CN113497904A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像感测装置可以包括：像素阵列，其包括布置成行和列的像素，像素包括设置在第一行的第一像素、设置在第二行的第二像素和设置在第三行的第三像素，第一行设置在第二行和第三行之间；第一信号线，其联接到第一像素，并且被配置为向第一像素施加升压电压；第二信号线，其联接到第二像素；第一开关晶体管，其联接在第一信号线和第二信号线之间，并且被构造为导通以将第一信号线联接到第二信号线；以及第二开关晶体管，其联接在第一信号线和与设置在第三行的第三像素联接的第三信号线之间，并且被构造为导通以将第一信号线联接到第三信号线。

Description

图像感测装置
技术领域
本专利文件中公开的技术和实现方式总体涉及一种包括彼此相邻设置的像素的图像感测装置。
背景技术
图像传感器是一种利用半导体的对入射到其上的光做出反应以产生图像的特性来捕获图像的装置。近来，随着计算机工业和通信工业的发展，在诸如智能电话、数码相机、视频游戏设备、与物联网(IOT)共同使用的装置、机器人、安全摄像头和医用微型摄像头等各种电子装置中对高级图像传感器的需求日益增加。
图像传感器可以大致分为电荷联接器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与CMOS图像传感器相比，CCD图像传感器产生的噪声更少并且具有更好的图像质量。然而，CMOS图像传感器具有更简单和更方便的驱动方案，因此在一些应用中可能是优选的。CMOS图像传感器可以在单个芯片中集成信号处理电路，使得在产品中实现的传感器容易小型化，并且具有功耗更低的额外好处。能够使用CMOS制造技术来制造CMOS图像传感器，使得制造成本低廉。由于CMOS图像感测装置适合在移动装置中实现，因此其已被广泛使用。
发明内容
所公开技术的各种实施方式涉及一种能够减少可能在彼此相邻设置的像素之间传递的噪声的图像感测装置。
在一个实施方式中，一种图像感测装置可以包括：像素阵列，其包括被布置成行和列的像素，像素包括设置在第一行的第一像素、设置在第二行的第二像素和设置在第三行的第三像素，第一行设置在第二行和第三行之间；第一信号线，其联接到第一像素，并且被配置为向第一像素施加升压电压；第二信号线，其联接到第二像素；第一开关晶体管，其联接在第一信号线和第二信号线之间，并且被构造为导通以将第一信号线联接到第二信号线；以及第二开关晶体管，其联接在第一信号线和联接到设置在第三行的第三像素的第三信号线之间，并且被构造为导通以将第一信号线联接到第三信号线。
在一个实施方式中，一种图像感测装置可以包括：多个像素，其被布置成n×m矩阵，其中，n和m是等于或大于2的整数，每个像素包括光电转换元件和浮置扩散区，光电转换元件被构造为响应于入射到所述光电转换元件的光而产生光电荷，浮置扩散区电联接到所述光电转换元件并且存储所产生的光电荷；多条信号线，其各自被配置为向设置在对应行的对应像素施加升压电压，以升高对应像素的浮置扩散区的电压电平；以及多个开关晶体管，其各自联接在任意两条相邻信号线之间，并且被构造为导通或截止，以将在设置在对应行的一些像素上出现的噪声分量传输到另一行。
根据所公开技术的一些实施方式，可以最小化属于相同行的像素之间的带状噪声。
附图说明
图1是示出根据所公开技术的一个实施方式的图像传感器的示例的框图。
图2是示出图1的像素阵列的示例的示图。
图3是示出图2所示的一些像素和与其联接的一些元件的示图。
图4是示出图3所示的像素阵列的部分的操作的时序图的示例。
具体实施方式
以下，将参照附图描述各种实施方式。然而，应当理解，本公开不限于特定实施方式，而是能够对实施方式进行各种修改、等效和/或替换。
图1是示出根据一个实施方式的图像传感器的框图。
参照图1，图像传感器100是CMOS图像传感器，并且可以被称为图像感测装置。图像传感器100可以包括像素阵列110、行解码器120、相关双采样器(CDS)130、模数转换器(ADC)140、输出缓冲器150、列解码器160和时序控制器170。图像传感器100的组件仅为示例，而且如果必要，可添加或省略至少一些组件。
像素阵列110可包括以二维方式(例如，以行和列)布置的多个单位像素。多个单位像素可以将光信号转换成电信号。可以在每个单位像素中或者在包括共享一个或更多个元件的两个或更多个单位像素的共享像素结构中执行从光信号到电信号的转换。每个单位像素或共享像素结构可以对应于3T像素、4T像素或5T像素，但是本实施方式不限于此。共享像素结构可以对应于包括共享一个或更多个元件的四个单位像素的4个共享像素，或者包括共享一个或更多个元件的八个单位像素的8个共享像素，但是本实施方式不限于此。像素阵列110可从行解码器接收包括行选择信号、像素复位信号和传输信号的驱动信号。像素阵列110可基于驱动信号而操作。
