CN116320796A - 图像传感器像素单元、信号处理电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种图像传感器像素单元、信号处理电路和电子设备，其中，图像传感器像素单元包括：光电二极管、复位控制电路和辅助电路；所述光电二极管，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据所述复位控制电路的控制执行复位操作；所述复位控制电路，用于根据时序信号控制所述光电二极管执行复位操作；所述辅助电路，用于根据所述光电二极管的电势变化，输出目标信号。本公开实施例通过复位控制电路控制光电二极管的复位，可以有效延长光电二极管的复位时长，解决现有技术的脉冲序列式图像传感器图像帧速率与像素复位时间相矛盾的问题，优化了图像传感器指标。

Description

图像传感器像素单元、信号处理电路和电子设备

技术领域

本公开涉及图像传感器技术领域，尤其是一种图像传感器像素单元、信号处理电路和电子设备。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用在数码相机、移动手机、医疗、汽车、无人机和机器识别等领域，特别是制造互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。CMOS图像传感器依据信号采集方式，可分为两种类别：一种方式是，对像素设定曝光时长进而测量电压信号变化量的方式；第二种方式是，对像素设定电压变化量进而测量曝光时长的方式，此种图像传感器称为脉冲序列式图像传感器。

发明内容

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种图像传感器像素单元，包括：光电二极管、复位控制电路和辅助电路；

所述光电二极管，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据所述复位控制电路的控制执行复位操作；

所述复位控制电路，用于根据时序信号控制所述光电二极管执行复位操作；

所述辅助电路，用于根据所述光电二极管的电势变化，输出目标信号。

可选地，所述复位控制电路包括复位晶体管和至少一个辅助晶体管；

所述复位晶体管的源极与所述光电二极管连接，漏极与供电电源连接，栅极与至少一个辅助晶体管连接，用于根据所述至少一个辅助晶体管的导通或断开，控制所述光电二极管执行复位操作。

可选地，所述至少一个辅助晶体管包括第一辅助晶体管和第二辅助晶体管；

所述第一辅助晶体管的源极与列处理器连接，漏极与所述复位晶体管的栅极连接，栅极连接第一时序信号，根据所述第一时序信号连通或断开所述复位晶体管的栅极与所述列处理器之间的连接；

所述第二辅助晶体管的源极接地，漏极与所述复位晶体管的栅极连接，栅极连接第二时序信号，根据所述第二时序信号连通或断开所述复位晶体管的栅极与地之间的连接。

可选地，所述辅助电路包括源跟随晶体管和像素选择晶体管；

所述源跟随晶体管的栅极与所述光电二极管连接，源极与所述像素选择晶体管连接，漏极与供电电源连接；用于探测并跟随所述光电二极管的电势变化，确定目标信号；

所述像素选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极连接，源极为图像传感器像素单元的信号输出端，栅极与外部控制信号连接，并根据所述外部控制信号的控制确定是否输出所述目标信号。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种信号处理电路，包括：由m行

列的图像传感器像素单元组成的像素阵列，以及n个列处理器；其中，每个所述列处理器对应一列中的m个所述图像传感器像素单元；所述m为大于等于2的整数，所述n为大于等于1的整数；

所述像素阵列，用于根据外部控制信号的控制使每行所述图像传感器像素单元逐行进行像素信号的量化，输出n个目标信号并分别发送到n个所述列处理器；

每个所述列处理器，分别用于接收所述目标信号，根据所述目标信号输出所述图像传感器像素单元对应的编码数据，并根据所述目标信号向所述列处理器对应的m个所述图像传感器像素单元中的至少一个所述图像传感器像素单元反馈是否执行复位操作的触发信号。

可选地，所述像素阵列中的每一列中包括的m个图像传感器像素单元构成多个像素组，每个像素组中包括连续的k个图像传感器像素单元，每个列处理器中包括k+1个D触发器，每个所述像素组中的相同位置的所述图像传感器像素单元对应所述列处理器中的一个所述D触发器。

可选地，每个所述列处理器中还包括比较器；

所述比较器，用于接收所述像素组中图像传感器像素单元输出的目标信号，将所述目标信号与预设阈值信号进行比较，基于比较结果信号控制触发所述D触发器的信号输出。

可选地，所述列处理器中的k+1个D触发器包括k个第一D触发器和1个第二D触发器；

所述第一D触发器接收所述比较器输出的比较结果信号，并根据脉冲时钟信号依次触发所述k个第一D触发器中的每个所述第一D触发器输出所述比较结果信号；将所述比较结果信号发送到所述图像传感器像素单元中的第一辅助晶体管，所述第一辅助晶体管结合第一时序信号控制所述图像传感器像素单元中的光电二极管是否执行复位；

