CN116896692A - 一种支持全局快门的5t像素电路、控制方法及图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够支持全局快门的5T像素电路，包括N个串联的像素单元、运算放大器以及电流源；像素单元包括光电二极管D1、复位管MN1、传输管MN2、源跟随管MN3、行选择管MN4、溢流管MN5和开关管MN7，以及反馈电容C1。通过调整电路的负反馈系数，使得像素电路工作在两种模式下，进而消除了5T像素电路的KTC噪声。本发明还通过控制全局快门的长短曝光和信号读出方式，实现拍摄中无运动伪影，适用于高速运动物体的拍摄。

Description

一种支持全局快门的5T像素电路、控制方法及图像传感器

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，具体涉及一种支持全局快门的5T像素电路、控制方法及图像传感器。

背景技术

随着机器视觉、汽车碰撞检测、高速扫描等运动捕获领域的兴起，相较于CCD在分辨率、功耗、速度、性价比、动态范围上更有优势的CMOS工艺的图像传感器市场逐步增大。高灵敏度、高动态范围的图像传感器在科学研究、军事装备、体育赛事报道等领域扮演着十分重要的角色，可以获得更多高速运动的细节信息，因此提高灵敏度和动态范围是图像传感器性能提升的一个重要方向。

3T-APS是最简单也是最基本的有源像素传感器，由三个晶体管和一个光电二极管构成，其中晶体管包括重置开关晶体管、源极跟随器和选择开关晶体管。为了提高图像质量，采用多晶体管结构扩大像素尺寸，例如4T-APS、5T-APS、6T-APS等是合理的。现有的5T-APS像素结构，在3T-APS像素的基础上增加了一个传输门TX、一个MOSFET晶体管、一个悬浮的N型扩散区（Floating Diffusion，FD），采用浮空扩散节点FD作为光生信号电荷储存节点。该结构在全局快门模式下由于FD为光生电荷唯一的储存节点，受到复位噪声（即KTC噪声）的影响，导致其应用受到限制。目前已知的消除复位噪声的方法是，采用斜坡生成电路、噪声检测和计算电路，通过降低FD节点电压的变化率，达到噪声减小的目的，但存在电路复杂、降噪精度不高的缺陷。

另一方面，为了实现在高速运动场景下图像传感器的动态范围的提升，常采用的是DCG（Dual Conversion gain）技术或DOL（Digital Overlap）技术，但二者都存在一定缺陷。现有的DCG技术只提升了暗区的感知能力，而对于机器视觉更关注的亮区的感知能力则没有任何提升。而对DOL技术而言，虽然能够同时提升亮区和暗区的感知能力，但由于长曝光与短曝光相隔一帧的时间，运动伪影现象严重。

因此，需要提供一种能够适应高速运动场景的无运动伪影的图像传感器。

发明内容

解决的技术问题

本发明所要解决的是在全局快门模式下，图像传感器捕获高速运动物体时存在运动伪影的问题，同时还需要解决5T像素结构在该模式下KTC噪声较大的问题。

技术方案

第一方面，本发明提供了一种支持全局快门的5T像素电路，包括N个串联的像素单元、运算放大器和电流源。

该5T像素电路的工作原理是：同一列像素单元共享一个运算放大器，通过开关控制形成不同的反馈环路，使得运算放大器工作在两种不同的控制模式下，以负反馈方式自动消除KTC噪声。

第一工作模式下，像素电路包括，光电二极管D1、溢流管MN5、传输管MN2、DCG控制管MN6、复位管MN1、源跟随管MN3、行选择管MN4、运算放大器，和控制开关S1、S2、S4，以及电流源IBIAS。

第二工作模式下，像素电路包括，光电二极管D1、溢流管MN5、传输管MN2、反馈电容C1、开关管MN7、DCG控制管MN6、电容C0、源跟随管MN3、行选择管MN4、运算放大器、电流源IBIAS，以及控制开关S1、S2、S3。

