CN112449131A - 多功能图像传感器电路 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及一种多功能图像传感器电路。光电二极管阵列电路包含多个光电二极管电路、分级电路系统及多个输出电路。所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以接收所述多个传送控制信号中的不同的一者作为在第一方向上邻近的邻近光电二极管电路。所述分级电路系统经耦合以响应于分级控制信号而将所述多个光电二极管电路电连接成光电二极管电路感测节点群组。所述多个输出电路中的每一者耦合到所述光电二极管电路感测节点群组中的一者。所述多个输出电路中的每一者经耦合以从所述光电二极管电路感测节点群组中的所述一者中的所述光电二极管电路接收所述输出电荷，并且响应于所述输出电荷及行选择信号而将输出信号输出到位线。

Description

多功能图像传感器电路

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器电路，特定来说涉及具有各种图像捕获模式的图像传感器电路。

背景技术

图像传感器可用在各种装置中，其包含照相机、传感器及消费型电子产品。随着图像传感器已变得越来越先进，图像传感器内的电路已变得越来越复杂。

发明内容

一方面，本申请案涉及一种光电二极管阵列电路，其包括：多个光电二极管电路，其布置成网格，其中所述光电二极管电路中的每一者经耦合以接收多个转移控制信号中的一者，并响应于所述转移控制信号而将输出电荷输出到所述光电二极管电路的感测节点，其中所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以接收所述多个转移控制信号中的不同一者作为在第一方向上邻近的邻近光电二极管电路，其中所述多个光电二极管电路中的第一者及在垂直于所述第一方向的第二方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第一者的所述多个光电二极管电路中的第二者经耦合以接收所述多个转移控制信号的第一部分，其中所述多个光电二极管电路中的第三者在所述第一方向上邻近所述多个光电二极管中的所述第一者，其中在与所述第二方向相反的方向上邻近所述第三光电二极管电路的所述第三及第四光电二极管电路经耦合以接收所述多个转移控制信号的第二部分；分级电路系统，其经耦合以响应于分级控制信号而选择性地将所述多个光电二极管电路的所述感测节点电连接成光电二极管电路感测节点群组；及多个输出电路，其中所述多个输出电路中的每一者耦合到所述光电二极管电路感测节点群组中的一者，其中所述多个输出电路中的每一者经耦合以从所述光电二极管电路感测节点群组中的所述一者中的所述光电二极管电路接收所述输出电荷并响应于所述输出电荷及行选择信号而将输出信号输出到位线。

另一方面，本申请案涉及一种光电二极管阵列电路，其包括：多个光电二极管电路，所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以响应于转移控制信号而选择性地收集从多个光电二极管到所述光电二极管电路中的感测节点的输出电荷；分级电路系统，其经耦合以响应于分级控制信号而将所述多个光电二极管电路感测节点电连接成光电二极管电路感测节点群组；多个输出电路，其各自耦合到所述多个光电二极管电路中的两者及两个位线，其中所述多个输出电路经耦合以从所述多个光电二极管电路中的所述两者接收所述输出电荷，其中所述多个输出电路经耦合以响应于行选择信号、所述输出电荷及所述光电二极管电路感测节点群组而将输出信号输出到所述两个位线中的一者；及控制电路，其经耦合以提供所述转移控制信号、所述行选择信号及所述分级控制信号。

另一方面，本申请案涉及一种光电二极管阵列电路，其包括：多个光电二极管电路，所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以在所述光电二极管电路的感测节点处选择性地从至少一个光电二极管收集输出电荷；多个输出电路，其各自耦合到所述多个光电二极管电路中的两者，其中所述多个输出电路经耦合以从所述多个光电二极管电路中的所述两者接收所述输出电荷，其中所述多个输出电路经耦合以输出一个输出信号；及分级电路系统，其响应于分级控制信号而将所述多个光电二极管电路的所述感测节点电连接成光电二极管电路感测节点群组，其中响应于所述分级控制信号，包含在所述光电二极管电路感测节点群组中的光电二极管电路感测节点的数目是一个、二个、四个或六个光电二极管电路中的任一者，其中所述分级控制信号的不同部分在四个分级控制线中的每一者上传输，其中所述分级电路系统包含多个分级连接电路，其中所述多个分级连接电路中的每一者连接在第一方向上彼此邻近的所述多个光电二极管电路中的两者，其中所述分级连接电路中的每一者耦合到所述四个分级控制线中的仅一者。

附图说明

参考以下图式描述本发明的非限制性及非详尽实例，其中相似参考数字贯穿各种视图指代相似部分，除非另有规定。

图1A到C说明根据本发明的教示的实例图像传感器电路。

图2说明根据本发明的教示的包含图像传感器电路的装置的实例。

图3说明根据本发明的教示的光电二极管电路的实例连接。

对应参考字符贯穿附图的若干视图指示对应组件。所属领域的技术人员应了解，图式中的元件出于简单及清楚的目的而说明，且未必是按比例绘制。举例来说，图式中一些元件的尺寸相对于其它元件可被夸大以帮助提高对本发明的各种实施例的理解。此外，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用的或必需的常见但众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的更容易观察。

