CN114025110A - 像素单元阵列电路 - Google Patents

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王勇
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陈正
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Abstract

本发明提供了一种像素单元阵列电路，应用于CMOS图像传感器，包括至少一个用于产生像素数据的像素单元，至少一条用于接收并传输所述像素数据的像素数据传输总线，与对应所述像素单元的输出端连接，至少一个用于上拉所述像素数据传输总线的电位的上拉钳位单元，与所述像素数据传输总线一一对应连接，提高了像素数据传输总线的电位，从而降低或避免从像素单元流向像素数据传输总线的暗电流，以提高图像的质量。

Description

像素单元阵列电路
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种像素单元阵列电路。
背景技术
暗电流噪声严重影响着CMOS图像传感器(CMOS image sensor，CIS)的图像质量，其中，暗电流噪声对CMOS图像传感器成像质量的影响主要体现在两个方面：
一、暗电流噪声的非均匀性是CMOS图像传感器固定模式噪声的一个重要来源，使得CMOS图像传感器的通透性变差；
二、暗电流噪声会太高整幅图像的数据平均值，尤其是在高温条件下，暗电流噪声会显著增大，使得图像的动态范围将减小，严重影响图像的质量。
现有技术中，通过工艺条件改进、版图优化来实现，而这些改进和优化需要考虑多种参数的折中，对于不同工艺来说暗电流噪声的降低幅度是有限的。
因此，有必要提供一种新型的像素单元阵列电路以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种像素单元阵列电路，降低暗电流，以提高图像的质量。
为实现上述目的，本发明的所述像素单元阵列电路，应用于CMOS图像传感器，包括：
至少一个像素单元，用于产生像素数据；
至少一条像素数据传输总线，与对应所述像素单元的输出端连接，用于接收并传输所述像素数据；以及
至少一个上拉钳位单元，与所述像素数据传输总线一一对应连接，用于上拉所述像素数据传输总线的电位。
所述像素单元阵列电路的有益效果在于：像素数据传输总线与对应所述像素单元的输出端连接，用于接收并传输所述像素数据，上拉钳位单元与所述像素数据传输总线一一对应连接，用于上拉所述像素数据传输总线的电位，提高了像素数据传输总线的电位，从而降低或避免从像素单元流向像素数据传输总线的暗电流，以提高图像的质量。
优选地，所述像素单元包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及感光二极管，所述第一NMOS管的漏极连接工作电压，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极和所述第三NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极用于接收第一控制信号，所述第二NMOS管的源极与所述感光二极管的负极连接，所述第二NMOS管的栅极用于接收第二控制信号，所述感光二极管的正极接地，所述第三NMOS管的漏极连接工作电压，所述第三NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四NMOS管的栅极用于接收第三控制信号，所述第四NMOS管的源极与所述像素数据传输总线连接。
进一步优选地，所述上拉钳位单元为NMOS管，所述NMOS管的漏极连接工作电压，所述NMOS管的源极与所述所述像素数据传输总线连接，所述NMOS管的栅极用于接收第三控制信号。其有益效果在于：便于上拉像素数据传输总线的电位。
附图说明
图1为现有技术中标准四管像素单元的电路图；
图2为现有技术中标准四管像素单元的时序图；
图3为现有技术中标准四管像素单元的平面示意图；
图4为现有技术中标准四管像素单元沿第四NMOS管的剖面示意图；
图5为本发明像素单元阵列电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
图1为现有技术中标准四管像素单元的电路图。参照图1，标准四管像素单元100包括第一NMOS管101、第二NMOS管102、第三NMOS管103、第四NMOS管104、感光二极管105以及数据传输总线106，所述第一NMOS管101的漏极连接工作电压VDD，所述第一NMOS管101的源极与所述第二NMOS管102的漏极和所述第三NMOS管103的栅极连接，所述第一NMOS管101的栅极用于接收第一控制信号RX，所述第二NMOS管102的源极与所述感光二极管105的负极连接，所述第二NMOS管102的栅极用于接收第二控制信号TX，所述感光二极管105的正极接地，所述第三NMOS管103的漏极连接工作电压VDD，所述第三NMOS管103的源极与所述第四NMOS管104的漏极连接，所述第四NMOS管的栅极用于接收第三控制信号SEL，所述第四NMOS管104的源极与所述像素数据传输总线106连接。
参照图1，所述像素数据传输总线106与模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)连接，且所述像素数据传输总线106的一端接地。
参照图1，所述第二NMOS管102的漏极与第一连接线1021的一端连接，所述第三NMOS管103的栅极与所述第一连接线1021的另一端连接，所述第一NMOS管101的源极与第二连接线1022的一端连接，所述第二连接线1022的另一端与所述第一连接线1021连接于浮空节点1023。
图2为现有技术中标准四管像素单元的时序图。参照图1和图2，Rst表示所述标准四管像素单元100的复位阶段，Exp表示所述标准四管像素单元100的曝光阶段，Read表示所述标准四管像素单元100的信号读取阶段，SEL表示施加在所述第四NMOS管104栅极上的第三控制信号，RX表示施加在所述第一NMOS管101栅极上的第一控制信号，TX表示施加在所述第二NMOS管102栅极上的第二控制信号。
参照图1和图2，所述标准四管像素单元100处于复位阶段时，所述第一控制信号RX和所述第二控制信号TX均为高电平，所述第三控制信号SEL维持低电平，所述第一NMOS管101和所述第二NMOS管102均打开，所述浮空节点1023的电位被上拉到工作电压，以完成复位。
