CN117063484A - 列信号处理单元和固态成像装置 - Google Patents

Abstract

一种列信号处理单元包括电流控制电路(110)和反馈电路(120)。电流控制电路(110)电连接在数据信号线(VSL)与电源参考电势(GND)之间。反馈电路(120)被配置为降低数据信号线(VSL)的电容性负载。反馈电路(120)的反馈路径(121)包括反馈电容器(122)和延迟元件(123)的串联连接，其中，延迟元件(123)被配置为增加反馈路径(121)中的时间延迟。

Description

列信号处理单元和固态成像装置

技术领域

本公开涉及一种列信号处理单元和固态成像装置。具体而言，本公开涉及像素电路的像素输出信号的处理。

背景技术

固态成像装置中的图像传感器包括光电转换元件，光电转换元件生成与接收到的辐射强度成比例的光电流。像素电路的主要功能是将光电转换元件生成的较小的光电流转换为相对大的输出电压，下游的模数转换器将该输出电压转换为数字信号。通常，分配到像素电路列的多个像素电路共享一条单个的数据信号线，在该数据信号线上以时间复用制(Time multiplex regime)独立地输出像素输出信号，并且列信号处理单元顺序地接收和处理像素输出信号。数据信号线相对较长，并且因此数据信号线的寄生电容相对较高。增加电容会减慢数据信号线上的信号传输。各种方法旨在减少寄生电容。例如，电流镜电路可以向数据信号线提供补偿电流，其中，补偿电流与数据信号线上的电势降的程度成比例。

发明内容

如今，人们持续需要具有较小外形、较高分辨率、较低功耗和快速图像捕获的固态成像装置。本公开正是针对以上情况而提出，并且因此希望提供一种将面积效率和高图像捕获率相结合的列信号处理单元和固态成像装置。

根据一个实施方式，列信号处理单元包括电流控制电路和反馈电路。电流控制电路被电连接在数据信号线和电源参考电势之间。反馈电路被配置为降低数据信号线的电容性负载。反馈电路的反馈路径包括反馈电容器和延迟元件的串联连接，其中，延迟元件被配置为增加反馈路径中的时间延迟。

根据另一实施方式，固态成像装置包括多个像素电路和列信号处理单元。每个像素电路被配置为生成像素输出信号，该像素输出信号具有与检测到的光的强度相关的幅度。像素电路被连接到数据信号线。

列信号处理单元包括电流控制电路和反馈电路。电流控制电路被电连接在数据信号线和电源参考电势之间。反馈电路被配置为降低数据信号线的电容性负载。反馈电路的反馈路径包括反馈电容器和延迟元件的串联连接，其中，延迟元件被配置为增加反馈路径中的时间延迟。

以上段落是通过总体介绍的方式提供的，并不旨在限制以下权利要求的范围。通过参考结合附图进行的以下详细描述，将会更好地理解所描述的实施方式以及进一步的优点。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，更好地理解本公开，从而将很容易获得对本公开及其许多附带优点的更完整的理解，其中：

图1是示出了根据本技术的实施方式的固态成像装置的实施方式的简化框图。

图2是示出了列信号处理单元的一部分的配置示例的简化框图，该信号处理单元的一部分包括被配置为降低数据信号线的电容性负载的反馈电路，并且该反馈电路包括根据实施方式的反馈路径中的延迟元件。