具体实施方式

本文揭示针对图像传感器电路以及用于利用图像传感器电路的装置及方法的实例。在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，能够在不具有一或多个特定细节的情况下或配合其它方法、组件、材料等等实践本文所描述的技术。在其它情况下，未详细地展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。

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所描述的特定特征、结构或特性被包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书各处的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必都是指同一实例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合于一或多个实例中。

贯穿本说明书，使用若干领域术语。这些术语应具有其所属的领域的一般含义，除非在本文明确定义，或者其使用背景以其它方式明确暗示。应注意，元件名称及符号可贯穿此文献互换使用(例如，Si与硅)；然而，两者都具有相同含义。

图像传感器有时包含依据捕获模式以不同组合将来自光电二极管的输入加在一起的电路系统。以不同组合组合来自光电二极管的输入的此能力是以电路中更大的复杂性及大量的控制信号线为代价的。

本文揭示的实例图像传感器电路具有允许比其它图像传感器电路更大的多功能性同时包含更少导线的架构。所述架构允许分组添加光电二极管输出并且还添加电容。

图1A及1B说明根据本发明的教示的实例图像传感器电路。图像传感器电路包含光电二极管110到113，转移晶体管120到123，放大晶体管141、142，行选择晶体管143、144，分级晶体管133、134，复位晶体管131、132，复位线151，分级控制线153，选择线155，转移线157及位线159。每一组分级控制线153可与一组选择线155及一组转移线157分组在一起。转移晶体管120到123可被组织成具有“之字形”图案100的四组的四个转移晶体管。

复位线151、分级控制线153、选择线155、转移线157及位线159都可为由例如铝或另一种金属的导体制成的导线。

转移晶体管120到123中的每一者可经由感测节点125连接为光电二极管110到113中的相应一者与放大晶体管141、142中的相应一者的栅极之间的开关。光电二极管110到113及转移晶体管120到123可被分组成为四者的群组。每一第一转移晶体管120使其栅极连接到第二转移晶体管121的相应栅极及转移线157中的一者。类似地，第三转移晶体管122中的每一者使其栅极连接到第四转移晶体管123的相应栅极及转移线157中的一者。因此，可基于通过转移线157传输的转移控制信号来导通或关断转移晶体管120到123。第一及第二转移晶体管120及121可连接到与第三及第四转移晶体管122及123不同组的转移线157。第二转移晶体管121的栅极可耦合到在垂直方向上邻近第二转移晶体管121的第一转移晶体管120的相应栅极。类似地，第四转移晶体管123的栅极可耦合到在相反方向上邻近第四转移晶体管123的第三转移晶体管122的相应栅极。

转移线157可被组织成四个线的组。转移晶体管120到123的组中的转移晶体管120到123中的每一者使其栅极连接到一组转移线157中的四个转移线157中的不同一者。相应地，转移晶体管可基于通过转移线157传输的转移控制信号来作为开关操作。每一组转移线157可接收转移控制信号的一部分。此外，每一转移线可接收转移控制信号的较小部分。因此，每一转移晶体管120到123可由转移控制信号的一部分来控制。

每一光电二极管110到113可代表不同颜色集合。举例来说，第一光电二极管110可为红色光电二极管，第二光电二极管111可为绿色，第三光电二极管112也可为绿色，并且第四光电二极管113可为蓝色。每一转移晶体管120到123可在感测节点125处从不同颜色的光电二极管收集输出电荷。举例来说，第一转移晶体管120可用于从红色光电二极管收集输出电荷，第二转移晶体管121可用于从绿色光电二极管收集，第三转移晶体管122也可用于从绿色光电二极管收集，并且第四转移晶体管123可用于从蓝色光电二极管收集。每一转移晶体管120到123从连接到转移晶体管的源极的相应光电二极管110到113收集电荷。从光电二极管110到113收集的电荷可在转移晶体管120到123的漏极与放大晶体管141、142的栅极之间的感测节点125处收集。

在标准的拜耳滤光器中，一个红色、一个蓝色及两个绿色滤光器以正方形分组在一起。在所描绘实例中，一个红色及一个蓝色以及两个绿色光电二极管组的图案被分组在一起，然而其以之字形图案100布置，其中红色第一二极管110、绿色第二光电二极管111及第一及第二转移晶体管120、121不与绿色第三光电二极管112、蓝色第四光电二极管113及第三及第四转移晶体管122、123连接到同一组转移线157。这使得转移晶体管120到123不以正方形而是以之字形图案100布置，如根据本发明的教示例如在图1中说明。此之字形布置允许更大多功能性，同时减少所需的转移线157的数目。转移晶体管120到123的组以及相应光电二极管110到113也可被称为光电二极管电路。

转移晶体管120到123的组可经布置成网格，使得在垂直方向及水平方向上(相对于图1A的说明，电路可在任何方向上定向)，转移晶体管120到123的组在两个不同组的转移晶体管120到123之间交替。