行解码器120可以响应于来自时序控制器170的信号来驱动像素阵列110。例如，行解码器120可以选择像素阵列110的一行或更多行。行解码器120可以产生行选择信号，以从多行中选择一行或更多行。行解码器120可以针对对应于所选的一行或更多行的像素而顺序地启用像素复位信号和传输信号。因此，作为从所选的一行或更多行的像素产生的模拟信号，参考信号和图像信号可以顺序地被传输到CDS 130。参考信号和图像信号可以被统称为像素信号。
CMOS图像传感器可以通过对像素信号进行两次采样来消除这两次采样之间的差异，从而使用相关双采样(CDS)来消除不期望的像素偏移值。在一个示例中，相关双采样(CDS)可以通过比较在光信号入射到像素上之前和之后获得的像素输出电压来消除不期望的像素偏移值，从而能够仅测量基于入射光的像素输出电压。在所公开的技术的一些实施方式中，CDS 130可以顺序地采样和保持分别从像素阵列110提供到多条列线的参考信号和图像信号。也就是说，CDS 130可以采样和保持对应于像素阵列110的各个列的参考信号和图像信号的电平。
在时序控制器170的控制下，CDS 130可以将每一列的参考信号和图像信号作为相关双采样(CDS)信号传输到ADC 140。
ADC 140可以将从CDS 130输出的每一列的CDS信号转换成数字信号并且输出该数字信号。ADC 140可以基于每一列的CDS信号和从时序控制器170提供的斜坡信号来执行计数操作和计算操作，从而产生已经消除了对应于每一列的噪声(例如，每个像素的唯一复位噪声)的数字图像数据。
ADC 140可以包括对应于像素阵列110的各个列的多个列计数器，并且通过使用列计数器将对应于各个列的CDS信号转换成数字信号来产生图像数据。根据另一实施方式，ADC 140可以包括一个全局计数器，并且使用从全局计数器提供的全局代码将对应于各个列的CDS信号转换成数字信号。
输出缓冲器150可以捕获从ADC 140提供的基于列的图像数据，并且输出捕获的图像数据。输出缓冲器150可以在时序控制器170的控制下临时存储从ADC 140输出的图像数据。输出缓冲器150可以作为补偿图像传感器100和联接到图像传感器100的另一装置之间的传输速度或处理速度的差异的接口来操作。
列解码器160可以在时序控制器170的控制下选择输出缓冲器150的一列，并且顺序地输出临时存储在输出缓冲器150的所选列中的图像数据。例如，列解码器160可以从时序控制器170接收地址信号，基于地址信号产生列选择信号，并且选择输出缓冲器150的一列，使得图像数据作为输出信号SO从输出缓冲器150的所选列输出。
时序控制器170可以控制行解码器120、ADC 140、输出缓冲器150和列解码器160。
时序控制器170可以向行解码器120、列解码器160和输出缓冲器150提供图像传感器100的各个组件的操作所需的时钟信号、用于时序控制的控制信号和用于选择行或列的地址信号。根据一个实施方式，时序控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、时序控制电路和通信接口电路等。
图2是示出图1的像素阵列的示图的示例。
参照图2，像素阵列200可以包括被布置成包括n行和m列的n×m矩阵的多个像素，其中n和m是等于或大于2的整数。被包括在像素阵列200中的每个像素以Px_y的形式表示，其中x和y是等于或大于1的整数，并且分别对应于对应像素的行号和列号。例如，P2_3表示被包括在第二行和第三列中的像素。
每个像素(Px_y)可以感测入射光。响应于入射光的接收，每个像素(Px_y)产生对应于入射光的强度的光电荷，在被称为浮置扩散区的感测节点中积累产生的光电荷，并且将存储在浮置扩散区中的光电荷的电压电平转换成电信号。随着像素尺寸的减小，每个像素Px_y能够占据的面积减小，并且被实现为结型电容器的浮置扩散区的面积也减小，这使得浮置扩散区难以保证不小于预定值的电容。如果浮置扩散区具有小于预定值的电容，则当入射光的强度相对较高时，浮置扩散区可能容易饱和，使得动态范围较小。
为了解决这样的问题，可以将升压电容器联接到浮置扩散区，并且可以施加升压电压以临时提高浮置扩散区的电压电平。在一些实现方式中，每个像素Px_y可以包括这种升压电容器，并且可以接收升压电压。升压电压可以是由图1的行解码器120提供的、并且调节浮置扩散区的电压电平的电压。
首先，参考第一行ROW1，第一行ROW1可以包括m个像素P1_1至P1_m。像素P1_1至P1_m可以联接到相同的第一信号线SL_1，以接收升压电压FDB_1。
类似地，在第二行ROW2中，m个像素(P2_1至P2_m)可以联接到相同的信号线(SL_2)，并且接收相同的升压电压(例如，FDB_2)。以此方式，被包括在其余行的每一行中的多个像素可以联接到对应的信号线以接收对应的升压电压。