图3是示出了根据实施方式的列信号处理单元的一部分的配置示例的简化电路图，该实施方式包括具有增益大于“1”的放大器的反馈电路。

图4是示出了根据实施方式的列信号处理单元的一部分的配置示例的简化电路图，该实施方式包括被配置为可复位电阻器的延迟元件。

图5是示出了根据实施方式的列信号处理单元的一部分的配置示例的简化电路图，其中反馈电路包括位于数据信号线和电流控制电路之间的感测元件。

图6是示出了根据实施方式的列信号处理单元的一部分的配置示例的简化电路图，其中电流源被配置为具有偏置栅极的晶体管。

图7是示出了根据实施方式的列信号处理单元的一部分的配置示例的简化电路图，该实施方式具有共同偏置晶体管。

图8是应用于反馈电路的信号的简化时序图，用于讨论实施方式对数据信号线上的像素输出信号的影响。

图9A至图9B是用于讨论实施方式对数据信号线上的像素输出信号的影响的简化时序图。

图10是同时具有强度读出和事件检测的像素电路的简化电路图。

图11是可在强度读出和事件检测之间切换的像素电路的简化电路图。

图12示出了可以应用根据本公开的技术的多层固态成像装置的配置示例的简化图。

图13是根据实施方式的在具有层叠结构的固态成像装置的第二芯片上形成的列信号处理单元的元件的示意电路图。

图14示出了可以应用根据本公开的技术的多层固态成像装置的配置示例的简化图。

图15是描绘车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

图16是辅助说明图15的车辆控制系统的车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的图。

具体实施方式

现在参考附图，在几个视图中，相同的附图标记表示相同或对应的零件。尽管在下文中，在某些类型的有源图像传感器的背景下描述了用于在不增加功耗的情况下增加列信号处理单元的面积效率和/或固态成像装置的图像捕获率的技术，但是该技术也可以用于其他类型的图像传感器。

图1示出了根据本技术的实施方式的固态成像装置90的配置示例，固态成像装置90包括图像传感器组件10和信号处理单元80。

图像传感器组件10可以包括像素阵列单元11、行解码器12、像素驱动器单元13、列信号处理单元14和传感器控制器15。

像素阵列单元11包括多个像素电路11P。每个像素电路11P包括光电转换装置PD和用于控制由光电转换装置PD输出的信号的多个FET(场效应晶体管)。光电转换装置PD可以按矩阵状排列成列和行。分配到光电转换装置PD的同一列的像素电路11P的子集形成像素列。同一像素列的像素电路11P的输出被依次提供到数据信号线(垂直信号线)VSL。

行解码器12和像素驱动器单元13控制设置在像素阵列单元11中的每个像素电路11P的驱动。具体而言，行解码器12可以根据来自传感器控制器15的地址信号向像素驱动器单元13提供用于指定要驱动的像素电路11P或像素电路11P的行的控制信号。像素驱动器单元13可以根据传感器控制器15提供的驱动器定时信号和行解码器12提供的控制信号来驱动像素电路11P的FET。

像素电路11P的输出信号(像素输出信号)通过数据信号线VSL提供到列信号处理单元14。

对于实现强度读出的像素电路11P，列信号处理单元14可以包括一个或多个ADC(模数转换器)20。列信号处理单元14可以包括与像素阵列单元11包括的数据信号线VSL一样多的ADC 20。可替代地，ADC 20的数量可以低于数据信号线VSL的数量，并且每个ADC 20可以在两个或多个数据信号线VSL之间复用。每个ADC 20针对从像素列依次传递的像素输出信号执行模数转换，并将数字像素数据DPXS传递到信号处理单元80。为此，每个ADC 20可以包括比较器23、数模转换器(DAC)22和计数器24。

对于实现事件检测的像素电路11P，可以提供数字电路来代替ADC 20，例如锁存器、寄存器或其他类型的存储器元件。

传感器控制器15控制图像传感器组件10的其它部件。例如，传感器控制器15可以将地址提供给行解码器12，并且可以将驱动定时信号提供给像素驱动器单元13。此外，传感器控制器15可以提供一个或多个控制信号用于控制列信号处理单元14，例如ADC 20。

像素电路11P可以是用于事件检测和/或强度读出的任何有源像素传感器。图示的示例涉及用于强度读出的像素电路11P，其中一个光电转换元件PD和四个晶体管(FET)作为有源元件。

例如，光电转换元件PD可以包括光电二极管，或者可以由光电二极管组成。FET可以包括传输晶体管TG、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL。

光电转换元件PD将入射光光电转换为电荷(此处为电子)。在光电转换元件PD中生成的电荷量对应于入射光的量。

传输晶体管TG被连接在光电转换元件PD和浮动扩散区域FD之间。传输晶体管TG用作将电荷从光电转换元件PD传输到浮动扩散区域FD的传输元件。浮动扩散区域FD用作临时本地电荷存储器。用作控制信号的传输信号通过传输控制线被提供到传输晶体管TG的栅极(传输栅极)。