参照图1和图2，所述第一控制信号RX和所述第二控制信号均变为低电平后，所述标准四管像素单元100进入曝光阶段，所述第三控制信号SEL维持低电平，所述感光二极管105感光并生成与光照强度成正比的光电子。
参照图1和图2，所述第三控制信号SEL由低电平转变为高电平后，所述第四NMOS管104导通，所述标准四管像素单元100由所述曝光阶段进入所述信号读取阶段，所述第一控制信号RX由低电平转变为高电平，所述第一NMOS管101导通，以复位所述浮空节点1023，此时所述第三NMOS管103受控于所述浮空节点的电位，并由所述第四NMOS管的源极输出第一复位电位，然后所述第一控制信号RX由高电平变为低电平；所述第二控制信号由低电平变为高电平，所述第二NMOS管102导通，所述光电二极管105内的光电子转移到所述浮空节点，此时所述第三NMOS管受控于所述浮空节点1023的电位，并由所述第四NMOS管104的源极输出第二复位电位，然后所述第二控制信号TX由高电平变为低电平。
图3为现有技术中标准四管像素单元的平面示意图。参照图3，所述光电二极管所占面积最大，所述第一NMOS管、所述第二NMOS管、所述第三NMOS管、所述第四NMOS管、所述像素数据传输总线、工作电源VDD、所述浮空节点以及接地GND均在所述光电二极管的右侧，以保证所述光电二极管具有最高的感光效率。
图4为现有技术中标准四管像素单元沿第四NMOS管的剖面示意图。参照图1和图4，所述光电二极管105在P衬底上，所述光电二极管105左右两侧均为隔离沟槽，所述第一NMOS管101、所述第二NMOS管102、所述第三NMOS管103和所述第四NMOS管104均位于P阱内。在CMOS工艺中，P衬底、P阱的电位在0V，所述光电二极管105在衬底中均为N型，在像素数据读取过程中，所述第一控制信号TX为高电平，所述第一NMOS管101导通，所述浮空节点1023被复位，此时所述浮空节点1023的电位为正，例如1V。所述第四NMOS管的源极和漏极均为N+型注入，当源极电位小于所述浮空节点1023的电位时，将形成一个从所述浮空节点1023到所述第四NMOS管源极的电位差，从而产生一个额外的电流，并且该电流会随温度升高为增大，等效为一个像素输出的暗电流，该暗电流则会使图像的动态范围减小，进而影响图像质量。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种像素单元阵列电路，应用于CMOS图像传感器，所述像素单元阵列电路包括至少一个像素单元(图中未标示)、至少一条像素数据传输总线以及至少一个上拉钳位单元，所述像素单元用于产生像素数据，所述像素数据传输总线与对应所述像素单元的输出端连接，用于接收并传输所述像素数据，所述上拉钳位单元与所述像素数据传输总线一一对应连接，用于上拉所述像素数据传输总线的电位。
图5为本发明像素单元阵列电路的电路图。参照图5，以所述像素单元阵列电路包括一个像素单元(图中未标示)、一条像素数据传输总线106和一个上拉钳位单元107为例。
参照图5，所述像素单元包括第一NMOS管101、第二NMOS管102、第三NMOS管103、第四NMOS管104以及感光二极管105，所述第一NMOS管101的漏极连接工作电压VDD，所述第一NMOS管101的源极与所述第二NMOS管102的漏极和所述第三NMOS管103的栅极连接，所述第一NMOS管101的栅极用于接收第一控制信号RX，所述第二NMOS管102的源极与所述感光二极管105的负极连接，所述第二NMOS管102的栅极用于接收第二控制信号TX，所述感光二极管105的正极接地，所述第三NMOS管103的漏极连接工作电压VDD，所述第三NMOS管103的源极与所述第四NMOS管104的漏极连接，所述第四NMOS管104的栅极用于接收第三控制信号SEL，所述第四NMOS管104的源极与所述像素数据传输总线106连接。优选地，所述上拉钳位单元107为NMOS管，所述NMOS管的漏极连接工作电压，所述NMOS管的源极与所述所述像素数据传输总线106连接，所述NMOS管的栅极用于接收第三控制信号VCLP，所述第三控制信号大于或等于2V。
参照图5，所述第二NMOS管102的漏极与第一连接线1021的一端连接，所述第三NMOS管103的栅极与所述第一连接线1021的另一端连接，所述第一NMOS管101的源极与第二连接线1022的一端连接，所述第二连接线1022的另一端与所述第一连接线1021连接于浮空节点1023
参照图5，通过所述第三控制信号VCLP对所述NMOS管的控制，从而使得所述像素数据传输总线106的电位始终高于所述浮空节点1023的电位，从而保证不会产生由所述浮空节点1023到所述第四NMOS管104的暗电流。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (3)

1.一种像素单元阵列电路，应用于CMOS图像传感器，其特征在于，包括：
至少一个像素单元，用于产生像素数据；
至少一条像素数据传输总线，与对应所述像素单元的输出端连接，用于接收并传输所述像素数据；以及
至少一个上拉钳位单元，与所述像素数据传输总线一一对应连接，用于上拉所述像素数据传输总线的电位。
2.根据权利要求1所述的像素单元阵列电路，其特征在于，所述像素单元包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及感光二极管，所述第一NMOS管的漏极连接工作电压，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极和所述第三NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的栅极用于接收第一控制信号，所述第二NMOS管的源极与所述感光二极管的负极连接，所述第二NMOS管的栅极用于接收第二控制信号，所述感光二极管的正极接地，所述第三NMOS管的漏极连接工作电压，所述第三NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四NMOS管的栅极用于接收第三控制信号，所述第四NMOS管的源极与所述像素数据传输总线连接。
3.根据权利要求2所述的像素单元阵列电路，其特征在于，所述上拉钳位单元为NMOS管，所述NMOS管的漏极连接工作电压，所述NMOS管的源极与所述所述像素数据传输总线连接，所述NMOS管的栅极用于接收第三控制信号。
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