第二方面，本发明还提供了上述5T像素电路的控制方法，该方法包括：

T0～T1期间，信号SX置为高电平，读出光信号；

T1～T2期间，信号RX置为高电平，复位管MN1导通，控制开关S1、S2、S4导通，处于第一工作模式，运算放大器的同相输入端接入信号V_REF1，反相输入端接入列输出总线上的电压信号V_OUT，输出端接FBOUT，此时阈值电压偏差ΔV_TH储存到每一个对应的FD节点扩散电容C_FD上；

T2～T3期间，信号RX由高电平切换为低电平时，复位管MN1关断，产生KTC噪声；

T3～T4期间，断开开关S4、导通开关S3，处于第二工作模式，运算放大器的同相输入端接入信号V_REF2，反相输入端接入信号V_OUT，运算放大器的输出端接经开关S1接入开关管MN7，反馈电容C1耦合到浮动扩散节点FD上，通过调整反馈电容C1与FD节点扩散电容C_FD的电容比值，就能够降低KTC噪声；

T4～T5期间，消除暗电流噪声I_DARK，得到V_SIG的信号量。

第三方面，本发明还提供了一种支持高速运动物体拍摄的图像传感器，包括所述的5T像素电路、垂直扫描电路、时序电路、列通道电路、锁相环、模数转换器、控制器。

第四方面，本发明提供了所述图像传感器长短曝光和信号读出控制方法，包括：

S1、对全行光电二极管进行复位操作，全行复位管控制信号RX置为高电平，全行传输管控制信号TX置为高电平，全行DCG管的控制信号DCG为高电平，全行溢流管控制信号OFG为高电平，开关S0导通，开关S2断开；

S2、T0～T1期间，全行光电二极管同时进行短曝光，曝光完成前进行全局复位操作；

S3、T1～T2期间，短曝光完成后进行全局转送，传输管MN2打开，DCG控制管MN6打开，将光生电子向电容C0和浮动扩散区FD中转移，转送完成后，关闭传输管MN2和DCG控制管MN6，使电子保持在电容C0和浮动扩散区FD中，将全局短曝光信号储存；

S4、T2～T3期间，先打开复位管MN1，进行复位操作，将FD上存储的电子清除，然后进行KTC噪声消除，全行光电二极管同时进行长曝光；

S5、T3～T4期间，长曝光完成后进行全局转送，打开传输管MN2，将全局长曝光信号转移至浮动扩散去FD中存储，转送完成后，打开溢流管MN5；

S6、T4～T5期间，进行行读出操作，打开行选择管MN4，读出存储在FD上的长曝光信号，待长曝光帧数据全部读出后，将DCG里储存的短曝光数据转送至浮动扩散区FD上，经T5～T6全局转送后，T6～T7期间打开DCG控制管MN6，读出储存到浮动扩散区FD上的短曝光信号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1、提供一种支持全局快门的5T像素电路，通过对每一个光电二极管的KTC噪声消除，提高了像素电路整体KTC噪声的降噪精度；

2、提供一种由本发明的5T像素电路组成的图像传感器，在全局快门模式下，通过长短曝光和信号读出方式的控制，实现了无运动伪影，适用于拍摄高速运动物体。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例提供的5T像素电路的结构示意图；

图2为实施例提供的第一工作模式下反馈电路的结构示意图；

图3为实施例提供的第二工作模式下反馈电路的结构示意图；

图4为实施例提供的5T像素电路的动作时序；

图5为本实施例提供的全局快门长短曝光和信号读出的控制时序的示意图；

图6 为本实施例提供的全局快门长短曝光和信号读出方式的示意图

图7为现有的全局快门曝光的DOL合成方法与实施例提供的全局快门曝光DOL合成方法的比较示意图；

图8为典型的运算放大器结构示意图；

图9为本发明另一种5T像素电路的结构示意图。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

采用全局快门曝光的DOL合成方式，能够实现图像传感器的高动态范围，而现有的合成方式在拍摄高速运动物体时，会存在运动伪影的现象。分析其原因是，由于没有用于存储光生信号的储存电容，只能前一帧曝光和信号读出以后，才能进行第二帧的曝光和信号读出，使得前后两帧的曝光和读出的时间间隔较长，如图7所示。