因此，传输晶体管TG可以将由光电转换元件PD光电转换的电子传输到浮动扩散FD。

复位晶体管RST被连接在浮动扩散FD和被提供有正电源电压VDD的电源线之间。用作控制信号的复位信号通过复位控制线被提供到复位晶体管RST的栅极。

因此，用作复位元件的复位晶体管RST将浮动扩散FD的电势复位为提供正电源电压VDD的电源线的电势。

浮动扩散FD被连接到用作放大元件的放大晶体管AMP的栅极。浮动扩散FD用作放大晶体管AMP的输入节点。

放大晶体管AMP和选择晶体管SEL被串联连接在电源线和数据信号线VSL之间。

因此，放大晶体管AMP通过选择晶体管SEL被连接到数据信号线VSL，并与形成为列信号处理单元14的一部分的电流控制电路110构成源极跟随电路(source-followercircuit)。电流控制电路100可以被配置为有效地作为恒定电流源。

然后，用作与地址信号相对应的控制信号的选择信号通过选择控制线被提供到选择晶体管SEL的栅极，并且选择晶体管SEL被导通。

当选择晶体管SEL被导通时，放大晶体管AMP放大浮动扩散FD的电势，并将与浮动扩散FD电势相对应的电压输出到数据信号线VSL。数据信号线VSL将像素输出信号从像素电路11P传输到列信号处理单元14。

例如，由于传输晶体管TG、复位晶体管RST和选择晶体管SEL的各个栅极以行为单位相连接，因此可以针对一行的每个像素电路11P同时执行这些操作。

像素电路11P的放大器晶体管AMP和电流控制电路110补充到源极跟随器电路，将像素输出信号Vout传递到列信号处理单元14。列信号处理单元14将接收到的像素输出信号转换为数字像素数据，并将数字像素数据传递到信号处理单元80。

列信号处理单元14还包括反馈电路120，反馈电路120被连接到像素阵列单元11和电流控制电路110之间的数据信号线VSL。反馈电路120降低数据信号线VSL的有效电容性负载，并有助于缩短给定像素电流的像素信号稳定时间，或有助于促进对给定像素信号稳定时间的像素电流更低。

以下附图示出了图1中所示的反馈电路120的细节。

图2示出了像素电路11P被连接到数据信号线VSL的像素阵列单元11。数据信号线VSL从像素阵列单元11延伸到列信号处理单元14。

列信号处理单元14包括电流控制电路110，该电流控制电路110被电连接在数据信号线VSL和电源参考电势GND之间。反馈电路120降低数据信号线VSL的电容性负载，其中反馈电路120的反馈路径121包括反馈电容器122和延迟元件123的串联连接。延迟元件123增加反馈路径121中的时间延迟。

电流控制电路110可以包括恒定电流源，该恒定电流源通过数据信号线VSL输送或吸收电流，其中，电流独立于电流控制电路110两端的电压。

反馈电路120被连接到数据信号线VSL，并且反馈电路120包括反馈放大器126和具有反馈电容器122的正反馈路径121。反馈电路120以等于或至少类似于将负电容连接到数据信号线VSL的方式操作。负电容降低数据信号线VSL的寄生电容对数据信号线上的电压信号的信号形式的影响。在各种情况下，通过反馈电路120，从像素阵列单元11和反馈电路120之间的数据信号线VSL提取的像素输出信号Vout的信号转换看起来就像数据信号线VSL的寄生电容减小了一样。

在给定的像素电流负载下，反馈电路120加快信号稳定性能，即缩短直到数据信号线VSL上的模拟信号达到恒定电平的时间。结果是，可以提高读出速度。对于给定的信号稳定性能或读出速度，可以在降低的像素电流负载下驱动像素电路11P。结果是，可以降低功耗。