所述第二D触发器根据所述比较器输出的比较结果信号，输出所述图像传感器像素单元对应的编码数据。

可选地，所述像素组中每个所述图像传感器像素单元在输出所述目标信号后，根据所述列处理器反馈的比较结果信号和所述第一时序信号控制所述图像传感器像素单元中的光电二极管执行复位操作，并根据所述第一时序信号的控制结束所述图像传感器像素单元中的光电二极管的复位操作。

可选地，所述比较结果信号为第一电压信号或第二电压信号；

响应于所述第一时序信号为高电平，所述图像传感器像素单元中的第一辅助晶体管导通，当所述比较结果信号为第一电压信号，所述第一辅助晶体管将所述第一电压信号发送到所述复位晶体管，通过所述复位晶体管控制所述光电二极管开始执行复位；响应于所述第一时序信号降为低电平，控制结束所述图像传感器像素单元中的光电二极管的复位操作。

根据本公开实施例的又一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，还包括上述任一实施例所述的图像传感器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以控制所述图像传感器。

可选地，所述电子设备被纳入以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备。

基于本公开上述实施例提供的图像传感器像素单元、信号处理电路和电子设备，包括：光电二极管、复位控制电路和辅助电路；所述光电二极管，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据所述复位控制电路的控制执行复位操作；所述复位控制电路，用于根据时序信号控制所述光电二极管执行复位操作；所述辅助电路，用于根据所述光电二极管的电势变化，输出目标信号；通过复位控制电路控制光电二极管的复位，可以有效延长光电二极管的复位时长，解决现有技术的脉冲序列式图像传感器图像帧速率与像素复位时间相矛盾的问题，优化了图像传感器指标。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同描述一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是本公开一实施例中图像传感器中像素单元的电路示意图；

图2是图1所示电路中器件组100的竖截面示意图；

图3是本公开一示例性实施例提供的图像传感器像素单元的电路结构示意图；

图4是本公开另一示例性实施例提供的图像传感器像素单元的电路结构示意图；

图5是本公开一示例性实施例提供的图像传感器像素单元的器件连线方式及器件节点示意图；

图6是本公开一示例性实施例提供的多个图像传感器像素单元呈阵列排布的结构示意图；

图7是本公开一示例性实施例提供的信号处理电路的电路结构示意图；

图8是本公开一示例性实施例提供的图像传感器中列处理器的电路结构示意图；

图9是图8所示的列处理器电路的简化框架图；

图10是图7公开的信号处理电路中涉及的多种信号的时序图；

图11图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。

应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本公开中所指数据可以包括文本、图像、视频等非结构化数据，也可以是结构化数据。

还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请一实施例中，脉冲序列式图像传感器的光信号采集，采用三晶体管结构，采集电路示意图如图1所示。PD0为光电二极管，RX0为复位晶体管，SF0为源跟随晶体管，SX0为像素选择晶体管。图1所示，Vdd为电源端，Vpix0为像素信号输出端，外接信号处理电路进行信号处理；GND为器件衬底电势0V； 其中100标记PD0和RX0器件组。

脉冲序列式图像传感器像素采集光电信号前，需要对PD0进行复位操作，即打开晶体管RX0，将PD0中的电荷传输至Vdd端。图1所示器件组100的竖截面示意图如图2所示。图2中，Epi为半导体器件的外延层，PW区为P型离子阱区，P+区为Pin层，N区为PD0的电荷转换和收集区，SD为RX0的漏极端并接Vdd。图2所示器件组，处于复位操作中，RX0管的栅极端置为高电位Vdd处于开启状态；因为N区为所述光电二极管PD0的光电转换区，因此面积较大，例如像素尺寸为10um×10um时，在N区距离RX0管远端的电荷传输至RX0管沟道区，电荷的路程可能会超过10um，电荷如此长的传输路程会花费足够的时间才能完成，例如0.3us或0.5us或更长时间。