当将光电荷传输到被包括在特定行中的特定像素的浮置扩散区时，被包括在该特定像素中的浮置扩散区的电压可以改变。在该特定像素中发生的这种电压改变可能影响与该特定像素联接到相同信号线的另一像素的浮置扩散区的电压电平。这是因为电容耦合发生在联接到相同信号线的像素的浮置扩散区之间。由于联接到各个浮置扩散区的升压电容器联接到一条信号线并且具有较高的电容，因此在浮置扩散区之间可能出现更高的电容耦合。这种电容耦合可以改变任何一个像素的浮置扩散区的电压，并且该电压改变可以改变联接到相同信号线的另一像素的浮置扩散区的电压，从而产生噪声。这种噪声被称为带状噪声(banding noise)。
例如，假设第一像素和第二像素联接到相同信号线，特定强度的入射光入射到第一像素上，并且没有入射光入射到第二像素上。在这种情况下，第一像素的像素信号应该具有对应于特定强度的电平，并且第二像素的像素信号应该具有对应于零入射光的电平。然而，当第一像素的浮置扩散区的电压电平改变时，第二像素的浮置扩散区的电压可能受到第一像素和第二像素之间的电容耦合的影响并发生改变。因此，第二像素的浮置扩散区可能具有对应于预定强度的电压电平，而不是对应于零入射光的电平。
为了最小化这种带状噪声，根据本实施方式的像素阵列200可以包括一个或更多个开关晶体管(switch transistor)BSX_1至BSX_(n-1)。在本实施方式中，开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)仅作为示例进行描述。例如，开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)可以用能够执行开关操作的不同类型的开关元件代替。
开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的每一个可以联接在彼此相邻设置的信号线(例如，SL_1和SL_2)之间。开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)可以分别响应于结合开关控制信号BS_1至BS_(n-1)而导通或截止。可以从图1的行解码器120提供结合开关控制信号BS_1至BS_(n-1)。
当开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)截止时，彼此相邻并且联接到开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的相应开关晶体管的信号线可以电断开。另一方面，当开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)导通时，彼此相邻并且联接到开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的相应开关晶体管的信号线可以电短路。
图2示出了开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的每一个设置在位于每一行的最右侧的对应像素(例如，P1_m)的右侧，但是本实施方式不限于此。例如，开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的每一个可以设置在位于每一行的最左侧的对应像素(例如，P1_1)的左侧，或者设置在位于每一行的最左侧和最右侧之间的特定像素的一侧。尽管图2示出了开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)沿平行于列方向的直线设置，但是开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)可以不设置在平行于列方向的直线上。在一些实现方式中，两个开关晶体管可以设置成与两个不同的列相邻。
图2所示的包括像素pk_1至pk_m的第k行ROWk将会作为示例更详细地进行描述，其中k是1至n中的任何一个。在一些实现方式中，在多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间可能发生电容耦合的时间区间期间，开关晶体管BSX_1至BSX_
(n-1)中的每一个可以导通。因此，联接到多个像素Pk_1至Pk_m的升压电容器的第k信号线SL_k也可以电联接到其它信号线SL_1至SL_(k-1)和SL_(k+1)至SL_n。由多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间的电容耦合引起的噪声分量也可以通过第k信号线SL_k传输到与第k信号线SL_k电联接的其它信号线SL_1至SL_(k-1)和SL_(k+1)至SL_n。因此，噪声分量能够通过其它信号线SL_1至SL_(k-1)和SL_(k+1)至SL_n进行分布，从而可以最小化带状噪声的出现。