作为示例，延迟元件123可以包括被串联连接到反馈电容器122的电阻元件和/或偏置晶体管。延迟元件123增加正反馈路径121的输入和输出之间的时间延迟。利用从延迟元件123获得的附加时间延迟，有可能显著地减小反馈电容器122的电容，而不会对像素电流负载和信号稳定时间生成显著的不利影响。

例如，反馈电路120可以是充当负负载的单端口运算放大器电路，该负负载将能量临时注入到数据信号线VSL的电路中。

在图3中，反馈电路120包括具有电流反转的负阻抗转换器。放大器电路126包括运算放大器和电阻分压器，该电阻分压器在运算放大器的输出、运算放大器的反相输入和电源参考电势GND之间。反馈路径121将运算放大器的输出和非反相输入与数据信号线VSL相连接。放大器电路126的增益大于1。反馈电路120被配置为负电容性负载的单端口运算放大器电路，当数据信号线VSL上的信号电平改变时，该负电容性负载将能量注入到数据信号线VSL的电路中。

在图4的列信号处理单元中，反馈电路120还包括第一开关124，其中，延迟元件123和第一开关124并联电连接。导通第一开关124允许对延迟元件123短路并对反馈电容器122预充电，例如在列信号处理单元14的预充电周期期间。对于列信号处理单元14的读出周期，可以关断第一开关124，使得延迟元件123有效地延迟正反馈路径121中的信号。

延迟元件123可以包括第一晶体管141的负载路径。第一晶体管141可以是n沟道FET(nFET)，其可以在半导体衬底中以相对低的横向尺寸实现。

列信号处理单元14还可以包括晶体管偏置电路130，晶体管偏置电路130至少在读出周期期间向第一晶体管141的栅极提供第一偏置电压Vbias1，用于精确地调整延迟元件123的电阻。

晶体管偏置电路130可以包括偏置电压电容器131和第二开关132，其中偏置电压电容电容器131被连接在第一晶体管141的栅极和电源参考电势GND之间，并且其中，第二开关132被配置为将偏置电压电容器131与提供第一偏置电压Vbias1的偏置电压源相连接。第二开关132可以至少在读出周期期间“断开”，并且可以在数据信号线VSL的预充电周期的至少一部分期间“导通”。

与反馈路径121中的延迟元件123并联电连接的能够控制的第一开关124和晶体管偏置电路130中的第二开关132都能够通过第一控制信号Ctrl1控制。换言之，第一开关124和第二开关132可以近似同时导通，也可以近似同时关断。

反馈电路120还可以包括放大器电路126，其中，放大器电路126的输入被连接到数据信号线VSL，并且其中，放大器电路126的输出被连接到反馈路径121的第二侧。

反馈电路120还可以包括被串联连接在数据信号线VSL和电流控制电路110之间的感测元件125，其中，反馈路径121的第一侧被连接到感测元件125和电流控制电路110之间的第一节点151。

对于感测元件125，反馈电路120可以测量像素输出信号Vout，以便加快稳定性能并缩短读出时间，或者以便降低像素电流负载和功耗。

在像素输出信号Vout从高电平到低电平的转变期间，正反馈可以增加像素电流负载。在像素输出信号Vout从低电平到高电平转变期间，正反馈降低像素电流负载。通过这种方式，反馈电路120充当VSL加速器，其加速数据信号线VSL上的像素输出信号Vout的上升和下降转变的稳定时间。

如图5所示，放大器电路126可以包括第二晶体管142和恒流源电路127。第二晶体管142的负载路径和恒流源电路127被串联电连接在正电源电压VDD和电源参考电势GND之间。放大器电路126的输入被连接到第二晶体管142的栅极。反馈路径121的第二侧被连接到第二晶体管142和恒流源电路127之间的第二节点152。

根据图6，放大器电路126可以包括第二晶体管142和第三晶体管143，其中，第二晶体管142和第三晶体管143的负载路径被串联电连接，其中，第三晶体管143作为恒流源进行操作，并且其中，放大器电路126的输入被连接到第二晶体管142的栅极。

第二晶体管142和第三晶体管143可以是nFET。反馈电路120可以包括第三开关153，该第三开关153被配置为将第三晶体管143的栅极与提供第二偏置电压Vbias2的偏置电压源相连接。第二开关132可以至少在读出周期期间“断开”，并且可以在数据信号线VSL的预充电周期的至少一部分期间“导通”。