脉冲序列式图像传感器特点是采集图像信号时间短，图像帧速率高，例如10000FPS或40000FPS或更高。在高帧速率工作状态下，像素的复位操作时间长度受到了限制；例如分辨率为640×512的VGA产品，每列像素一组量化处理器电路，在10000FPS帧速率要求下，每个像素的信号量化时间和像素复位时间长度之和不能超过0.19us，因此在如此短的时间内，像素不能完成复位操作，引起图像传感器不能正确采集图像信号；图像传感器分辨率越高、帧速率越高此问题更为凸显。随着脉冲序列式图像传感器技术的发展，对产品的分辨率和帧速率有了更高的要求，迫切需要新的技术来解决高分辨率、高帧速率与像素复位操作时长需求的矛盾。

图3是本公开一示例性实施例提供的图像传感器像素单元的电路结构示意图。如图3所示，本实施例提供的图像传感器像素单元包括：光电二极管310、复位控制电路320和辅助电路330。

光电二极管310，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据复位控制电路320的控制执行复位操作。

光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电压或电流。

复位控制电路320，用于根据时序信号控制光电二极管310执行复位操作。

本实施例中，复位控制电路320中可至少包括一个复位晶体管，通过复位晶体管的导通或断开控制光电二极管310是否复位，也可以通过其他电路结构实现控制光电二极管310的复位操作；另外，通过时序信号来控制复位控制电路320可以有效控制光电二极管310的复位时长，例如，时序信号高电平时，控制光电二极管310持续复位，实现延长光电二极管310的复位时长，解决了图像帧速率与像素复位时间相矛盾的问题。

辅助电路330，用于根据光电二极管310的电势变化，输出目标信号。

可选地，目标信号可以包括如下信号中的至少一种：脉冲信号、电势信号和具有限位的数值等。

基于本公开上述实施例提供的图像传感器像素单元，包括：光电二极管、复位控制电路和辅助电路；所述光电二极管，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据所述复位控制电路的控制执行复位操作；所述复位控制电路，用于根据时序信号控制所述光电二极管执行复位操作；所述辅助电路，用于根据所述光电二极管的电势变化，输出目标信号；通过复位控制电路控制光电二极管的复位，可以有效延长光电二极管的复位时长，解决现有技术的脉冲序列式图像传感器图像帧速率与像素复位时间相矛盾的问题，优化了图像传感器指标。

在一些可选的实施例中，复位控制电路320包括复位晶体管321和至少一个辅助晶体管；

复位晶体管321的源极与光电二极管310连接，漏极与供电电源连接，栅极与至少一个辅助晶体管连接，用于根据至少一个辅助晶体管的导通或断开，控制光电二极管执行复位操作。

本实施例中，通过至少一个辅助晶体管的导通或断开来控制复位晶体管321的导通和断开，并且，由于复位晶体管321的源极与光电二极管310连接，漏极与供电电源连接；光电二极管310的一端与复位晶体管321的源极相连接，光电二极管310的另一端接地；在复位晶体管321根据至少一个辅助晶体管的控制导通时，光电二极管310执行复位操作，并且，通过辅助晶体管来控制复位晶体管321的复位时长，可有效延长光电二极管310的复位时长，使图像传感器像素单元能够完成复位操作，图像传感器像素单元对应的图像传感器可以正确采集图像信号。

图4是本公开另一示例性实施例提供的图像传感器像素单元的电路结构示意图。如图4所示，至少一个辅助晶体管包括第一辅助晶体管322和第二辅助晶体管323；

第一辅助晶体管322的源极与列处理器连接，漏极与复位晶体管321的栅极连接，栅极连接第一时序信号R_sel，根据第一时序信号R_sel连通或断开复位晶体管的栅极与列处理器之间的连接；

第二辅助晶体管323的源极接地，漏极与复位晶体管321的栅极连接，栅极连接第二时序信号，根据第二时序信号CLR连通或断开复位晶体管321的栅极与地之间的连接。

如图4所示，RD表示列处理器传输的信号，根据该信号RD的电平高低，可根据第一辅助晶体管322的导通将该信号RD传输到复位晶体管321的栅极，此时，当信号RD为高电平时，复位晶体管321导通，进而控制光电二极管310复位；而第一辅助晶体管322的导通由第一时序信号R_sel控制，当第一时序信号R_sel为高电平时，第一辅助晶体管322导通，另外，第一时序信号R_sel与第二时序信号CLR的时序相反，即，第一时序信号R_sel为高电平时，第二时序信号CLR为低电平，第一时序信号R_sel为低电平时，第二时序信号CLR为高电平；因此，第一辅助晶体管322和第二辅助晶体管323不会同时导通，当第二辅助晶体管323导通时，复位晶体管321的栅极接地，复位晶体管321断开，光电二极管310不执行复位操作。