为了消除运动伪影，本发明对现有技术的改进在于，通过调整像素读出电路的动作模式，采用DCG（Dual Conversion gain）电容作为储存电容，用于储存第一帧的光生信号量，使得像素快速切换至下一帧进行曝光，将连续两帧之间的时间间隔缩短至微秒级，当短曝光和长曝光结束后才进行信号读出，实现了运动伪影的消除，如图7所示。

除此之外，为了提升画质质量常采用多晶体管的像素结构，4T-APS可以大幅提高光电信号的信噪比，5T和6T等多晶体管像素结构可以用于实现全局快门（Global Shutter）和防止图像开花（Blooming）。但是，在特定的像素尺寸下，这些增加的晶体管面积，会挤占光电二极管的面积，从而降低像素的填充系数，尤其在微小尺寸如2.2×2.2微米以下像素设计中，过低的填充系数将降低传感器的灵敏度和动态范围。与其他多晶体管的像素结构相比，5T-APS在全局快门应用中的填充系数相对较高，但是该结构在全局快门工作模式下，不能采用先读出KTC噪声后利用相关双采样（CDS）方法进行噪声消除，因此存在较大的KTC噪声，降噪精度不能满足需求。基于此，本发明提出了一种改进的支持全局快门的5T像素电路，通过接入不同的反馈环路，使得反馈环路中的放大器有两种工作模式，以负反馈方式对每个像素单元的KTC噪声单独进行消除，最终提高降噪的精度。

实施例

在下文中，将详细描述本发明的实施方式。

本发明提供的支持全局快门的5T像素电路包括N个串联的像素单元、运算放大器和电流源。

作为本发明的一个实施方式，图1示出了本发明支持全局快门的5T像素电路的结构，该像素电路具体包括：N行串联的像素单元、1个运算放大器和1个电流源。

N个串联的像素单元组成像素矩阵中的1列像素，且每个像素单元的结构完全相同。每个像素单元包含光电二极管D1、复位管MN1、传输管MN2、源跟随管MN3、行选择管MN4、溢流管MN5和开关管MN7，以及反馈电容C1。当需要提高动态范围时，像素单元还设置了DCG结构，该结构由DCG控制管MN6和电容C0组成。

光电二极管D1的负极同时接溢流管MN5的源极、传输管MN2的源极，溢流管MN5的漏极接源跟随管MN3的漏极，源跟随管MN3的源极接行选择管MN4的漏极，行选择管MN4的源极接输出信号线VOUT，传输管MN2的漏极接源跟随管MN3的栅极，传输管MN2的漏极与源跟随管MN4的栅极的公共端分别接DCG管MN6的漏极、反馈电容C1的下极板、复位管MN1的源极；DCG控制管MN6的源极接电容C0的上极板，电容C0的下极板接地；反馈电容C1的上极板接开关管MN7的源极，开关管MN7的漏极同时接复位管MN1的漏极、信号线FBOUT；

传输管MN2的栅极接入信号线TX，溢流管MN5的栅极接信号线OFG，复位管MN1的栅极接信号线RX，开关管MN7的栅极接信号线FBKCEN，行选择管MN4的栅极接信号线SX；

运算放大器的同相输入端经第四控制开关S3接入信号线VREF2，运算放大器的同相输入端还经第五控制开关S4接入信号线VREF1，运算放大器的反向输入端经第三控制开关S2接入信号线VOUT，信号线VOUT接入电流源IBIAS，运算放大器的输出端经第二控制开关S1与信号线FBOUT连接，信号线FBOUT经第一控制开关S0与信号线VREF0连接。