如所说明，在第一列中，转移晶体管120到123的组可在一组第一转移晶体管120与一组第二转移晶体管121之间交替。在第二列中，转移晶体管120到123的组可在一组第三转移晶体管122与一组第四转移晶体管123之间交替。类似地，在第一行中，转移晶体管120到123的组可在一组第一转移晶体管120与一组第三转移晶体管122之间交替。在第二行中，转移晶体管120到123的组可在一组第二转移晶体管121与一组第四转移晶体管123之间交替。图像传感器电路可在垂直方向上在第一行与第二行之间交替，且在水平方向上在第一列与第二列之间交替。尽管在图1A中描绘三行及八列，但图像传感器电路可为任何大小。

如上文所陈述，放大晶体管141及142中的每一者可连接到一组转移晶体管120到123的感测节点125。第一放大晶体管141可连接到一组第一转移晶体管120的感测节点125或一组第四转移晶体管123的感测节点125。第二放大晶体管142可连接到一组第二转移晶体管121的感测节点125或一组第三转移晶体管122的感测节点125。放大晶体管141、142可连接到同一列中的转移晶体管120到123的组的一对感测节点125。放大晶体管141、142的漏极可连接到电压轨(未展示)或其它电压源。放大晶体管141、142的源极可分别连接到行选择晶体管143、144的漏极。行选择晶体管143、144的源极可连接到相应位线159。行选择晶体管143、144可与连接到第二行选择晶体管144的栅极及选择线中的一者的第一行选择晶体管143的栅极组织成对。行选择晶体管143、144的对中的行选择晶体管143、144中的每一者可连接到不同位线。因此，通过选择线155传输的行选择信号可控制哪些行选择晶体管143、144输出到位线159。每一组放大晶体管141及142及行选择晶体管143及144可被称为输出电路。

每一对行选择晶体管143、144使第一及第二行选择晶体管143及144的栅极连接到选择线155中的一者。行选择晶体管143、144的对可连接到不同选择线155。选择线155可被组织成四个线的组。每一组选择线155可接收行选择信号的一部分。每一行选择晶体管可接收行选择信号的较小部分。因此，每一行选择晶体管143、144可由行选择信号的一部分来控制。

输出电路可被组织成在转移晶体管120到123的组的行之间的行。一行输出电路中的每一输出电路可连接到一组选择线155中的选择线155中的一者。举例来说，如在图1A中所说明，第一对行选择晶体管143、144可连接到第一选择线155，第二对行选择晶体管143、144可连接到与第一选择线155在同一组选择线155中的第二选择线155，第三对行选择晶体管143、144可连接到与第一选择线155在同一组选择线155中的第三选择线155，且第四对行选择晶体管143、144可连接到与第一选择线155在同一组选择线155中的第四选择线155。此图案可在水平方向上重复并继续。选择线155的组的其它大小及连接图案也是可能的。

重申，包含放大晶体管141、142及行选择晶体管143、144的输出电路各自耦合到两组转移晶体管120到123及两个位线。输出电路经耦合以从两组转移晶体管120到123的感测节点125接收所收集电荷。并且输出电路经耦合以响应于行选择信号而将输出信号输出到两个位线中的一或两者。输出信号基于行选择信号，在感测节点125处的收集电荷以及转移晶体管120到123的组的连接群组。

转移晶体管120到123的组可通过分级晶体管133及134在水平方向上连接。分级晶体管133及134充当每一列中的转移晶体管120到123的组与连接到转移晶体管120到123的组的感测节点125之间的开关。因此，分级晶体管133、134还可用作分级连接电路，其连接在水平方向上彼此邻近的两组转移晶体管120到123的感测节点125。分级晶体管133、134可与第一分级晶体管133及第二分级晶体管134布置成对。分级晶体管133、134的对中的每一分级晶体管133、134的栅极连接到分级控制线153中的同一者。因此，可通过通过分级控制线153传输的分级控制信号来控制转移晶体管120到123的组的连接。复位晶体管(或复位开关)131及132以及分级晶体管133及134的群组可被称为分级电路。

分级控制线153可被组织成四个分级控制线的群组。分级电路可被组织成对应于转移晶体管120到123的组的行的行。在给定行中的每一组分级晶体管133、134可连接到一组分级控制线153中的四个分级控制线153中的一者。如下文将进一步详细描述，分级晶体管133、134的组可基于如何执行转移晶体管120到123的组的分级来连接到分级控制线153。每一组分级控制线153可接收分级控制信号的一部分。此外，每一分级控制线可接收分级控制信号的较小部分。因此，每一分级晶体管133、134可由分级控制信号的一部分来控制。

每一复位晶体管131、132可将其源极连接在第一及第二分级晶体管133及134之间。复位晶体管131、132的栅极可连接到复位线，并通过复位线接收复位信号。复位晶体管131、132的漏极可连接到感测节点125处的复位电压或电荷。当复位晶体管131、132及分级晶体管133及134导通时，复位电压为转移感测节点125。来自光电二极管110到113的电荷将降低感测节点125处的电压，及因此在收集时的放大晶体管141、142的栅极处的电压。因此，复位电压是高于接地电压的电压。