此外，在图6的反馈电路中，感测元件125包括第四晶体管144，并且电流控制电路110包括第五晶体管145。

第四晶体管144和第五晶体管145可以是nFET。反馈电路120可以包括第四开关154，该第四开关154被配置为将第四晶体管144的栅极与提供第三偏置电压Vbias3的偏置电压源相连接。第四开关154可以至少在读出周期期间“断开”，并且可以在数据信号线VSL的预充电周期的至少一部分期间“导通”。

反馈电路120可以包括第五开关155，该第五开关155被配置为将第五晶体管145的栅极与提供第四偏置电压Vbias4的偏置电压源相连接。第五开关155可以至少在读出周期期间“断开”，并且可以在数据信号线VSL的预充电周期的至少一部分期间“导通”。

偏置电压Vbias1、Vbias2、Vbias3、Vbias4可以彼此不同。根据其他示例，至少两个、至少三个或全部四个偏置电压Vbias1、Vbias2、Vbias3、Vbias4可以具有相同的电压电平。

反馈路径121被连接在第四晶体管144和第五晶体管145之间的第一节点151与第二晶体管142和第三晶体管143之间的第二节点152之间。

每个开关124、132、153、154、155可以包括一个或多个FET。例如，每个开关124、132、153、154、155可以是或可以包括传输门。

第五晶体管145和第四晶体管144可以具有相同的栅极宽度。此外，第五晶体管145和第四晶体管144的栅极可以彼此连接。然后，第五晶体管145和第四晶体管144可以通过划分一个单个nFET的负载扩散区域中的至少一个，来以面积有效的方式形成，从而将该单个nFET划分为具有相同栅极宽度的两个nFET。可以减小晶体管的总面积。

在图7中，第二开关132将相同的偏置电压Vbias切换到第一晶体管141、第三晶体管143、第四晶体管144和第五晶体管145中的每一个的栅极。

共同的控制信号Ctrl1可以控制第一开关124和第二开关132，使得实现反馈电路120可以仅与每个数据信号线VSL的一个附加控制信号线相配合。

在下文中，结合参考图2至图7描述的反馈电路120中的任何反馈电路，再次参考图1中所示的固态成像装置90。

固态成像装置90包括多个像素电路11P，其中，每个像素电路11P被配置为生成具有与检测到的光的强度相关的幅度的像素输出信号。同一像素列的像素电路11P被连接到数据信号线VSL。

固态成像装置90还包括列信号处理单元14，如参考图2至图6中任一图所述。具体而言，列信号处理单元14可以包括电流控制电路110和反馈电路120，该电流控制电路110被电连接在数据信号线VSL和电源参考电势GND之间，并且反馈电路120被配置为降低数据信号线VSL的电容性负载，其中，反馈电路120的反馈路径121包括彼此串联电连接的反馈电容器122和延迟元件123，并且其中，延迟元件123被配置为增加反馈路径121中的时间延迟。

像素输出信号的幅度可以以成比例的方式与检测到的光的强度相关用于强度读出。根据另一示例，像素输出信号的幅度可以与检测到的光的强度相关，使得二进制值指示强度按预定量的变化。

固态成像装置可以进一步包括传感器控制器15。反馈电路120还可以包括第一开关124，其中，延迟元件123和第一开关124并联电连接。传感器控制器15可以被配置为生成并输出用于第一开关124的第一控制信号Ctrl1。

传感器控制器15可以为行解码器12和像素驱动器单元13生成并输出地址和锁存器信号，用于选择像素阵列单元11中的像素电路11P的单个行。此外，传感器控制器15可以生成用于控制列信号处理单元14的信号。

例如，传感器控制器15可以生成指示来自像素阵列单元11P的读出周期开始的同步信号，例如全局快门信号、采样保持信号、水平同步信号等。读出周期可以包括将数据信号线VSL充电到预定电势的预充电周期。