需要说明的是，本文中所有信号线名称与该信号线上接入的信号名称相同，例如信号线TX接入的是TX信号。此外，本文中所有N沟道型MOS管统一采用MN符号表示，所有P沟道型MOS管采用MP符号表示。

图2示出本发明的5T像素电路在第一工作模式时的反馈环路，如图所示，第一工作模式下的像素电路结构包括，光电二极管D1、溢流管MN5、传输管MN2、DCG控制管MN6、复位管MN1、源跟随管MN3、行选择管MN4、运算放大器，和控制开关S1、S2、S4，以及电流源IBIAS；

其中，运算放大器的同相输入端经开关S4接信号线VREF1，运算放大器的反相输入端经开关S2接信号线VOUT，运算放大器的输出端经开关S1接复位管MN1的漏极，复位管MN1的源极接源跟随管MN3的栅极，源跟随管MN3的漏极接溢流管MN5的漏极，源跟随管MN3的源极接行选择管MN4的漏极，行选择器MN4的源极接信号线VOUT；溢流管MN5的源极同时接光电二极管的负极、传输管MN2的源极，传输管MN2的漏极MN3的栅极与复位管MN1的源极的公共端，传输管MN2的漏极与源跟随管MN3的栅极的公共端接DCG控制管MN6的漏极，源极接电容C0的上极板，电容C0的下极板接地。

图3示出本发明的5T像素电路在第二工作模式时的反馈环路，如图所示，第二工作模式下的像素电路结构包括，光电二极管D1、溢流管MN5、传输管MN2、反馈电容C1、开关管MN7、DCG控制管MN6、电容C0、源跟随管MN3、行选择管MN4、运算放大器、电流源IBIAS，以及控制开关S1、S2、S3；

其中，运算放大器的同相输入端经开关S3接信号线VREF2，运算放大器的反相输入端经开关S2接信号线VOUT，运算放大器的输出端经开关S1接开关管MN7的漏极，开关管MN7的源极接反馈电容C1的上极板，反馈电容C1的下极板接传输管MN2的漏极与源跟随管MN3的栅极的公共端，且该公共端还连接DCG控制管MN6的漏极，DCG控制管MN6的源极接电容C0的上极板，电容C0的下极板接地；源跟随管MN3的漏极接溢流管MN5的漏极，源跟随管MN3的源极接行选择管MN4的漏极，行选择管MN4的源极接电流源IBIAS的一端，电流源IBIAS的另一端接地；溢流管MN5的源极接光电二极管D1的负极，光电二极管D1的正极接地；溢流管MN5的源极与光电二极管D1的负极的公共端接传输管MN2的源极。

图4示出本发明提供的5T像素电路的工作过程和控制时序，具体如下：

（1）T0～T1期间，信号SX置为高电平，读出光信号， FD节点的电压V_FD=V_REF2+V_GS±|ΔV_TH|-V_SIG+I_DARK，列输出总线上的电压V_OUT= V_REF2-V_SIG+I_DARK，其中，V_GS表示理想状态下的源跟随管MN3的栅源电压，当电流源为定值时，V_GS是固定值，ΔV_TH表示源跟随管MN3在制造时的阈值电压偏差，I_DARK表示暗电流噪声。在光信号转送至FD电容之前，进行全局复位操作和全局噪声消除操作(同（2）（3）（4）)，该期间的V_OUT不包含KTC噪声。

（2）T1～T2期间（第一工作模式），信号RX置为高电平，复位管MN1导通，控制开关S1、S2、S4导通，使得运算放大器的同相输入端接入信号V_REF1，反相输入端接入列输出总线上的电压信号V_OUT，输出端接FBOUT，由于阈值偏差的存在，导致不同像素的FD点电位不同，V_FD=V_REF1+V_GS±｜ΔV_TH｜，同时因为运算放大器的作用，V_OUT=V_REF1，因此该阶段将使阈值电压偏差ΔV_TH储存到每一个对应的FD节点扩散电容C_FD上。