图1B说明作为之字形图案100的实例的图1A的截面，其中未展示复位线151、分级控制线153、选择线155、转移线157及位线159。第一组转移晶体管120的栅极连接到在垂直方向上邻近第一组转移晶体管120的第二组转移晶体管121的栅极。第四组转移晶体管123在水平方向上邻近第二组转移晶体管121。当分级晶体管导通时，第三组转移晶体管经由分级晶体管133及134连接到第一组转移晶体管。第三组转移晶体管的栅极在与垂直方向相反的方向上连接到第四组转移晶体管的栅极。第一组转移晶体管120及第二组转移晶体管121将电荷传输到相同输出电路(包含放大晶体管141、142以及行选择晶体管143及144)。第三组转移晶体管122及第四组转移晶体管123将电荷传输到不同输出电路(包含放大晶体管141、142以及行选择晶体管143及144)。

重申，第二及第四组转移晶体管121、123在同一行中。第一组转移晶体管120在第二及第四组转移晶体管121、123上方的行中。第三组转移晶体管122在第二及第四组转移晶体管121、123下方的行中。第一及第二组转移晶体管120、121在第一列中垂直对准。第三及第四组转移晶体管122及123于在水平方向上在邻近第一列的第二列中垂直对准。

图1C说明输出电路145到位线159的连接。为简化解释输出电路145的连接，未展示复位线151、BCL线153、分级电路(包含分级晶体管133、134及复位晶体管131、132)、选择线155及转移线157。图1C以框说明：输出电路145、第一光电二极管电路126、第二光电二极管电路127、第三光电二极管电路128及第四光电二极管电路129。输出电路145包含放大晶体管141、142及输出晶体管143、144。第一到第四光电二极管电路126到129分别包含第一到第四光电二极管110到113及第一到第四转移晶体管120到123。

位线159可成对，每一对用于光电二极管电路126到129及输出电路145的一列。第一列中的输出电路145将基于在第一光电二极管电路126及第二光电二极管电路127的感测节点125处收集的电荷的输出信号输出到第一列的位线159。基于在第一列中的第一光电二极管电路126的感测节点125处收集的电荷的输出信号被输出到针对第一列的第一位线159，且基于在第一列中的第二光电二极管电路127的感测节点125处收集的电荷的输出信号被输出到针对第一列的第二位线159。类似地，第二列中的输出电路145将基于在第三光电二极管电路128及第四光电二极管电路129的感测节点125处收集的电荷的输出信号输出到第二列的位线159。基于在第二列中的第三光电二极管电路128的感测节点125处收集的电荷的输出信号被输出到针对第二列的第一位线159，且基于在第二列中的第四光电二极管电路129的感测节点125处收集的电荷的输出信号被输出到针对第二列的第二位线159。

如以下将更详细解释，来自多个输出电路145的多个输出信号可被同时输出到单个位线159。一次将多个输出信号输出到单个位线的效果是对输出信号求和。因此，多个输出信号可在位线159上求和。此外，如关于分级电路所描述的。若干感测节点125可经连接，并且经连接若干感测节点125的收集电荷可经分级。因此，可基于位线159上的经分级收集电荷来对输出信号求和。因此，可实现例如2×2分级及3×3分级的分级方案。

图2说明根据本发明的教示的包含图像传感器电路220的装置200的实例。装置200可包含输入控制器(控制器)210、图像传感器电路220、输出处理电路230及存储器240。

输入控制器210可耦合到到图像传感器电路220的控制输入。输入可包含通过复位线151转移的复位信号、通过分级控制线153转移的分级控制信号、通过选择线155转移的行选择信号，及通过转移线157转移的转移控制信号。

图像传感器电路220可从输入控制器210接收控制输入以及光250。图像传感器可响应于控制输入及光250而通过位线将图像输出输出到输出处理电路230。

输出处理电路230可接收并处理图像输出。输出处理电路230还可与输入控制器210通信以调整控制输入。输出处理电路230可处理输出到图像及视频文件中的图像并将图像或视频文件存储在存储器240中。存储器240还可包含用于操作装置200的计算机可读指令。输出处理电路230可从存储器检索用于操作装置200的计算机可读指令，并响应于所述计算机可读指令而控制装置200。

输入控制器210可以各种不同方式控制图像传感器电路220。输入控制器210可控制图像传感器电路220的第一种方式是通过控制其输出电荷被收集的像素的数目。这可通过通过一组转移线157来传输控制信号而完成，其中一些转移线157没有足够高的电压以导通连接到转移线的转移晶体管120到123。足以导通连接到转移线的转移晶体管120到123的任何电压都可被称为“导通电压”，不足以导通转移晶体管120到123的任何电压都可被称为“关断电压”。此惯例也可指足以导通其它晶体管的电压。在一个实例中，转移控制信号可仅包含针对转移线157中的一者的导通电压，使得光电二极管110到113中的仅一者的输出电荷在感测节点125处被收集。可通过输入控制器210将导通及关断电压的任何组合传输到转移线157。