传感器控制器15可以响应于同步信号生成并输出第一控制信号Ctrl1。例如，第一控制信号Ctrl1可以与同步信号完全同步。可替代地，第一控制信号Ctrl1的上升沿和下降沿中的至少一个可以相对于同步信号的相应边沿具有预定延迟或预定提前。例如，列信号处理单元14可以被配置为使用同步信号作为第一控制信号。

图8示出了与采样保持信号S&H完全同步的第一控制信号Ctrl1。反馈电路中的开关被设置为使得反馈路径中的延迟元件被复位，并且使得数据信号线VSL被充电到相对于电源参考电势GND尽可能高的电势。在预充电周期结束时，像素输出信号Vout具有最大值。

接下来的读出周期可以包括预设相位P和数据相位D。在预设相位P结束时的像素输出信号Vout的电压电平可以指示作为具有未发光光电转换元件PD的像素电路的输出信号而获得的当前像素偏移电压。在数据相位D结束时的像素输出信号Vout的电压电平是对照射的光电转换元件PD上的入射光的测量。在转变到预充电周期、到预设相位P和到数据相位D之后，像素输出信号Vout的像素输出电压电平稳定后的稳定时间决定读出速度。

在图9A中，线901示出了对于没有任何VSL加速器的传统连接的数据信号线，像素输出信号Vout到预充电电平的转变。线902示出了具有VSL加速器的相同转变，该VSL加速器包括具有反馈电容器的反馈电路，反馈电容器具有电容Cf并且没有延迟元件。线903示出了具有VSL加速器的相同转变，该VSL加速器包括如上所述的反馈电路并且包括具有电容Cf/2的反馈电容器和作为延迟元件的自偏置电阻器。

因此，在图9B中，线911显示了对于没有任何VSL加速器的传统连接的数据信号线，像素输出信号Vout从预充电电平到预设电平的转变。线912显示了具有VSL加速器的相同转变，该VSL加速器包括具有反馈电容器的反馈电路，反馈电容器具有电容Cf并且没有延迟元件。线913示出了具有VSL加速器的相同转变，该VSL加速器包括如上所述的反馈电路并且包括具有电容Cf/2的反馈电容器和作为延迟元件的自偏置电阻器。

利用自偏置电阻器，可以显著减小电容，并且，具体而言是反馈电容器的尺寸，而不会对稳定时间性能产生不利影响。

如上所述的反馈电路120可以与其他类型的像素电路11P相结合，例如与通过以下两个说明性示例所示的像素电路相结合。

图10涉及包括强度读出电路11I和用于事件检测的感光体(photoreceptor)模块PR的像素电路11P，其中，强度读出电路11I和感光体模块PR共享共同的光电转换元件PD。感光体模块PR包括感光体电路PRC，感光体电路PRC将光电流Iphoto转换为感光体信号Vpr，其中，感光体信号Vpr的电压是光电流Iphoto的函数，并且其中，在关注范围内，感光体信号的电压Vpr随着光电流Iphoto的增加而增加。感光体电路PRC可以包括算法放大器。事件检测器电路301接收感光体信号Vpr，并且当感光体信号Vpr的电压电平的变化超过预定阈值时，生成事件检测信号Ev。

强度读出电路11I包括n沟道反过载晶体管ABL和n沟道去耦晶体管DEC，二者被串联电连接在高电源电压VDD和光电转换装置PD之间。反过载晶体管ABL和去耦晶体管DEC可以由施加到栅极的固定偏置电压Vbias5、Vbias6控制。附加元件(例如光电检测器电路PRC的反馈部分的受控路径)可以被串联电连接在去耦晶体管DEC和光电转换装置PD之间。

去耦晶体管DEC可以基本上将光电检测器电路PRC与在去耦晶体管DEC和晶体管ABL之间的中心节点处的电压瞬变进行去耦。反过载晶体管ABL可以确保在去耦晶体管DEC和晶体管ABL之间的中心节点处的电压不低于由反过载晶体管ABL的栅极处的偏置电压Vbias5和反过载晶体管ABL的阈值电压之间的差给出的特定电平，以便确保光电检测器电路PRC的正确运行。

n沟道传输晶体管TG的源极被电连接到在去耦晶体管DEC和晶体管ABL之间的中心节点。对于强度读出电路11I的其它部件，参考图1中的像素电路11P的描述。

强度读出电路11I的替代实施方式可以在没有传输MOSFET的情况下实现，其中，复位晶体管RST可以取代反过载晶体管ABL，并且其中，该复位晶体管RST的源极被直接连接到放大器晶体管AMP的栅极。