（3）T2～T3期间，信号RX由高电平切换为低电平时，复位管MN1关断，产生KTC噪声；

（4）T3～T4期间（第二工作模式），断开开关S4、导通开关S3，运算放大器的同相输入端接入信号V_REF2，反相输入端接入信号V_OUT，运算放大器的输出端接经开关S1接入开关管MN7，反馈电容C1耦合到浮动扩散节点FD上；复位噪声通过源跟随管MN3输入到运算放大器的反相输入端，该信号经运算放大器放大后，再经反馈电容C1耦合至浮动扩散节点FD上，此时环路的增益约为1/β，其中，β=C1/（C1+C_FD）；

KTC噪声的计算：，其中，C_FD为FD节点的扩散电容，C1表示反馈电容的电容值，Av表示运算放大器的增益；由此可知，当C1/C_FD的比值越大时，KTC噪声值就越小；通过调整电容的比值就能够降低KTC噪声的影响，甚至达到消除的效果；当KTC噪声减小到可忽略的程度后，此时V_FD=V_REF2+V_GS±|ΔV_TH|+I_DARK，V_OUT=V_REF2；

（5）T4～T5期间，分别读出节点FD的电压V_FD和列输出总线上的电压V_OUT，V_FD=V_REF2+V_GS±|ΔV_TH|+I_DARK，通过源跟随器NM3读出V_OUT= V_REF2+I_DARK，最后两个期间的列输出总线上的电压值做差分（V_REF2-V_SIG+ I_DARK）-（V_REF2+ I_DARK）= -V_SIG，故可以消除I_DARK，得到V_SIG的信号量。

上述5T像素电路的动作过程可以看出，第一工作模式相当于第二工作模式的前置操作，其目的是消除源跟随管MN3的阈值电压偏差（即MOS管的实际值与设计值的偏差，是由MOS管的制造工艺所带来的），假如不消除该阈值电压偏差，将导致所需的运算放大器的动态范围很大，造成运算放大器和电源电压设计变得困难。具体来说，若复位操作后直接进入第二工作模式，因复位操作使所有像素的FD电位固定为V_REF0-V_nRST，其中V_nRST表示KTC噪声，FD电位通过源跟随管MN3传递到V_OUT为V_REF0 - V_nRST - V_GS±｜ΔV_TH｜，则运算放大器输入端的差模信号将变为V_REF2 – (V_REF0 - V_nRST - V_GS±｜ΔV_TH｜)，假设反馈系数1/β为10，V_REF2-V_REF0+V_GS=0，V_nRST=5mV，ΔV_TH=±150mv，则要求运算放大器的电压变化范围为±0.15×10=±1.5V以上，不能满足芯片低电源需求。因此，需在还未接入反馈电容C1之前，将源跟随管MN3的阈值电压偏差进行消除。

其消除的方法是：利用第一工作模式下环路增益约为1的特性，将V_OUT电位固定为V_REF1，FD电位固定为V_REF1+V_GS±｜ΔV_TH｜。此后若进行RST复位动作，将使FD电位变为V_REF1 -V_nRST +V_GS±｜ΔV_TH｜。在此状态下进入第二模式后，FD电位通过源跟随管MN3传递到V_OUT电位为V_REF1-V_nRST。此时运算放大器放大的差模信号为V_REF2-（V_REF1-V_nRST），使差模信号里不包括ΔV_TH，以达到消除的目的。此时运放的输出变化范围约为（V_REF2-（V_REF1-V_nRST））/β。可通过合理设置V_REF2，V_REF1的值使运算放大器的变化范围减小。