在一些实现方式中，在多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间可能发生电容耦合的时间区间期间，开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的仅一些可以导通。这与在该时间区间期间可以导通所有开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)的先前的实现方式不同。可以基于各种方式来确定开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)中的要导通的开关晶体管。例如，在多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间可能发生电容耦合的时间区间期间，设置在第一行至第(k-1)行的开关晶体管BSX_1至BSX_(k-1)可以导通。在另一示例中，在多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间可能发生电容耦合的时间区间期间，设置在第k行至第(n-1)行的开关晶体管BSX_k至BSX_(n-1)可以导通。在另一示例中，在多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间可能发生电容耦合的时间区间期间，直接联接到第k信号线SL_k的开关晶体管BSX_(k-1)和BSX_k可以导通。在本实施方式中，作为示例，已经描述了在多个像素Pk_1至Pk_m中的任意两个之间可能发生电容耦合的时间区间期间，开关晶体管导通。在一些实现方式中，直接联接到第k信号线SL_k的开关晶体管BSX_(k-1)和BSX_k中的至少一个导通。通过导通直接联接到第k信号线SL_k的开关晶体管BSX_(k-1)和BSX_k中的至少一个，由于第k行(ROWk)的像素而存在的噪声分量能够通过开关晶体管BSX_(k-1)和BSX_k中的至少一个而也分布到其它信号线。
以下，将参照图3和后续附图更详细地描述像素和开关晶体管的操作。在以下描述中，将作为示例讨论设置在第k行ROWk的像素Pk_l和Pk_(l+1)。
图3是示出图2中所示的一些像素和与其联接的一些元件的示图。
图3示出了图2所示的像素阵列的部分300。例如，图3示出了图2所示的像素中的一些像素Pk_l和Pk_(l+1)，以及联接在联接像素Pk_l和Pk_(l+1)的第k信号线SL_k和与第k信号线SL_k相邻的信号线SL_(k-2)、SL_(k-1)、SL_(k+1)、SL_(k+2)之间的开关晶体管BSX_(k-2)至BSX_(k+2)。
在本实施方式的以下描述中，第k行ROWk可以被称为第一行，第k信号线SL_k可以被称为第一信号线，第(k-1)信号线SL_(k-1)和第(k+1)信号线SL_(k+1)可以分别被称为第二信号线和第三信号线，并且第(k-1)开关晶体管BSX_(k-1)和第k开关晶体管BSX_k可以分别被称为第一开关晶体管和第二开关晶体管。因此，第一行可以包括多个像素Pk_1至Pk_m，第一信号线可以将升压电压FDB_k传输到多个像素Pk_1至Pk_m，第一开关晶体管BSX_(k-1)可以联接在第一信号线和与第一信号线相邻设置的第二信号线之间，并且第二开关晶体管BSX_k可以联接在第一信号线和与第一信号线相邻设置的第三信号线之间。在图3的示例中，第二信号线和第三信号线分别设置在第一信号线的上方和下方。
第一像素Pk_1可以包括光电转换元件PD_A、传输晶体管TX_A、复位晶体管RX_A、浮置扩散电容器FC_A、升压电容器BC_A、驱动晶体管DX_A和选择晶体管SX_A。
光电转换元件PD_A可以产生和积累对应于入射光的强度的光电荷。例如，光电转换元件PD_A可以实现为光电二极管、钉扎光电二极管、光电栅、光电晶体管或其组合。光电转换元件PD_A的一侧可以接收特定电压(例如，接地电压)，并且光电转换元件PD_A的另一侧可以联接到传输晶体管TX_A。
传输晶体管TX_A可以联接在光电转换元件PD_A和浮置扩散区FD_A之间，并且响应于传输控制信号TG_K而导通或截止。当传输晶体管TX_A截止时，传输晶体管TX_A可以将光电转换元件PD_A和浮置扩散区FD_A彼此电隔离。当传输晶体管TX_A导通时，传输晶体管TX_A可以将光电转换元件PD_A和浮置扩散区FD_A彼此电联接，从而将光电转换元件PD_A中积累的光电荷传输到浮置扩散区FD_A。
复位晶体管RX_A可以联接在像素电压VDD_px和浮置扩散区FD_A之间，并且响应于复位控制信号RG_K而导通或截止。像素电压VDD_px可以是电源电压。当复位晶体管RX_A截止时，复位晶体管RX_A可以将像素电压VDD_px和浮置扩散区FD_A彼此电隔离。当复位晶体管RX_A导通时，复位晶体管RX_A可以将像素电压VDD_px和浮置扩散区FD_A彼此电联接，从而将浮置扩散区FD_A复位到电源电压。当复位晶体管RX_A和传输晶体管TX_A都导通时，光电转换元件PD_A以及浮置扩散区FD_A可以通过复位晶体管RX_A复位到电源电压。
浮置扩散电容器FC_A可以积累通过传输晶体管TX_A传输的光电荷。浮置扩散电容器FC_A可以实现为结型电容器，但是本实施方式不限于此。浮置扩散电容器FC_A的一侧可联接到特定电压(例如，接地电压)，并且浮置扩散电容器FC_A的另一侧可以联接到浮置扩散区FD_A。