如图4所示，在一些可选的实施例中，辅助电路330包括源跟随晶体管331和像素选择晶体管332；

源跟随晶体管331的栅极与光电二极管310连接，源极与像素选择晶体管332连接，漏极与供电电源连接；用于探测并跟随光电二极管310的电势变化，确定目标信号；

像素选择晶体管332的漏极与源跟随晶体管331的源极连接，源极为图像传感器像素单元的信号输出端，栅极与外部控制信号V_sel连接，并根据外部控制信号V_sel的控制确定是否输出目标信号。

本实施例中，源跟随晶体管331的栅极端与光电二极管310连接，并且跟随光电二极管310的电势变化，得到电势信号，像素选择晶体管332根据外部控制信号V_sel的控制选择是否输出目标信号，外部控制信号V_sel可以为外部时钟信号或外部脉冲信号等；基于外部时钟电路可以定时发送信号控制像素选择晶体管输出目标信号，目标信号可以是脉冲信号、电势信号和具有限位的数值等中的任意一种或多种信号。

图像传感器像素单元是图像传感器中的信号采集器件，该器件连线方式及器件节点示意图如图5所示。图5中，将图像传感器像素单元各元件省略只保留部分节点，第一时序信号R_sel走线位于顶部为水平方向走线，第二时序信号CLR走线位于底部为水平方向走线，外部控制信号V_sel走线位于第二时序信号CLR走线下方为水平方向走线，列处理器传输的信号RD走线位于左侧为竖直方向走线，目标信号Vpix走线位于右侧为竖直方向走线。

基于图5提供的器件节点示意图可将多个图像传感器像素单元呈阵列排布，例如，如图6所示，将三个图像传感器像素单元（以下简称像素）按列分布，在竖直方向上排列成为上、中、下像素结构。图6中，像素1的第一时序信号R_sel走线为R_sel1，第二时序信号CLR走线为CLR1，外部控制信号V_sel走线为V_sel1，列处理器传输的信号RD的走线为RD1；像素2的第一时序信号R_sel走线为R_sel2，第二时序信号CLR走线为CLR2，外部控制信号V_sel走线为V_sel2，列处理器传输的信号RD的走线为RD2；像素3的第一时序信号R_sel走线为R_sel3，第二时序信号CLR走线为CLR3，外部控制信号V_sel走线为V_sel3，列处理器传输的信号RD的走线为RD3；像素1、像素2、像素3的信号输出端接在一起，走线为Vpix。

图7是本公开一示例性实施例提供的信号处理电路的电路结构示意图。如图7所示，本实施例提供的图像传感器包括：由m行

列的图像传感器像素单元711组成的像素阵列710，以及n个列处理器720；其中，每个列处理器720对应一列中的m个图像传感器像素单元711；m为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数（在本实施例中，m为6，n为4）。

像素阵列710，用于根据外部控制信号V_sel的控制使每行图像传感器像素单元711逐行进行像素信号的量化，输出n个目标信号并分别发送到n个列处理器720。

每个列处理器720，分别用于接收目标信号，根据目标信号输出图像传感器像素单元710对应的编码数据，并根据目标信号向列处理器720对应的m个图像传感器像素单元711中的至少一个图像传感器像素单元711反馈是否执行复位操作的触发信号。

本实施例中，通过像素阵列的分布，使图像传感器像素单元的复位操作时间与列处理器的比较量化时间分离开，实现每个图像传感器像素单元的复位操作时间大于列处理器比较器比较量化和现有技术中的复位操作时间之和，可有效解决高帧速率、高分辨率的图像传感器工作时复位操作时间不够用的问题，优化了脉冲序列式图像传感器的工作指标。

在一些可选的实施例中，像素阵列710中的每一列中包括的m个图像传感器像素单元构成多个像素组，每个像素组中包括连续的k个图像传感器像素单元，每个列处理器中包括k+1个D触发器，每个像素组中的相同位置的图像传感器像素单元对应列处理器中的一个D触发器。