为了解决拍摄高速运动物体时的DOL合成有运动伪影的问题，本发明利用像素电路的DCG电容作为前一帧数据的储存电容，快速获取两帧的数据进行DOL合成。

图5示出本发明实现全局快门曝光下连续两帧数据采集的控制方法，包括：

S1、对全行光电二极管进行复位操作，全行复位管控制信号RX置为高电平，全行传输管控制信号TX置为高电平，全行DCG管的控制信号DCG为高电平，全行溢流管控制信号OFG为高电平，开关S0导通，开关S2断开；

S2、T0～T1期间，全行光电二极管同时进行短曝光，曝光完成前进行全局复位操作（复位操作中包含阈值偏差和KTC消除操作），

S3、T1～T2期间，曝光完成后进行全局转送，传输管MN2打开，DCG控制管MN6打开，将光生电子向电容C0和浮动扩散区FD中转移，转送完成后，关闭传输管MN2和DCG控制管MN6，使电子保持在电容C0和浮动扩散区FD中，将全局短曝光信号储存；

S4、T2～T3期间，先打开复位管MN1，进行复位操作（复位操作中包含阈值偏差和KTC消除操作），将FD上存储的电子清除，然后进行KTC噪声消除，全行光电二极管同时进行长曝光，

S5、T3～T4期间，曝光完成后进行全局转送，打开传输管MN2，将全局长曝光信号转移至FD上存储，转送完成后，打开溢流管MN5；

S6、T4～T5期间，进行行读出操作，将所得某行的长曝光信号读出（打开行选择管MN4，将存储在FD上的长曝光信号采用Signal-Rset方式读出），待长曝光帧数据全部读出后，将DCG里储存的短曝光数据转送至浮动扩散区FD节点上，经T5～T6全局转送后，T6～T7打开DCG控制管MN6，将储存在FD上的短曝光信号采用Signal-Rset方式读出。

对全局而言，长曝光信号和短曝光信号按照卷帘的方式读出，如图6所示，先读第0行长曝光信号，再读第0行短曝光信号，接着按照0-n的顺序，依次读出各行的长曝光信号和短曝光信号。采集连续两帧的数据，在前一帧与后一帧之间需要经过前一帧信号的蓄积和转送时间，但由于时间很短（微秒级）可以忽略不计，所以该像素电路能够适用于拍摄高速运动的场景，捕捉高速运动物体的清晰图像，进行DOL合成而无运动伪影。

需要说明的是，Signal-Rset为本领域技术人员公知的的信号读出方式，在此不做赘述。

本发明5T像素电路中所采用的运算放大器具有本领域公知的结构，具有信号放大功能的放大器均可以用于本发明的像素电路中，常见的单级放大器、两级放大器结构如图8所示。采用单级放大器能够缩短模拟数字转换的时间，减小功耗。采用两级放大器结构，能够提高增益，增加输出范围，在本发明中能有效减小KTC噪声。

还需要说明的是，本发明5T像素电路中，运算放大器不仅限于一个，也可以采用两个运算放大器，如图9的结构，与图1结构的区别在于，电压V_REF1和电压V_REF2分别接入运算放大器1和运算放大器2的同相输入端。运算放大器1作用为消除阈值偏差的影响，可使用单级放大器结构。运算放大器2作用为消除复位噪声，因此需要高增益结构，可使用两级放大器。图9为图1结构的同类变换方式，两种结构所实现的功能相同，性能上有差异。

以上所述实施例的各个技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持全局快门的5T像素电路，其特征在于，该电路包括：N个串联的像素单元、运算放大器以及电流源；