升压电容器BC_A可以联接在第k信号线SL_k和浮置扩散区FD_A之间，并且基于通过第k信号线SL_k传输的升压电压FDB_k来增加浮置扩散区FD_A的电压电平。因此，当施加到升压电容器BC_A的一侧的升压电压FDB_k从低电平转变到高电平时，联接到升压电容器BC_A的另一侧的浮置扩散区FD_A的电压电平根据耦合效应而跟随升压电压FDB_k的转变并且也发生上升。另一方面，当升压电压FDB_k从高电平转变到低电平时，联接到升压电容器BC_A的另一侧的浮置扩散区FD_A的电压电平根据耦合效应而跟随升压电压FDB_k的转变，并且也发生下降。在本实施方式中，升压电压FDB_k处于高电平的状态被称为升压状态，并且升压电压FDB_k处于低电平的状态被称为预升压状态。低电平和高电平可以分别被称为第一电平和第二电平。例如，升压电容器BC_A可以实现为结型电容器、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、金属-氧化物-金属(MOM)电容器或金属-氧化物-半导体(MOS)电容器中的至少一种。
驱动晶体管DX_A可以联接在像素电压VDD_px和选择晶体管SX_A之间，并且产生与联接到栅极的浮置扩散区FD_A的电压电平相对应的电信号。
选择晶体管SX_A可以联接在驱动晶体管DX_A和输出线Vout_A之间，并且响应于选择控制信号SEL_k而导通或截止。当选择晶体管SX_A截止时，选择晶体管SX_A可以不将驱动晶体管DX_A的电信号传输到输出线Vout_A。当选择晶体管SX_A导通时，选择晶体管SX_A可以将驱动晶体管DX_A的电信号传输到输出线Vout_A。输出线Vout_A可以是用于将第一像素Pk_l的像素信号传输到外部(例如，CDS 130)的线路，而与第一像素Pk_l属于相同列(即，列l)的其它像素也可以联接到输出线Vout_A并且通过输出线Vout_A输出像素信号。
第二像素Pk_(l+1)可以包括光电转换元件PD_B、传输晶体管TX_B、复位晶体管RX_B、浮置扩散电容器FC_B、升压电容器BC_B、驱动晶体管DX_B和选择晶体管SX_B。由于第二像素Pk_(l+1)与上述第一像素Pk_1以基本相同的方式进行配置和操作，因此在此省略其详细描述。此外，被包括在像素阵列200中的其它像素也可以与第一像素Pk_l以基本相同的方式进行配置和操作。
因为第二像素Pk_(l+1)与第一像素Pk_1属于相同的行，所以传输控制信号TG_K、复位控制信号RG_k、升压电压FDB_k和选择控制信号SEL_k可以分别施加到传输晶体管TX_B、复位晶体管RX_B、升压电容器BC_B和选择晶体管SX_B，如同在第一像素Pk_1中一样。因此，第一像素Pk_l和第二像素Pk_(l+1)的光电荷传输操作、复位操作、升压操作和像素信号输出操作可以以相同的时序同时执行。
例如，假设特定强度的入射光入射在第一像素Pk_l上，并且没有入射光入射在第二像素Pk_(l+1)上。在这种情况下，第一像素Pk_l的像素信号应该具有对应于特定强度的电平，并且第二像素Pk_(l+1)的像素信号应该具有对应于没有入射光的电平。然而，当第一像素Pk_l的浮置扩散区FD_A的电压电平随着在第一像素Pk_l和第二像素Pk_(l+1)中同时执行从光电转换元件到浮置扩散区的光电荷传输操作而改变时，由于联接到浮置扩散区FD_A的升压电容器BC_A和联接到浮置扩散区FD_B的升压电容器BC_B联接到相同的第k信号线SL_k，所以在浮置扩散区FD_A和FD_B之间可能发生电容耦合。因此，由于浮置扩散区FD_A的电压电平的改变影响和改变了浮置扩散区FD_B的电压，因此浮置扩散区FD_B可能具有对应于预定光强度的电平而不是对应于零入射光的电平。
在本实施方式中，彼此相邻设置的第一像素Pk_l和第二像素Pk_(l+1)已经被作为描述的示例。然而，根据电容耦合，任何像素都可能将噪声分量传输到与相同的信号线联接或属于相同的行的任何其它像素。
根据本实施方式，开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)可以在可能发生电容耦合的时间区间期间(例如，在执行光电荷传输操作的时间区间期间)导通。例如，用于联接多个像素Pk_1至Pk_m的升压电容器的第k信号线SL_k可以电联接到其它信号线SL_1至SL_(k-1)和SL_(k+1)至SL_n。因此，由电容耦合引起的噪声分量能够通过其它信号线SL_1至SL_(k-1)和SL_(k+1)至SL_n进行分布，从而可以最小化带状噪声的出现。
图4是用于描述图3所示的像素阵列的部分的操作的时序图。