可选地，在一些可选示例中，像素组的结构可以如上述图6所示，包括3个列分布的图像传感器像素单元；在该示例中，对应的列处理器中包括4个D触发器，每个像素组中相同位置的图像传感器像素单元对应一个D触发器，例如，上述示例中，当存在两个像素组，那么两个像素组中的两个像素1都对应一个D触发器；另外，列处理器中除了对应像素组的k个D触发器，还包括一个用于输出编码数据的D触发器。

图8是本公开一示例性实施例提供的图像传感器中列处理器的电路结构示意图。如图8所示，每个列处理器720中还包括比较器721；

比较器721，用于接收像素组中图像传感器像素单元711输出的目标信号，将目标信号与预设阈值信号进行比较，基于比较结果信号控制触发D触发器的信号输出。

列处理器720中的k+1个D触发器包括k个第一D触发器722和1个第二D触发器723；

第一D触发器722接收比较器721输出的比较结果信号，并根据脉冲时钟信号依次触发k个第一D触发器722中的每个第一D触发器722输出比较结果信号；将比较结果信号发送到图像传感器像素单元711中的第一辅助晶体管，第一辅助晶体管结合第一时序信号控制图像传感器像素单元711中的光电二极管是否执行复位；

第二D触发器723根据比较器输出的比较结果信号，输出图像传感器像素单元711对应的编码数据。

本实施例中图8仅示出了一种包括4个D触发器的列处理器720，仅作为示例对本公开提供的列处理器720的结构进行解释，而不用于限制本公开提供的列处理器720的结构，即，列处理器720可以包括任意数量的D触发器（例如，3、4、5、6……等），并且，比较器的结构可以为任意结构，只要能够实现对两个信号的大小进行比较即可。以下以上述图8所示示例对列处理器720的电路结构进行解释，该示例中，列处理器720包括一个比较器721和4个D触发器。在该示例中，比较器为双端输入单端输出型，第一输入端INN接图像传感器像素单元711输出的目标信号Vpix，第二输入端INP接预设阈值信号Vref，需要说明的是：预设阈值信号Vref可以为预设阈值电压（具体电压值可根据实际应用场景进行设置），第一输入端INN也可以接预设阈值信号Vref，第二输入端INP也可以接图像传感器像素单元711输出的目标信号Vpix。比较器输出端OUT分别与4个D触发器的D端相接，第1个D触发器、第2个D触发器、第3个D触发器、第4个D触发器的时钟信号端CLK1、CLK2、CLK3、CLK4分别接脉冲时钟信号CK1、脉冲时钟信号CK2、脉冲时钟信号CK3、脉冲时钟信号CK4，第1个D触发器、第2个D触发器、第3个D触发器的输出端Q1、Q2、Q3分别与图6所示的RD1、RD2、RD3相连接，第4个D触发器的Q4端为列处理器720数据量化信号（具体输入可以为0伏电压信号或电源电压信号）输出端out。

另外，为了方便更清晰地阐述本公开的实现，可将图8所示的列处理器电路的简化框架图如图9所示，图9中仅示出了列处理器电路中的部分端口，更为简洁明了，并且，基于图9所述的列处理器更便于与图5所示的图像传感器像素单元共同构成图像传感器。

在一些可选的实施例中，像素组中每个图像传感器像素单元711在输出目标信号后，根据列处理器720反馈的比较结果信号和第一时序信号控制图像传感器像素单元711中的光电二极管执行复位操作，并根据第一时序信号的控制结束图像传感器像素单元711中的光电二极管的复位操作。

本实施例通过第一时序信号控制图像传感器像素单元中的光电二极管执行复位操作，将光电二极管的复位时间与列处理器中比较器的比较量化时间分离开，通过第一时序信号有效延长了光电二极管的复位操作时长，使图像传感器像素单元可以完成复位操作。

可选地，比较结果信号为第一电压信号或第二电压信号；

响应于第一时序信号为高电平，图像传感器像素单元中的第一辅助晶体管322导通，当比较结果信号为第一电压信号，第一辅助晶体管322将第一电压信号发送到复位晶体管，通过复位晶体管321控制光电二极管310开始执行复位；响应于第一时序信号降为低电平，控制结束图像传感器像素单元中的光电二极管310的复位操作。

