块方面，描述了示例实施例，并且在附图中图示出示例实施例。那些本领域技术人员将理解，通过可以使用基于半导体的制作技术或其他制造技术形成的诸如逻辑电路、分立的组件、微处理器、硬连线电路、存储器元件、有线连接等等的电子(或光学)电路来物理地实施这些块、单元和/或模块。
尽管已经参考其示例性实施例描述了本发明构思，但对于那些本领域普通技术人员将明显的是，在不背离如在所附权利要求中所阐述的本发明构思的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。

Claims (20)

1.一种放大器，包括：
第一电容器，连接在输入节点与浮置节点之间；
第二电容器，连接在浮置节点与输出节点之间；
放大元件，连接在电源电压与输出节点之间，并且被配置为响应于浮置节点的电压电平来操作；
电流偏置源，连接在输出节点与接地电压之间；
第一重置开关，连接在浮置节点与中间节点之间，并且被配置为响应于重置偏置来操作；
第二重置开关，连接在中间节点与输出节点之间，并且被配置为响应于重置偏置来操作；以及
重置偏置生成器电路，被配置为响应于重置信号来输出重置偏置，
其中，所述重置偏置是中间节点的重置电压、电源电压和接地电压中的一个。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一重置开关是第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，并且所述第二重置开关是被连接在浮置节点与输出节点之间的第二PMOS晶体管。
3.根据权利要求2所述的放大器，其中，电源电压被施加到第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管中的每一个的体节点。
4.根据权利要求2所述的放大器，其中，当重置信号被激活时，重置偏置是接地电压，并且
当重置信号被去激活时，重置偏置是重置电压。
5.根据权利要求4所述的放大器，其中，所述重置电压低于所述去激活的重置信号的电平。
6.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述重置偏置生成器电路包括：
第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，连接在中间节点与偏置输出节点之间，并且被配置为响应于重置信号来操作；以及
第三PMOS晶体管，连接在偏置输出节点与接地电压之间，并且被配置为响应于重置信号来操作，
其中，通过偏置输出节点来输出重置偏置。
7.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述重置偏置生成器电路包括：
第一反相器，被配置为反相所述重置信号并且生成反相重置信号；以及
第二反相器，被配置为基于重置电压使所述反相重置信号再次反相并且输出重置偏置。
8.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一重置开关是第一n型金属氧化物半导体(nMOS)晶体管，并且所述第二重置开关是连接在浮置节点与输出节点之间的第二NMOS晶体管。
9.根据权利要求8所述的放大器，其中，所述重置偏置生成器电路包括：
第三NMOS晶体管，连接在中间节点与偏置输出节点之间，并且被配置为响应于重置信号来操作；以及
第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，连接在偏置输出节点和电源电压之间，并且被配置为响应于重置信号来操作，
其中，通过所述偏置输出节点来输出重置偏置。
10.根据权利要求9所述的放大器，其中，当所述重置信号被激活时，所述重置偏置是所述电源电压，并且当所述重置信号被去激活时，所述重置偏置是所述重置电压，并且
其中，所述第一和第二NMOS晶体管响应于所述重置偏置是所述电源电压而被导通。
11.一种放大器，包括：
放大电路，包括连接在输入节点与浮置节点之间的第一电容器，并且被配置为基于通过输入节点接收的输入电压的改变、通过输出节点来输出输出电压；
重置开关，连接在浮置节点与输出节点之间，并且被配置为响应于重置偏置将浮置节点和输出节点重置为重置电压；以及
重置偏置生成器电路，被配置为响应于重置信号基于重置电压来输出重置偏置。
12.根据权利要求11所述的放大器，其中，所述放大电路进一步包括：
第二电容器，连接在浮置节点与输出节点之间；
放大元件，连接在电源电压与输出节点之间；以及
电流偏置源，连接在输出节点与接地电压之间。
13.根据权利要求11所述的放大器，其中，所述重置开关包括：
第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，连接在浮置节点与中间节点之间，并且被配置为响应于重置偏置来操作；以及
第二PMOS晶体管，连接在中间节点与输出节点之间，并且被配置为响应于重置偏置来操作。
14.根据权利要求13所述的放大器，其中，所述重置偏置生成器电路包括：
第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，连接在中间节点与偏置输出节点之间，并且被配置为响应于重置信号来操作；以及
第三PMOS晶体管，连接在偏置输出节点与接地电压之间，并且被配置为响应于重置信号来操作，
其中，通过偏置输出节点来输出重置偏置。
15.根据权利要求14所述的放大器，其中，当重置信号被激活时，所述重置信号和重置偏置被设置为接地电压，并且
其中，当重置信号被去激活时，所述重置信号被设置为电源电压，并且所述重置偏置被设置为低于所述电源电压的重置电压。
16.一种包括多个像素的图像传感器设备，其中，所述多个像素中的每一个包括：
光电检测器，被配置为生成与从图像传感器设备外部入射的光相对应的光电流；
转换器电路，被配置为将所生成的光电流转换为输入电压；
放大器，被配置为通过输入节点接收输入电压，放大输入电压的改变量，并且通过输出节点来输出输出电压；
比较器电路，被配置为将输出电压与至少两个预先确定的阈值相比较，并且输出比较结果；以及
输出逻辑电路，被配置为基于所述比较结果来输出对应的事件信号，
其中，所述放大器包括：
第一电容器，连接在输入节点与浮置节点之间；
第二电容器，连接在浮置节点与输出节点之间；
放大元件，连接在电源电压与输出节点之间，并且被配置为响应于浮置节点的电压电平来操作；
电流偏置源，连接在输出节点与接地电压之间；
第一重置开关，连接在浮置节点与中间节点之间，并且被配置为响应于重置偏置来操作；
第二重置开关，连接在中间节点与输出节点之间，并且被配置为响应于重置偏置来操作；以及
重置偏置生成器电路，被配置为响应于重置信号来输出重置偏置，
其中，重置偏置是中间节点的重置电压、电源电压和接地电压中的一个。
17.根据权利要求16所述的图像传感器设备，其中，第一重置开关是第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，并且第二重置开关是连接在浮置节点与输出节点之间的第二PMOS晶体管。
18.根据权利要求17所述的图像传感器设备，其中，所述重置偏置生成器电路包括：
第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，连接在中间节点与偏置输出节点之间，并且被配置为响应于重置信号来操作；以及
第三PMOS晶体管，连接在中间节点与接地电压之间，并且被配置为响应于重置信号来操作。
19.根据权利要求18所述的图像传感器设备，其中，第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管响应于重置偏置将浮置节点、输出节点和中间节点重置为重置电压。
20.根据权利要求17所述的图像传感器设备，其中，电源电压被施加到第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管中的每一个的体节点。
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