输入控制器210可控制图像传感器电路220的第二种方式是通过控制转移晶体管120到123的组的分级。举例来说，可通过通过分级控制线153传输分级控制信号将转移晶体管的组分组成1个、2个、4个或6个组的转移晶体管的群组。这将在下文更详细地解释。

输入控制器210可控制图像传感器电路220的第三种方式是通过控制经由选择线155传输的行选择信号。这将控制哪些位线接收输出信号(或输出电压)，并且从哪个行选择晶体管143、144将输出信号传输到位线。由于多个输出电路可输出到相同位线，因此行选择信号可快速循环通过选择线155的多个群组，以便捕获图像或视频。

输入控制器210还控制经由复位线151传输的复位信号。当复位信号及与分级电路连接到其的线相关联的分级控制信号同时处于导通电压时，连接到分级电路的放大晶体管141、142的栅极的电压被复位。因此，输入控制器210可控制图像传感器电路220的第四种方式是通过一起控制复位信号及分级控制信号以复位放大器栅极141、142处的电压。

输入控制器210可控制图像传感器电路220的这些各种方式可经组合以基于各种模式的光250感测图像，如将在下面进一步详细解释。

作为一个实例，输入控制器210可控制图像传感器电路220以针对每一组转移晶体管120到123输出由一个光电二极管110到113感测的内容。这可通过以下步骤来实现：(1)传输仅包含用于每一组转移线157的一个接通电压的转移控制信号；(2)传输行选择信号，其中选择线155的每一群组在选择线155的两个群组的组中被循序地提供接通电压；及(3)仅传输分级控制信号中的关断电压。然后，可通过复位放大晶体管141、142的栅极的电压，且接着重复转移控制信号、行选择信号及分级控制信号的控制，针对用于每一组转移晶体管120到123的其它光电二极管110到113中的每一者执行此过程，除每次重复控制过程时，转移线157的组中的不同一者接收导通电压之外。因此，响应于转移控制信号，转移晶体管120到123的组可经耦合以选择性地对来自光电二极管110到113的输出电荷求和。此过程提供大量细节，但比其它过程花费更多时间。

作为第二实例，输入控制器210可控制图像传感器电路220以输出六组转移晶体管120到123的群组的经分级输出。由于行中的转移晶体管120到123的组中每隔一个为相同颜色，且其它为不同颜色，因此转移晶体管120到123的组中的所有六者的输出电荷不应被一起求和。这是通过在任何时间仅通过连接到转移晶体管120到123的组的颜色中的一者的转移线157传输具有导通电压的转移控制信号来实现。不接收具有导通电压的转移控制信号的转移晶体管120到123的组将提供针对用于接收具有导通电压的转移控制信号的转移晶体管120到123的组的电荷的集合的电容。举例来说，在包含第一及第三转移晶体管120及122的组的转移晶体管120到123的组的行中，在任何给定时间，连接到第一转移晶体管120的组的转移线157的组及连接到第三转移晶体管122的转移线157的组两者都未被提供包含导通电压的转移控制信号。

可通过以下步骤实现六组转移晶体管的群组的分级：(1)传输包含用于第一组转移线157的导通电压的转移控制信号；(2)将行选择信号传输到与第一组转移线157分组在一起的选择线155的群组，其中行选择信号包含用于所述组中的选择线155中每一者的导通电压；(3)将分级控制信号传输到与第一组转移线157分组在一起的分级控制线153，其中分级控制信号包含用于分级控制线153中的三者的接通电压，及(4)针对转移线157的其它群组中的每一者重复(1)到(3)。因此，包含分级晶体管133及134的分级电路可经耦合以响应于分级控制信号而将转移晶体管120到123的组电连接成转移晶体管120到123的组的群组。

此过程将针对连接到第一组转移线157的每一组转移晶体管120到123在位线上输出输出电压。举例来说，第一及第二转移晶体管120及121的组或第三及第四转移晶体管120及123的组。

源极跟随器分级过程(其中输出在位线处被分级，与来自源极跟随器行选择晶体管的电压相关联)也可由输入控制器210通过将具有接通电压的转移控制信号及行选择信号提供到转移线157及选择线155的多个群组来执行。举例来说，如上文描述，还可通过执行每次将六组转移晶体管的群组分级为三组转移线157及选择线155来执行3×3分级过程(转移线157及选择线155的组为垂直方向上的每隔一组，使得输出电荷仅用于第一行中的三者或第二行中的三者)。例如2×1、2×2、3×1的任何数目个其它分级方案也可由输入控制器210来执行。