可选地，当第一时序信号为高电平，并且比较结果信号为第一电压信号（例如，为电源电压），光电二极管执行复位，直到第一时序信号降为低电平。

以图6所示的像素组为单元，在水平和垂直的二维平面上排列成为二维像素阵列，像素阵列可标记为3k行、n列，其中k、n为自然数，例如，得到如图7所示的像素阵列（k为2，n为4）。其中每列图像传感器像素单元的底部或顶部设置有一个列处理器。图7所示，6行4列像素阵列，从上到下的行像素位置标记为第一行、第二行、第三行、…、第六行，从左到右的列像素位置标记为第一列、第二列、第三列、第四列，位置为x行y列的像素标记为像素xy，x=1、2、…、6，y=1、2、3、4。图7所示，每列图像传感器像素单元的底部分别设置有一个列处理器，第一列的列处理标记列处理器1，第二列的列处理标记列处理器2，第三列的列处理标记列处理器3，第四列的列处理标记列处理器4。所述第一行、第二行、…、第六行像素的第一时序信号R_sel走线分别标记为R_sel1、R_sel2、R_sel3、R_sel4、R_sel5、R_sel6，所述第一行、第二行、…、第六行像素的第二时序信号CLR走线分别标记为CLR1、CLR2、CLR3、CLR4、CLR5、CLR6，所述第一行、第二行、…、第六行像素的外部控制信号V_sel走线分别标记为V_sel1、V_sel2、V_sel3、V_sel4、V_sel5、V_sel6；第一列图像传感器像素单元的信号输出端Vpix走线与列处理器1的INN端连接，第二列图像传感器像素单元的信号输出端Vpix走线与列处理器2的INN端连接，第三列图像传感器像素单元的信号输出端Vpix走线与列处理器3的INN端连接；第一行、第四行像素的RD分别与所在列的列处理器的Q1端连接，第二行、第五行像素的RD分别与所在列的列处理器的Q2端连接，第三行、第六行像素的RD分别与所在列的列处理器的Q3端连接；列处理器1、2、3、4的输出端Q4分别标记为out1、out2、out3、out4。

为了更清晰地阐述本公开，下面将结合图10所示的时序图进一步说明。图10示出了图7所示像素阵列中的外部控制信号V_selm、第一时序信号R_selm、第二时序信号CLRm的时序，其中m=1、2、3、…、6（分别对应图7所示实施例中的6行图像传感器像素单元）；还示出了脉冲时钟信号CK1、脉冲时钟信号CK2、脉冲时钟信号CK3、脉冲时钟信号CK4的时序，以及out1、out2、out3、out4的时序翻转表征CK4脉冲作用到所述列处理器所输出的数据流。图10所示，为两帧数据量化操作，下面详细阐述时序过程。

本公开实施例提供的一种脉冲序列式图像传感器中的时序方法如下，如图10所示，在同一行图像传感器像素单元的工作时序保持同步，所有行图像传感器像素单元的时序以滚动方式轮流进行，首先对第一行像素信号进行量化，然后对第二行像素信号进行量化，…，然后对第六行像素信号进行量化，周而复始，然后对第一行像素信号进行量化，…。下面以像素阵列中的第一行像素时序方法加以说明。

首先，开启第一行图像传感器像素单元的像素选择晶体管，给予外部控制信号V_sel1高电平脉冲，并在外部控制信号V_sel1高电平脉冲结束前，关闭第一行各图像传感器像素单元的每个图像传感器像素单元中的第二辅助晶体管，即将第二时序信号CLR1从高电平置为低电平。

下一步，给予脉冲时钟信号CK1高电平脉冲信号，列比较器1、列比较器2、列比较器3、列比较器4分别将所对应的像素输出电压信号与预设参考电压Vref进行判断比较，并分别输出比较结果信号；比较结果信号的确定方法为：当目标信号Vpix大于预设阈值信号Vref时的比较结果信号为GND（即，0V），当目标信号Vpix小于预设阈值信号Vref时的比较结果信号为电源电压Vdd。D触发器1、D触发器2、D触发器3、D触发器4分别在各自D端接收到比较器的比较结果信号，但仅D触发器1、D触发器4接收到触发脉冲CK1、CK4。D触发器1、D触发器4的输出电压分别传输到第一行像素的RD端和outn端（n=1、2、3、4）。

