CN1140991C - 将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器 - Google Patents
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Abstract
一种主动像素感测器，具有第一、二电压源，区一是供在一重置晶体管开启时，对一光电元件充电，区二是对串接的源极随耦器晶体管、读出开关晶体管及偏压晶体管供电，源极随耦器晶体管的栅极连接于重置晶体管与光电二极管元件间的连接节点，偏压晶体管是为源极随耦器晶体管建立一个预定的偏压，以当该读出开关晶体管开启时，读出位在该读出开关晶体管及该偏压晶体管间的连接节点处的光电信号；其中，该第一电压源及第二电压源是为不同的电压源。
Description
技术领域
本发明是有关主动像素感测器的技术领域，尤指一种将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器。
背景技术
图4为单一像素传统金氧半互补式制程的主动影像感测器的架构图，其中的像素41(Pixel)是由一电源VCC所供电，而其操作方式是先驱动重置信号(RESET)以重置该像素41，在经过一段曝光时间后，驱动列信号(ROW)，以自像素输出端(Pixel Out)读出代表光电信号的电压值，以便将此第一次读出的电压值储存于一相关双重取样电路42(correlated-double-sampling；CDS)中。之后，再一次重置像素41，而将重置电压存入该相关双重取样电路42中。将两次读出电压值相减，可得到像素41照光所产生的电位差，藉此，可消除由于像素41的晶体管在制程上的不匹配造成临界电压差异的固定模式噪声(fixed pattern noise；FPN)。
前述传统金氧半互补式制程的主动影像感测器是使用单一电压源VCC，且接在晶片的最高电压，为了得到最大的曝光面积，通常在布局上使用同一条信号线，造成晶体管间的噪声互相干扰，而且晶体管的电压被限制在最高电压值。因此，此种设计会有以下两方面的噪声：
1.外部电压源上的随机噪声，此随机噪声的来源是由于电压产生器所产生的信号并非干净无噪声，加上受到电路上热噪声(thermal noise)的影响，使得供应到像素上的电压源有相当大的噪声。
2.晶体管导通或切换时所造成电压源压降及切换噪声。
以上两种噪声均随著时间点变动，因此即使在电路后端有CDS处理，依然不能消除这两种噪声。因此，前述习知的主动影像感测器实有予以改进的必要。
创作人爰因于此，本于积极创新的精神，亟思一种可以解决上述问题的“将重置晶体管与其他电路电压源分离的主动像素感测器”，几经研究实验终至完成此项新颖进步的创作。
发明内容
本发明的目的是在提供一种将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，可减少开关切换的噪声，并加大电压变化的弹性，使两电压源可以在不同的考量下各自调整其电压大小。
为达前述的目的，本发明一种将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，其特征在于，主要包括：第一电压源及第二电压源；一重置晶体管，是连接于该第一电压源：一光电元件，是连接于该重置晶体管，以当该重置晶体管开启时，由该第一电压源充电；以及串接的源极随耦器晶体管、读出开关晶体管及偏压晶体管，是由该第二电压源供电，该第二电压源是串接至源极随耦器晶体管，该源极随耦器晶体管的栅极连接于重置晶体管与光电二极管元件间的连接节点，该偏压晶体管是为该源极随耦器晶体管建立一个预定的偏压，以当该读出开关晶体管开启时，读出位在该读出开关晶体管及该偏压晶体管间的连接节点处的光电信号；其中，该第一电压源及第二电压源是为不同的电压源。
由于本发明构造新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请专利。
附图说明
为使贵审查委员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，兹附以图式及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1是显示本发明的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器的电路图。
图2是显示本发明的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器的一较佳布局图。
图3是显示本发明的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器的另一较佳布局图。
图4是为单一像素传统金氧半互补式制程的主动影像感测器的架构图。
具体实施方式
有关本发明的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器的一较佳实施例，请先参照图1所示的电路图，其包含两个不同的电压源VRT1及VRT2、一个例如为光电二极管PD的光电元件，一个重置晶体管M1，一个源极随耦器晶体管M2、一个读出开关晶体管M3及一个偏压晶体管M4，前述的晶体管为金氧半导体(MOS)晶体管。该主动像素感测器的像素输出端12(Pixel Out)是连接至一相关双重取样电路11，该相关双重取样电路11是由晶体管M5及M6、电容CR及CS、及相减电路CIR所组成，其中，晶体管M5及M6是各自连接电容CR及CS，以分别控制对电容CR及CS的充电，而电容CR及CS则分别连接至由差分放大器所构成的相减电路C1R的两输入端。