像素单元包括光电二极管D1、复位管MN1、传输管MN2、源跟随管MN3、行选择管MN4、溢流管MN5和开关管MN7，以及反馈电容C1；

光电二极管D1的负极同时接溢流管MN5的源极、传输管MN2的源极，溢流管MN5的漏极接源跟随管MN3的漏极，源跟随管MN3的源极接行选择管MN4的漏极，行选择管MN4的源极接输出信号线VOUT，传输管MN2的漏极接源跟随管MN3的栅极，传输管MN2的漏极与源跟随管MN4的栅极的公共端分别反馈电容C1的下极板、复位管MN1的源极；反馈电容C1的上极板接开关管MN7的源极，开关管MN7的漏极同时接复位管MN1的漏极、信号线FBOUT；

传输管MN2的栅极接入信号线TX，溢流管MN5的栅极接信号线OFG，复位管MN1的栅极接信号线RX，开关管MN7的栅极接信号线FBKCEN，行选择管MN4的栅极接信号线SX；

运算放大器的同相输入端经第四控制开关S3接入信号线VREF2，运算放大器的同相输入端还经第五控制开关S4接入信号线VREF1，运算放大器的反向输入端经第三控制开关S2接入信号线VOUT，信号线VOUT接入电流源IBIAS，运算放大器的输出端经第二控制开关S1与信号线FBOUT连接，信号线FBOUT经第一控制开关S0与信号线VREF0连接。

2.根据权利要求1所述的5T像素电路，其特征在于，该电路还包括DCG控制管MN6和电容C0，DCG控制管MN6的漏极接所述传输管MN2漏极与所述源跟随管MN3的栅极的公共端，DCG控制管MN6的源极接电容C0的上极板，电容C0的下极板接地，DCG控制管MN6的栅极接入DCG控制信号。

3.根据权利要求2所述的5T像素电路，其特征在于，第一工作模式下的像素电路结构包括，所述光电二极管D1、溢流管MN5、传输管MN2、DCG控制管MN6、复位管MN1、源跟随管MN3、行选择管MN4、运算放大器，和所述第二控制开关S1、第三控制开关S2、第五控制开关S4，以及所述电流源；

其中，所述运算放大器的同相输入端经所述第五控制开关S4接信号线VREF1，所述运算放大器的反相输入端经所述第三控制开关S2接信号线VOUT，所述运算放大器的输出端经所述第二控制开关S1接所述复位管MN1的漏极，所述复位管MN1的源极接所述源跟随管MN3的栅极，所述源跟随管MN3的漏极接所述溢流管MN5的漏极，所述源跟随管MN3的源极接所述行选择管MN4的漏极，所述行选择器MN4的源极接信号线VOUT；所述溢流管MN5的源极同时接所述光电二极管的负极、所述传输管MN2的源极，所述传输管MN2的漏极接MN3的栅极与复位管MN1的源极的公共端，传输管MN2的漏极与源跟随管MN3的栅极的公共端接DCG控制管MN6的漏极，源极接电容C0的上极板，电容C0的下极板接地。

4.根据权利要求2所述的5T像素电路，其特征在于，第二工作模式下的像素电路结构包括，其特征在于，该图像传感器包括：所述光电二极管D1、溢流管MN5、传输管MN2、反馈电容C1、开关管MN7、DCG控制管MN6、电容C0、源跟随管MN3、行选择管MN4、运算放大器、电流源，以及所述第二控制开关S1、第三控制开关S2、第四控制开关S3；

其中，所述运算放大器的同相输入端经所述第四控制开关S3接信号线VREF2，所述运算放大器的反相输入端经所述第三控制开关S2接信号线VOUT，所述运算放大器的输出端经所述第二控制开关S1接所述开关管MN7的漏极，开关管MN7的源极接所述反馈电容C1的上极板，反馈电容C1的下极板接所述传输管MN2的漏极与所述源跟随管MN3的栅极的公共端，且该公共端还连接所述DCG控制管MN6的漏极，所述DCG控制管MN6的源极接所述电容C0的上极板，所述电容C0的下极板接地；所述源跟随管MN3的漏极接所述溢流管MN5的漏极，所述源跟随管MN3的源极接所述行选择管MN4的漏极，所述行选择管MN4的源极接所述电流源的一端，所述电流源的另一端接地；所述溢流管MN5的源极接所述光电二极管D1的负极，苏松户光电二极管D1的正极接地；所述溢流管MN5的源极与所述光电二极管D1的负极的公共端接所述传输管MN2的源极。