图4示出了图3中像素阵列的部分300的操作。图4所示的控制信号BS_(k-1)、BS_k、BS_(k+1)、TG_k、RG_k和SEL_k中的每一个可以具有逻辑高状态或逻辑低状态。当控制信号BS_(k-1)、BS_k、BS_(k+1)、TG_k、RG_k和SEL_k中的每一个为逻辑高时，对应的晶体管可以导通。当控制信号BS_(k-1)、BS_k、BS_(k+1)、TG_k、RG_k和SEL_k中的每一个为逻辑低时，对应的晶体管可以截止。
升压电压FDB_k可以具有电压相对较低的低电平和电压相对较高的高电平。此外，浮置扩散区FD_A和FD_B中的每一个可以具有受外部影响(例如，复位、升压或光电荷传输等)而改变的电压电平。
可以在第一时间段TP1至第五时间段TP5期间执行像素阵列的部分300的操作。图4示出的第一时间段TP1至第五时间段TP5的长度仅是示例，也可以采用其它实现方式。
可以将第一时间段TP1定义为用于消除残留在像素的内部元件中的光电荷的像素复位时段。
在第一时间段TP1中，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以对应于逻辑高，升压电压FDB_k可以对应于高电平，传输控制信号TG_k和复位控制信号RG_k可以对应于逻辑高，并且选择控制信号SEL_k可以对应于逻辑低。因此，开关晶体管BSX_(k-1)、BSX_k和BSX_(k+1)可以导通，升压电容器BC_A和BC_B可以处于升压状态，传输晶体管TX_A和TX_B以及复位晶体管RX_A和RX_B可以导通，并且选择晶体管SX_A和SX_B可以截止。在传输晶体管TX_A和TX_B以及复位晶体管RX_A和RX_B导通的情况下，浮置扩散区FD_A和FD_B以及光电转换元件PD_A和PD_B可以复位到像素电压VDD_px。
可以将第二时间段TP2定义为其中光电转换元件产生和积累对应于入射光的强度的光电荷的光电荷积累时段。
在第二时间段TP2，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以对应于逻辑高，升压电压FDB_k可以对应于高电平，并且传输控制信号TG_k、复位控制信号RG_k和选择控制信号SEL_k可以对应于逻辑低。因此，开关晶体管BSX_(k-1)、BSX_k和BSX_(k+1)可以导通，升压电容器BC_A和BC_B可以处于升压状态，传输晶体管TX_A和TX_B、复位晶体管RX_A和RX_B以及选择晶体管SX_A和SX_B可以截止。在传输晶体管TX_A和TX_B截止的情况下，光电转换元件PD_A和PD_B可以产生和积累对应于入射光的强度的光电荷。将第二时间段TP2定义为光电荷积累时段，但是光电转换元件PD_A和PD_B实质上仍然可以产生和积累光电荷，直到传输晶体管TX_A和TX_B导通或者第五时间段TP5开始。
在第二时间段TP2的后半部分，升压电压FDB_k可以从高电平转变到低电平。对于浮置扩散区FD_A和FD_B的升压操作，升压电压FDB_k需要提前转变到低电平(预升压)。这是因为，当浮置扩散区FD_A和FD_B在第三时间段TP3中复位之后升压电压FDB_k转变到低电平时，复位浮置扩散区FD_A和FD_B的电压电平跟随升压电压FDB_k并且降低到低电平。因此，在第二时间段TP2的后半部分，可以将升压电压FDB_k控制为预先从高电平转变到低电平。
在第二时间段TP2的后半部分，在升压电压FDB从高电平转变到低电平之前，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以从逻辑高转变到逻辑低。这是因为，当第k信号线SL_k联接到另一信号线时，第k行的预升压操作和升压操作不能使用升压电压FDB_k正常执行。
在第二时间段TP2的后半部分，选择控制信号SEL_k可以转变为逻辑高，以用于产生和输出像素信号的后续操作。
在第三时间段TP3中，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以对应于逻辑低，升压电压FDB_k可以对应于低电平，传输控制信号TG_k可以对应于逻辑低，并且复位控制信号RG_k和选择控制信号SEL_k可以对应于逻辑高。因此，开关晶体管BSX_(k-1)、BSX_k和BSX_(k+1)可以截止，升压电容器BC_A和BC_B可以处于预升压状态，传输晶体管TX_A和TX_B可以截止，并且复位晶体管RX_A和RX_B以及选择晶体管SX_A和SX_B可以导通。在复位晶体管RX_A和RX_B导通的情况下，浮置扩散区FD_A和FD_B可以复位到像素电压VDD_px。执行复位操作，以在输出像素信号之前从浮置扩散区FD_A和FD_B消除可能作为噪声的光电荷。
在第四时间段TP4中，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以对应于逻辑低，升压电压FDB_k可以对应于高电平，传输控制信号TG_k和复位控制信号RG_k可以对应于逻辑低，并且选择控制信号SEL_k可以对应于逻辑高。因此，开关晶体管BSX_(k-1)、BSX_k和BSX_(k+1)可以截止，升压电容器BC_A和BC_B可以处于升压状态，传输晶体管TX_A和TX_B以及复位晶体管RX_A和RX_B可以截止，并且选择晶体管SX_A和SX_B可以导通。