执行3×3分级输出所需的时间可能比来自1×1输出的输出所需的时间显著更快(大约快36倍)，然而，最终图像或视频中的细节量将更少(大约为1/9)。

图3说明根据本发明的教示的光电二极管电路的实例连接。第一及第二光电二极管电路301及303可通过分级开关302连接，两者都从第一光电二极管电路301到第二光电二极管电路303以及从第二光电二极管电路303到第一光电二极管电路301。第一及第二光电二极管电路301、303可表示图像传感器电路220的第一或第二行中的转移晶体管120到123及相应经连接光电二极管110到113的组。举例来说，第一光电二极管电路301可为一组第一转移晶体管120，且第二光电二极管电路303可为一组第三转移晶体管122。替代地，第一光电二极管电路301可为一组第二转移晶体管121，且第二光电二极管电路303可为一组第四转移晶体管123。分级开关302可为分级电路，其各自包含一对复位晶体管131及132以及分级晶体管133及134。

图3说明如何使用在图1A中部分说明的分级开关302来连接分级控制线153的图案(图1A展示下文描述的十二个分级电路图案中的前八个分级电路)。所述图案在每12个光电二极管电路301、303之后重复。从第一分级开关302开始的每隔一个分级开关302可连接到第一分级控制线BCL1。第二及第十分级开关302可连接到第二分级控制线BCL2。第四及第八分级开关302可连接到第三分级控制线BCL3。第六分级开关302可连接到第四分级控制线BCL4。第十二分级开关302可在输出读出期间总是断开，并且可不连接到分级控制线153中的一者。可省略第十二分级开关302(可对应于两个光电二极管电路之间的连接中的间隙，而不是分级电路)。替代地，第十二分级开关302可连接到复位线，使得其仅用于复位放大晶体管141及142的栅极处的电压。连接的图案可针对任何数目个光电二极管电路重复。

图3通过展示分级的图形表示中的闭合分级开关302或表中的数字“1”来演示通过分级控制线153中的一者传输导通电压。同样地，用分级的图形表示中的断开分级开关302或表中的数字“0”来演示关断电压。所述表包含在此实例实施例中每一分级开关302连接到哪个分级控制线的指示。分级开关302的其它配置也是可能的。

可以浮动扩散分级的四种不同模式来控制分级开关：高常规增益(HCG)模式、低常规增益(LCG)模式、bin2模式及bin3模式。在这些模式中的每一者中，关于这些信号将在控制图像传感器电路中生效的频率，可以不同速率发送行选择信号、转移控制信号，分级控制信号及复位控制信号。输入信号改变的速率取决于模式及位线处的源极跟随器分级。举例来说，当分级控制信号是用于HCG模式的第一信号时，输入控制器210可以第一速率改变行选择信号；当分级控制信号是用于LCG模式的第二信号时，输入控制器210可以第二速率改变行选择信号；当分级控制信号是用于Bin2模式的第三信号时，输入控制器210可以第三速率改变行选择信号；及当分级控制信号是用于Bin3模式的第四信号时，输入控制器210可以第四速率改变行选择信号。

在HCG模式下，所有分级控制线153接收关断电压，并且光电二极管电路301、303未通过分级开关302进行分级。HCG模式向输出处理电路230提供最高分辨率，并且为最慢的。如上文描述，HCG模式可与经由转移控制信号的光电二极管输出的选择配对以提供甚至更详细的图像或视频。此模式可用于静态摄影，其中将收集大量信息，并且图像中没有太多移动，由于拍摄详细图像所需的时间，图像可能会变得模糊。

在LCG模式下，第一分级控制线(BCL)BCL1接收导通电压，而其它分级控制线153接收关断电压。因此，LCG模式将光电二极管电路301、303分组成两个光电二极管电路301、303的群组。如上文描述，因为两个光电二极管电路301、303的群组将包含不同颜色的两个光电二极管电路301、303，所以光电二极管电路中的仅一者将接收转移控制信号以输出经分级光电二极管电荷。其它光电二极管电路301、303将提供用于收集光电二极管电荷的电容。

在Bin2模式下，第一、第二及第四分级控制线153BCL1、BCL2、BCL4接收导通电压，且第三分级控制线BCL3接收关断电压。因此，Bin2模式将光电二极管电路301、303分组成四个光电二极管电路301、303的群组。如上文描述，因为四个光电二极管电路301、303的群组将包含不同颜色的光电二极管电路301、303(每一颜色的两个光电二极管电路301、303)，所以光电二极管电路的仅一种颜色将接收转移控制信号以输出经分级光电二极管电荷。其它光电二极管电路301、303将提供用于收集光电二极管输出电荷的电容。Bin2模式比HCG或LCG模式要快，尤其在例如在2×2分级方案中与位线处的源极跟随器分级配对的情况下。因此，Bin2模式可用于具有较低图像质量的较高帧速率视频。

在Bin3模式下，第一、第二及第三分级控制线153BCL1、BCL2、BCL3接收导通电压，且第四分级控制线BCL4接收关断电压。因此，Bin3模式将光电二极管电路301、303分组成六个光电二极管电路301、303的群组。如上文描述，因为六个光电二极管电路301、303的群组将包含两种不同颜色的光电二极管电路301、303(每一颜色的三个光电二极管电路301、303)，所以光电二极管电路的仅一种颜色将接收转移控制信号以输出经分级光电二极管电荷。其它光电二极管电路301、303将提供用于收集光电二极管输出电荷的电容。Bin3模式比HCG、LCG或Bin2模式要快，尤其在例如在3×3分级方案中在位线级完成与源极跟随器分级配对的情况下。因此，Bin3模式可用于具有较高帧速率但较低图像质量的快速视频模式。Bin3模式还可用于弱光摄影。