下一步，开启第一行各图像传感器像素单元第一辅助晶体管，即将第一时序信号R_sel1从低电平置为高电平，根据D触发器1的输出电压值0V或Vdd，对相对应的像素光电二极管进行复位操作或不进行复位操作。

下一步，给与第一行各图像传感器像素单元对应的列处理器电路中的第四组D触发器所输出的电压值进行编码输出，输出电压值Vdd时编码为1，输出电压值0V时编码为0，第一列、第二列、第三列、第四列像素的编码值分别由out1、out2、out3、out4端进行编码bit数据输出。

下一步，对第二行图像传感器像素单元输出的像素信号进行列处理器电路处理，各列处理器电路中，分别对D触发器2和D触发器4进行触发操作，因此第一时序信号R_sel1在第二行像素信号进行处理过程中可保持为高电平，即第一行像素可在此期间根据上述D触发器1输出电压Vdd或0V分别对像素保持复位状态或不复位状态操作。

下一步，对第三行图像传感器像素单元输出的像素信号进行列处理器电路处理，各列处理器电路中，分别对D触发器3和D触发器4进行触发操作，因此第一时序信号R_sel1在第三行像素信号进行处理过程中可保持为高电平，即第一行图像传感器像素单元可在此期间根据上上述D触发器1输出电压Vdd或0V分别对图像传感器像素单元保持复位状态或不复位状态操作；第一时序信号R_sel2在第三行像素信号进行处理过程中可保持为高电平，即第二行图像传感器像素单元可在此期间根据上上述D触发器2输出电压Vdd或0V分别对像素保持复位状态或不复位状态操作。

下一步，将第一时序信号R_sel1从高电平置为低电平，随后将第二时序信号CLR1从低电平置为高电平，即将第一行图像传感器像素单元中各图像传感器像素单元的复位晶体管的栅极置为低电平。第一行图像传感器像素单元中各图像传感器像素单元的光电二极管的复位操作结束。由此可见，第一行图像传感器像素单元的复位操作时间延长到了第三行像素信号列处理器电路处理操作过程中。

下一步，对第四行图像传感器像素单元输出的像素信号进行列处理器电路处理，在信号处理过程末，将第一时序信号R_sel2从高电平置为低电平，即将第二行图像传感器像素单元中各图像传感器像素单元的复位晶体管的栅极置为低电平。第二行图像传感器像素单元中各图像传感器像素单元的光电二极管的复位操作结束。由此可见，第二行像素的复位操作时间延长到了第四行像素信号列处理器电路处理操作过程中。

下一步，以此类推……。

需要说明的是，上述实施例为本公开的一个可选实施方案，包括但不限于像素组仅含有三个像素，也可以是两个像素、四个像素或其它数量；列处理器中，包括但不限于含有四组D触发器，也可以是三组、五组或其它组D触发器。

本公开实施例还提供一种电子设备，包括：处理器，以及与处理器通信连接的存储器，还包括上述任一实施例提供的信号处理电路；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以控制所述信号处理电路。

本公开提供的电子设备可被纳入为以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备等。

本公开提供的电子设备可被应用于以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备等。

下面，参考图11来描述根据本公开实施例的电子设备。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。

图11图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。

如图11所示，电子设备包括一个或多个处理器和存储器。

处理器可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。

存储器可以存储一个或多个计算机程序产品，所述存储器可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序产品，处理器可以运行所述计算机程序产品，以实现上文所述的本公开的各个实施例的信号处理电路以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子装置还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。

此外，该输入装置还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出装置等等。

当然，为了简化，图11中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述部分中描述的根据本公开各种实施例的信号处理电路。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述部分中描述的根据本公开各种实施例的信号处理电路。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (12)

1.一种图像传感器像素单元，其特征在于，包括：光电二极管、复位控制电路和辅助电路；

所述光电二极管，用于在曝光时长内接收光信号以产生光电电荷，并根据所述复位控制电路的控制执行复位操作；

所述复位控制电路，用于根据时序信号控制所述光电二极管执行复位操作；

所述辅助电路，用于根据所述光电二极管的电势变化，输出目标信号。

2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述复位控制电路包括复位晶体管和至少一个辅助晶体管；

所述复位晶体管的源极与所述光电二极管连接，漏极与供电电源连接，栅极与至少一个辅助晶体管连接，用于根据所述至少一个辅助晶体管的导通或断开，控制所述光电二极管执行复位操作。