在升压电压FDB_k转变到高电平的情况下，浮置扩散区FD_A和FD_B的电压电平跟随升压电压FDB_k(升压操作)并且增加到高电平。此时，可以由基于升压电容器BC_A和BC_B的电容的时间常数(time constant)来决定浮置扩散区FD_A和FD_B的电压电平上升的斜率，并且可以预先决定第四时间段TP4的长度，使得浮置扩散区FD_A和FD_B的电压电平在第四时间段TP4内达到预定电平。
在一些实施方式中，可以在第四时间段TP4和第五时间段TP5之间产生和输出对应于浮置扩散区FD_A和FD_B的升压电压电平的参考信号，例如与入射光的强度无关的信号。
如图4所示，在至少升压电压FDB_k保持低电平时，开关晶体管BSX_(k-1)和BSX_k可以截止，以用于正常的预升压操作和升压操作。
在第五时间段TP5中，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以对应于逻辑高，升压电压FDB_k可以对应于高电平，传输控制信号TG_k可以对应于逻辑高，复位控制信号RG_k可以对应于逻辑低，并且选择控制信号SEL_k可以对应于逻辑高。因此，开关晶体管BSX_(k-1)、BSX_k和BSX_(k+1)可以导通，升压电容器BC_A和BC_B可以处于升压状态，传输晶体管TX_A和TX_B可以导通，复位晶体管RX_A和RX_B可以截止，并且选择晶体管SX_A和SX_B可以导通。
在完成使用升压电压FDB_k的预升压操作和升压操作之后(即，在第四时间段TP4之后)，结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)可以转变为逻辑高，使得第k信号线SL_k联接到其它信号线。在本实施方式中，所有结合开关控制信号BS_(k-1)、BS_k和BS_(k+1)转变为逻辑高，使得所有开关晶体管BSX_(k-1)、BSX_k和BSX_(k+1)都导通。在一些实现方式中，只有直接联接到第k信号线SL_k的开关晶体管BSX_(k-1)和BSX_k中的任何一个可以导通，以将第k信号线SL_k联接到其它信号线。
当传输晶体管TX_A和TX_B导通时，积累在光电转换元件PD_A和PD_B中的光电荷可以传输到浮置扩散区FD_A和FD_B。根据图3的假设，即光仅入射在像素pk_l上而不入射在像素pk_(1+l)上，在光电转换元件PD_A中具有产生和积累的光电荷，并且在光电转换元件PD_B中不具有产生和积累的任何光电荷。因此，当传输光电转换元件PD_A中积累的光电荷时，浮置扩散区FD_A的电压电平应该下降，而浮置扩散区FD_B的电压电平应该保持为零，因为光电转换元件PD_B中没有积累的光电荷。
尽管在光电转换元件PD_B中没有产生和积累光电荷，但是如果开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)不被包括在像素阵列200中，则由于浮置扩散区FD_A和FD_B之间的电容耦合，浮置扩散区FD_B的电压电平具有特定的电压电平VL_CC而不是零电压电平。
然而，在本实施方式中，当光电荷从光电转换元件PD_A和PD_B传输到浮置扩散区FD_A和FD_B时，开关晶体管BSX_1至BSX_(n-1)可以导通，以将第k信号线SL_k电联接到其它信号线。因此，由浮置扩散区FD_A和FD_B之间的电容耦合引起的噪声分量可以通过其它信号线进行分布。因此，能够最小化带状噪声的出现，以保持浮置扩散区的电压电平。
在第五时间段TP5之后，在选择晶体管SX_A和SX_B截止之前，可以产生和输出与浮置扩散区FD_A和FD_B的电压电平相对应的图像信号(即，对应于入射光的强度的信号)。
根据本实施方式，图像感测装置能够使用被设置为在任意两个相邻的行之间导通和截止的开关晶体管来最小化带状噪声。在特定行上引起的带状噪声能够通过联接到设置在特定行的像素的信号线而传输到与其它行联接的其它信号线，从而最小化带状噪声。
虽然上面已经描述了各种实施方式，但是应当理解，所描述的实施方式仅为示例，并且可以基于所描述和示出的内容做出各种增强、修改、变型和其它实施方式。
相关申请的优先权要求和交叉引用
本专利文件要求2020年4月7日提交的韩国申请No.10-2020-0042090的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (18)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
像素阵列，所述像素阵列包括被布置成行和列的像素，所述像素包括设置在第一行的第一像素、设置在第二行的第二像素和设置在第三行的第三像素，所述第一行设置在所述第二行和所述第三行之间；
第一信号线，所述第一信号线联接到所述第一像素，并且被配置为向所述第一像素施加升压电压；
第二信号线，所述第二信号线联接到所述第二像素；