在上文描述的模式中，包含分级晶体管133及134的分级电路可经耦合以将转移晶体管120到123的组电连接成转移晶体管120到123的组的群组；所述群组包含一个、两个、四个组或六个组的转移晶体管120到123中的任何者。

如通过电路系统及用于控制电路系统的操作模式的以上描述可了解，本发明提供图像传感器电路220，其具有高度的多功能性并且具有用于针对用于电路系统的控制信号的传输的控制线所需的少量空间。

本发明的所说明实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)不旨在为详尽性或限于所揭示的具体形式。尽管本文出于说明性目描述本发明的特定实施例及实例，但在不脱离本发明的更宽精神及范围的情况下，各种等效修改是可能的。实际上，应了解，出于解释目的提供特定实例电压、电流、频率、功率范围值，时间等，并且根据本发明的教示，在其它实施例及实例中也可采用其它值。

依据以上详细描述可对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应被解释为将本发明限于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，范围应完全由所附权利要求书确定，所附权利要求书应根据权利要求解释的既定原则来解释。因此，本说明书及图式被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (22)

1.一种光电二极管阵列电路，其包括：

多个光电二极管电路，其布置成网格，其中所述光电二极管电路中的每一者经耦合以接收多个转移控制信号中的一者，并响应于所述转移控制信号而将输出电荷输出到所述光电二极管电路的感测节点，其中所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以接收所述多个转移控制信号中的不同一者作为在第一方向上邻近的邻近光电二极管电路，其中所述多个光电二极管电路中的第一者及在垂直于所述第一方向的第二方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第一者的所述多个光电二极管电路中的第二者经耦合以接收所述多个转移控制信号的第一部分，其中所述多个光电二极管电路中的第三者在所述第一方向上邻近所述多个光电二极管中的所述第一者，其中在与所述第二方向相反的方向上邻近所述第三光电二极管电路的所述第三及第四光电二极管电路经耦合以接收所述多个转移控制信号的第二部分；

分级电路系统，其经耦合以响应于分级控制信号而选择性地将所述多个光电二极管电路的所述感测节点电连接成光电二极管电路感测节点群组；及

多个输出电路，其中所述多个输出电路中的每一者耦合到所述光电二极管电路感测节点群组中的一者，其中所述多个输出电路中的每一者经耦合以从所述光电二极管电路感测节点群组中的所述一者中的所述光电二极管电路接收所述输出电荷并响应于所述输出电荷及行选择信号而将输出信号输出到位线。

2.根据权利要求1所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个转移控制信号的所述第一部分在至少一个第一转移线上传输，并且所述多个转移控制信号的所述第二部分在至少一个第二转移线上传输，其中所述多个光电二极管电路中的所述第一者电连接到所述至少一个第一转移线，且所述多个光电二极管电路中的所述第三者电连接到所述至少一个第二转移线。

3.根据权利要求1所述的光电二极管阵列电路，其中在所述第二方向上的所述多个光电二极管电路中的每隔一个从第一颜色的光电二极管收集电荷，并且在所述第一方向上的所述多个光电二极管电路中的每隔一个从第二颜色的光电二极管收集电荷。

4.根据权利要求1所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个光电二极管电路中的每一者包含四个光电二极管。

5.根据权利要求1所述的光电二极管阵列电路，其中所述行选择信号的不同部分在多个选择线中的每一者上传输。

6.根据权利要求1所述的光电二极管阵列电路，其中所述分级控制信号的不同部分在四个分级控制线中的每一者上传输。

7.根据权利要求6所述的光电二极管阵列电路，其中响应于所述分级控制信号，包含在所述光电二极管电路感测节点群组中的光电二极管电路感测节点的数目是一个、二个、四个或六个光电二极管电路中的任一者，其中所述分级电路系统包含多个分级连接电路，其中所述多个分级连接电路中的每一者连接在所述第一方向上彼此邻近的所述多个光电二极管电路中的两者，其中所述分级连接电路中的每一者耦合到所述四个分级控制线中的仅一者。

8.一种光电二极管阵列电路，其包括：

多个光电二极管电路，所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以响应于转移控制信号而选择性地收集从多个光电二极管到所述光电二极管电路中的感测节点的输出电荷；

分级电路系统，其经耦合以响应于分级控制信号而将所述多个光电二极管电路感测节点电连接成光电二极管电路感测节点群组；

多个输出电路，其各自耦合到所述多个光电二极管电路中的两者及两个位线，其中所述多个输出电路经耦合以从所述多个光电二极管电路中的所述两者接收所述输出电荷，其中所述多个输出电路经耦合以响应于行选择信号、所述输出电荷及所述光电二极管电路感测节点群组而将输出信号输出到所述两个位线中的一者；及