前述电压源VRT1是经由重置晶体管M1的控制，以在重置晶体管M1开启时，对连接于重置晶体管M1的光电二极管PD进行充电。
前述电压源VRT2是供应串接的晶体管M2、M3及M4所需的电压，该源极随耦器晶体管M2的栅极连接于重置晶体管M1与光电二极管PD间的连接节点(netl)，该读出开关晶体管M3是由栅极的列信号(ROW)控制为开启或关闭，该偏压晶体管M4的间极电压VLN是维持在固定电压值，以当读出开关晶体管M3打开时，可为源极随耦器晶体管M2建立一个适当的偏压。
以前述的电路在操作时，是先驱动重置信号(RESET)以将重置晶体管M1导通，而重置光电二极管PD上电压至节点(netl)电压Vcc后关闭晶体管M1。由于光电二极管PD照光后产生光电流造成节点(netl)电压下降，经过一段曝光时间后，在节点(netl)电压到达所能测得的最大光电压前打开读出开关晶体管M3，以读出光电信号。
而前述光电压经源极随耦器晶体管M2而由晶体管M3及M4间的输出端12输出至该相关双重取样电路11，此时晶体管M6开启，而将光电信号值存入电容CS中。然后，关闭读出开关晶体管M3，并再一次重置光电二极管PD电压至Vcc，导通晶体管M3及M5，将重置电压存入电容CR中。再将两次读出电压值经相减电路CIR相减，可得到光电二极管PD照光所产生的电位差，其中光电二极管PD所接的电压源VRT1与像素上其他电压源VRT2分开，而两者不必然是晶片中的最高电压源，且在操作过程中，可依实际的需要来改变VRT2电压而不影响光二极管PD上光电信号值，并可以藉分别变动VRT1及VRT2电压值以得到所需要的电路特性。
藉由前述本发明的感测器电路，由于其将光电二极管PD所使用的电压源VRT1与像素上其他电路所使用的电压源VRT2分开，因此可以单独处理光电二极管PD上所接的电压噪声，因为电压VRT1仅供应光电二极管PD的重置电压，故其上的开关切换噪声较小且易于处理，且像素上的读出电路及源极随耦器的电压变化不致直接影响光电二极管PD的重置电压，因此在光二电极管上可得到一较不受噪声干扰的信号。另外，将此两电压源VRT1及VRT2分开供应，可加大电压变化的弹性，使两电压源VRT1及VRT2可以在不同的考量下各自调整其电压大小。
前述电路的一种较佳布局图是如图2所示，其是使用两层叠置的金属线21及22来分别连接电压源VRT1及VRT2，以使用两个不同电压源的金属线分别供应光电二极管和其他电路所需电压，除可免除噪声的干扰外，亦可以节省一部份空间在像素布局图中。图3则显示第二种较佳的布局图，其是使用两层垂直摆放的金属线31及32来分别连接电压源VRT1与VRT2，可进一步减少因为金属线寄生电容造成互相干扰的现象。
综上所陈，本发明无论就目的、手段及功效，在在均显示其迥异于习知技术的特征，为主动像素感测器制作上的一大突破，恳请贵审查委员明察，早日赐准专利，以便嘉惠社会，实感德便。惟应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (5)
1.一种将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，其特征在于，主要包括：
第一电压源及第二电压源；
一重置晶体管，是连接于该第一电压源：
一光电元件，是连接于该重置晶体管，以当该重置晶体管开启时，由该第一电压源充电；以及
串接的源极随耦器晶体管、读出开关晶体管及偏压晶体管，是由该第二电压源供电，该第二电压源是串接至源极随耦器晶体管，该源极随耦器晶体管的栅极连接于重置晶体管与光电二极管元件间的连接节点，该偏压晶体管是为该源极随耦器晶体管建立一个预定的偏压，以当该读出开关晶体管开启时，读出位在该读出开关晶体管及该偏压晶体管间的连接节点处的光电信号；
其中，该第一电压源及第二电压源是为不同的电压源。
2.根据权利要求1所述的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，其特征在于，其中该第一及第二电压源是分别连接两层叠置的金属线来供应像素所需电压，以便免除噪声的干扰及节省像素布局空间。
3.根据权利要求1所述的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，其特征在于，其中该第一及第二电压源是分别连接两层垂直摆放的金属线来供应像素所需电压，以便减少金属线寄生电容所造成的互相干扰。
4.根据权利要求1所述的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，其特征在于，其中该第一及第二电压源是可在主动像素感测器操作时予以调整改变。
5.根据权利要求4所述的将重置晶体管电压源与其他电路电压源分离的主动像素感测器，其特征在于，其像素输出端是连接至一相关双重取样电路。
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