5.根据权利要求1或2所述的5T像素电路的控制方法，其特征在于，

T0～T1期间，信号SX置为高电平，读出光信号；

T1～T2期间，信号RX置为高电平，复位管MN1导通，控制开关S1、S2、S4导通，处于第一工作模式，运算放大器的同相输入端接入信号V_REF1，反相输入端接入列输出总线上的电压信号V_OUT，输出端接FBOUT，此时阈值电压偏差ΔV_TH储存到每一个对应的FD节点扩散电容C_FD上；

T2～T3期间，信号RX由高电平切换为低电平时，复位管MN1关断，产生KTC噪声；

T3～T4期间，断开开关S4、导通开关S3，处于第二工作模式，运算放大器的同相输入端接入信号V_REF2，反相输入端接入信号V_OUT，运算放大器的输出端接经开关S1接入开关管MN7，反馈电容C1耦合到浮动扩散节点FD上，通过调整反馈电容C1与FD节点扩散电容C_FD的电容比值，就能够降低KTC噪声；

T4～T5期间，消除暗电流噪声I_DARK，得到V_SIG的信号量。

6.根据权利要求5所述的5T像素电路的控制方法，其特征在于，所述第一工作模式下，像素单元的浮动扩散节点FD的电压V_FD=V_REF1+V_GS±｜ΔV_TH｜，列输出总线上的电压V_OUT=V_{REF1 。}

7.根据权利要求5所述的5T像素电路的控制方法，其特征在于，所述第二工作模式下，像素单元的浮动扩散节点FD的电压V_FD=V_REF2+V_GS±|ΔV_TH|+I_DARK，列输出总线上的电压V_OUT=V_{REF2 。}

8.根据权利要求1或2所述的5T像素电路，其特征在于，所述运算放大器采用一级运算放大器结构或两级运算放大器结构。

9.一种无运动伪影的图像传感器，其特征在于，该图像传感器包括逻辑控制单元、驱动单元、像素单元、A/D转换单元，所述像素单元采用如权利要求1或2所述的支持全局快门的5T像素电路。

10.根据权利要求7所述的图像传感器的长短曝光和信号读出方法，其特征在于，该方法包括：

S1、对全行光电二极管进行复位操作，全行复位管控制信号RX置为高电平，全行传输管控制信号TX置为高电平，全行DCG管的控制信号DCG为高电平，全行溢流管控制信号OFG为高电平，开关S0导通，开关S2断开；

S2、T0～T1期间，全行光电二极管同时进行短曝光，曝光完成前进行全局复位操作；

S3、T1～T2期间，短曝光完成后进行全局转送，传输管MN2打开，DCG控制管MN6打开，将光生电子向电容C0和浮动扩散区FD中转移，转送完成后，关闭传输管MN2和DCG控制管MN6，使电子保持在电容C0和浮动扩散区FD中，将全局短曝光信号储存；

S4、T2～T3期间，先打开复位管MN1，进行复位操作，将FD上存储的电子清除，然后进行KTC噪声消除，全行光电二极管同时进行长曝光；

S5、T3～T4期间，长曝光完成后进行全局转送，打开传输管MN2，将全局长曝光信号转移至浮动扩散去FD中存储，转送完成后，打开溢流管MN5；

S6、T4～T5期间，进行行读出操作，打开行选择管MN4，读出存储在FD上的长曝光信号，待长曝光帧数据全部读出后，将DCG里储存的短曝光数据转送至浮动扩散区FD上，经T5～T6全局转送后，T6～T7期间打开DCG控制管MN6，读出储存到浮动扩散区FD上的短曝光信号。