3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，所述至少一个辅助晶体管包括第一辅助晶体管和第二辅助晶体管；

所述第一辅助晶体管的源极与列处理器连接，漏极与所述复位晶体管的栅极连接，栅极连接第一时序信号，根据所述第一时序信号连通或断开所述复位晶体管的栅极与所述列处理器之间的连接；

所述第二辅助晶体管的源极接地，漏极与所述复位晶体管的栅极连接，栅极连接第二时序信号，根据所述第二时序信号连通或断开所述复位晶体管的栅极与地之间的连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的像素单元，其特征在于，所述辅助电路包括源跟随晶体管和像素选择晶体管；

所述源跟随晶体管的栅极与所述光电二极管连接，源极与所述像素选择晶体管连接，漏极与供电电源连接；用于探测并跟随所述光电二极管的电势变化，确定目标信号；

所述像素选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极连接，源极为图像传感器像素单元的信号输出端，栅极与外部控制信号连接，并根据所述外部控制信号的控制确定是否输出所述目标信号。

5.一种信号处理电路，其特征在于，包括：由m行

列的图像传感器像素单元组成的像素阵列，以及n个列处理器；其中，每个所述列处理器对应一列中的m个所述图像传感器像素单元；所述m为大于等于2的整数，所述n为大于等于1的整数；

所述像素阵列，用于根据外部控制信号的控制使每行所述图像传感器像素单元逐行进行像素信号的量化，输出n个目标信号并分别发送到n个所述列处理器；

每个所述列处理器，分别用于接收所述目标信号，根据所述目标信号输出所述图像传感器像素单元对应的编码数据，并根据所述目标信号向所述列处理器对应的m个所述图像传感器像素单元中的至少一个所述图像传感器像素单元反馈是否执行复位操作的触发信号。

6.根据权利要求5所述的信号处理电路，其特征在于，所述像素阵列中的每一列中包括的m个图像传感器像素单元构成多个像素组，每个像素组中包括连续的k个图像传感器像素单元，每个列处理器中包括k+1个D触发器，每个所述像素组中的相同位置的所述图像传感器像素单元对应所述列处理器中的一个所述D触发器。

7.根据权利要求6所述的信号处理电路，其特征在于，每个所述列处理器中还包括比较器；

所述比较器，用于接收所述像素组中图像传感器像素单元输出的目标信号，将所述目标信号与预设阈值信号进行比较，基于比较结果信号控制触发所述D触发器的信号输出。

8.根据权利要求7所述的信号处理电路，其特征在于，所述列处理器中的k+1个D触发器包括k个第一D触发器和1个第二D触发器；

所述第一D触发器接收所述比较器输出的比较结果信号，并根据脉冲时钟信号依次触发所述k个第一D触发器中的每个所述第一D触发器输出所述比较结果信号；将所述比较结果信号发送到所述图像传感器像素单元中的第一辅助晶体管，所述第一辅助晶体管结合第一时序信号控制所述图像传感器像素单元中的光电二极管是否执行复位；

所述第二D触发器根据所述比较器输出的比较结果信号，输出所述图像传感器像素单元对应的编码数据。

9.根据权利要求8所述的信号处理电路，其特征在于，所述像素组中每个所述图像传感器像素单元在输出所述目标信号后，根据所述列处理器反馈的比较结果信号和所述第一时序信号控制所述图像传感器像素单元中的光电二极管执行复位操作，并根据所述第一时序信号的控制结束所述图像传感器像素单元中的光电二极管的复位操作。

10.据权利要求9所述的信号处理电路，其特征在于，所述比较结果信号为第一电压信号或第二电压信号；

响应于所述第一时序信号为高电平，所述图像传感器像素单元中的第一辅助晶体管导通，当所述比较结果信号为第一电压信号，所述第一辅助晶体管将所述第一电压信号发送到复位晶体管，通过所述复位晶体管控制所述光电二极管开始执行复位；响应于所述第一时序信号降为低电平，控制结束所述图像传感器像素单元中的光电二极管的复位操作。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，还包括权利要求5-10任一所述的信号处理电路；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以控制所述信号处理电路。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备被纳入为以下任意一项：脉冲相机、高速相机、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐单元、智能手机、通信设备、机动交通工具中的设备、摄像头、运动或可穿戴式相机、检测设备、飞行设备、医疗设备、安防设备。

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