第一开关晶体管，所述第一开关晶体管联接在所述第一信号线和所述第二信号线之间，并且被构造为导通以将所述第一信号线联接到所述第二信号线；以及
第二开关晶体管，所述第二开关晶体管联接在所述第一信号线和第三信号线之间，并且被构造为导通以将所述第一信号线联接到所述第三信号线，所述第三信号线与设置在所述第三行的所述第三像素联接。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管被构造为在所述升压电压从第一电平转变到高于所述第一电平的第二电平时截止。
3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，每一个所述第一像素包括：
传输晶体管，所述传输晶体管被配置为响应于传输控制信号而将光电转换元件中产生的光电荷传输到浮置扩散区；以及
升压电容器，所述升压电容器联接在所述浮置扩散区和所述第一信号线之间。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管中的至少一个被构造为在所述传输晶体管传输所述光电荷期间导通。
5.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，在所述光电转换元件中积累所述光电荷期间，所述升压电压从第二电平转变到低于所述第二电平的第一电平。
6.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，当所述升压电压具有所述第一电平时，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管被构造为截止。
7.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，在所述升压电压从所述第二电平转变到所述第一电平之后，所述浮置扩散区被构造为复位到电源电压。
8.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第二开关晶体管设置在所述第一行的一侧。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管被布置成与两个不同的列相邻。
10.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管沿一条线布置。
11.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一信号线被配置为施加所述升压电压以用于调节所述第一像素的浮置扩散区的电压电平。
12.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
多个像素，所述多个像素被布置成n×m矩阵，其中，n和m是等于或大于2的整数，每个像素包括光电转换元件和浮置扩散区，所述光电转换元件被构造为响应于入射到所述光电转换元件的光而产生光电荷，所述浮置扩散区电联接到所述光电转换元件并且存储所产生的光电荷；
多条信号线，所述多条信号线各自被配置为向设置在对应行的对应像素施加升压电压，以升高所述对应像素的浮置扩散区的电压电平；以及
多个开关晶体管，所述多个开关晶体管各自联接在任意两条相邻信号线之间，并且被构造为导通或截止，以将在设置在对应行的一些像素上出现的噪声分量传输到另一行。
13.根据权利要求12所述的图像感测装置，其中，所述多个像素中的每一个包括：
传输晶体管，所述传输晶体管被配置为响应于传输控制信号而将在所述光电转换元件中产生的光电荷传输到所述浮置扩散区；以及
升压电容器，所述升压电容器联接在所述浮置扩散区和所述多条信号线中的任何一条之间。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，在被包括在第k行中的像素中所述光电荷从所述光电转换元件传输到所述浮置扩散区期间，联接到与所述第k行相对应的信号线的一个或更多个开关晶体管导通，其中，k是1到n中的任何一个。
15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，当被施加到所述与所述第k行相对应的信号线的所述升压电压从第一电平转变到高于所述第一电平的第二电平时，联接到所述与所述第k行相对应的信号线的开关晶体管截止。
16.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，当在所述被包括在第k行中的像素中所述光电荷从所述光电转换元件传输到所述浮置扩散区时，所述多个开关晶体管中的一个或更多个截止。
17.根据权利要求12所述的图像感测装置，其中，所述多个开关晶体管沿一条线布置。
18.根据权利要求12所述的图像感测装置，其中，所述多个开关晶体管中的至少两个被布置成与两个不同的列相邻。
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