控制电路，其经耦合以提供所述转移控制信号、所述行选择信号及所述分级控制信号。

9.根据权利要求8所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个光电二极管电路经布置成网格，

其中耦合到所述多个输出电路中的每一者的所述多个光电二极管电路中的所述两者在第一方向上彼此邻近，且

其中所述分级电路系统在垂直于所述第一方向的第二方向上将所述光电二极管电路感测节点电连接成群组。

10.根据权利要求9所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个光电二极管电路中的第一者与在所述第一方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第一者的所述多个光电二极管电路中的第二者耦合到所述多个输出电路中的同一者，且其中在所述第二方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第一者的所述多个光电二极管电路中的第三者与在与所述第一方向相反的方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第三者的所述多个光电二极管电路中的第四者耦合到所述多个输出电路中的同一者。

11.根据权利要求8所述的光电二极管阵列电路，其中所述分级电路系统包含复位开关，所述复位开关经耦合以响应于复位信号而在所述感测节点处复位所述输出电荷。

12.根据权利要求8所述的光电二极管阵列电路，其中所述控制电路经配置以按以下速率中的每一者改变所述行选择信号：当所述行选择信号是第一信号时的第一速率，当所述行选择信号是第二信号时的第二速率，当所述行选择信号是第三信号时的第三速率，及当所述行选择信号是第四信号时的第四速率。

13.根据权利要求8所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个输出电路被组织成列，其中每一列输出电路经耦合以将所述列输出电路的所述输出信号输出到所述位线对，其中所述控制电路经耦合以提供所述行选择信号，使得来自一列输出电路中的多个输出电路的输出信号在用于所述一列输出电路的所述位线对中的一个位线上求和。

14.一种光电二极管阵列电路，其包括：

多个光电二极管电路，所述多个光电二极管电路中的每一者经耦合以在所述光电二极管电路的感测节点处选择性地从至少一个光电二极管收集输出电荷；

多个输出电路，其各自耦合到所述多个光电二极管电路中的两者，其中所述多个输出电路经耦合以从所述多个光电二极管电路中的所述两者接收所述输出电荷，其中所述多个输出电路经耦合以输出一个输出信号；及

分级电路系统，其响应于分级控制信号而将所述多个光电二极管电路的所述感测节点电连接成光电二极管电路感测节点群组，其中响应于所述分级控制信号，包含在所述光电二极管电路感测节点群组中的光电二极管电路感测节点的数目是一个、二个、四个或六个光电二极管电路中的任一者，其中所述分级控制信号的不同部分在四个分级控制线中的每一者上传输，其中所述分级电路系统包含多个分级连接电路，其中所述多个分级连接电路中的每一者连接在第一方向上彼此邻近的所述多个光电二极管电路中的两者，其中所述分级连接电路中的每一者耦合到所述四个分级控制线中的仅一者。

15.根据权利要求14所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个光电二极管电路经布置成网格，

其中耦合到所述多个输出电路中的每一者的所述多个光电二极管电路中的所述两者在第二方向上彼此邻近，且

其中所述分级电路系统在垂直于所述第二方向的所述第一方向上将所述多个光电二极管电路感测节点电连接成群组。

16.根据权利要求15所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个光电二极管电路中的第一者与在所述第二方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第一者的所述多个光电二极管电路中的第二者耦合到所述多个输出电路中的同一者，且其中在所述第一方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第一者的所述多个光电二极管电路中的第三者与在与所述第二方向相反的方向上邻近所述多个光电二极管电路中的所述第三者的所述多个光电二极管电路中的第四者耦合到所述多个输出电路中的同一者。

17.根据权利要求16所述的光电二极管阵列电路，其中在所述第一方向上的所述多个光电二极管电路中的每隔一个从第一颜色的光电二极管收集电荷，并且在所述第二方向上的所述多个光电二极管电路中的每隔一个从所述第一颜色的光电二极管收集所述电荷。

18.根据权利要求17所述的光电二极管阵列电路，其中所述转移控制信号的第一部分在至少一个第一转移线上传输，并且所述转移控制信号的第二部分在至少一个第二转移线上传输，其中所述多个光电二极管电路中的所述第一者电连接到所述至少一个第一转移线，且所述多个光电二极管电路中的所述第三者电连接到所述至少一个第二转移线。

19.根据权利要求14所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个光电二极管电路中的所述每一者经耦合以选择性地对来自四个光电二极管的输出电荷求和。

20.根据权利要求14所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个输出电路各自耦合到两个位线，其中所述多个输出电路经耦合以响应于行选择信号而将输出信号输出到所述两个位线中的一者，且其中所述行选择信号的不同部分在四个选择线中每一者上传输。

21.根据权利要求14所述的光电二极管阵列电路，其中所述分级电路系统包含复位开关，所述复位开关经耦合以响应于复位信号而在所述感测节点处复位所述输出电荷。

22.根据权利要求14所述的光电二极管阵列电路，其中所述多个输出电路被组织成列，其中每一列输出电路经耦合以将所述列输出电路的所述输出信号输出到所述位线对。

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