在图10的感光体电路块中，用于事件检测的强度检测电路11I和感光体电路PRC相对于光电流Iphoto串联电连接，其中，可以基本上同时执行强度的评估和事件的检测。

图11中的像素电路11P包括第一模式选择器SL1和第二模式选择器SL2。第一模式选择器SL1被连接在光电转换元件PD的阴极与感光体电路PRC之间。第二模式选择器SL2被连接在光电转换元件PD的阴极和强度读出电路11I的放大器晶体管AMP之间。

第一模式选择器SL1和第二模式选择器SL2在第一操作状态下将光电转换元件PD与感光体电路PRC电连接，并且在第二操作状态下将光电转换元件PD与强度读出电路11I电连接。此外，第一模式选择器SL1和第二模式选择器SL2可以在第一操作状态下将光电转换元件PD与强度读出电路11I断开连接，并且在第二操作状态下将光电转换元件PD与感光体电路PRC断开连接。第一模式选择器SL1和第二模式选择器SL2可以是电子开关，例如FET或传输门。

图12是示出固态成像装置23020的层压结构的示例的透视图，该固态成像装置23020具有以阵列形式中的矩阵状布置的多个像素。每个像素包括至少一个光电转换元件。

固态成像装置23020具有第一芯片(上芯片)910和第二芯片(下芯片)920的层压结构。

层压的第一芯片910和第二芯片920可以通过形成在第一芯片910中的TC(S)V(贯通接触(硅)过孔)彼此电连接。

固态成像装置23020可以形成为具有层压结构，使得第一芯片910和第二芯片920在晶片级结合在一起并通过划片(dicing)来切割。

在上和下两个芯片的层压结构中，第一芯片910可以是模拟芯片(传感器芯片)，该模拟芯片包括每个像素电路的至少一个模拟部件，例如，以阵列形式布置的光电转换元件。

例如，第一芯片910可以仅包括如参考前图所描述的像素电路的光电转换元件。可替代地，第一芯片910可以包括每个像素电路的另一些元件。例如，除了光电转换元件之外，第一芯片910至少还可以包括像素电路的缓冲晶体管、积分电容器和/或辅助晶体管。可替代地，第一芯片910可以包括像素电路的每个元件。

第二芯片920可以主要是逻辑芯片(数字芯片)，其包括对第一芯片910上的元件进行补充以使像素电路完整的元件。第二芯片920还可以包括模拟电路，例如对通过TCV从第一芯片910传输的模拟信号进行量化的电路。

第二芯片920可以具有一个或多个接合焊盘BPD，并且第一芯片910可以具有用于引线接合到第二芯片920的开口OPN。

具有两个芯片910、920的层压结构的固态成像装置23020可以具有以下特征配置：

例如，通过TCV来执行第一芯片910和第二芯片920之间的电连接。TCV可以布置在芯片端部处或者在焊盘区域和电路区域之间。例如，用于传输控制信号和提供电力的TCV可以主要集中在固态成像装置23020的四个角处，由此可以减小第一芯片910的信号布线面积。

图13示出了图12的跨越第一芯片910和第二芯片920的固态成像装置的元件的可能分配。

第一芯片910可以包括具有光电转换元件的像素电路11P。第二芯片920除其他外可以包括具有反馈电路120的列信号处理单元14。每个像素电路100的一个贯通接触过孔915可以是数据信号线VSL的一部分，并且将像素输出信号Vout从第一芯片910传递到第二芯片920。

图14示出了固态成像装置23010、23020的示意性配置示例。

图14的A部分示出的单层固态成像装置23010包括单个裸片(die)(半导体衬底)23011。在单个裸片23011上安装和/或形成像素区域23012(光电转换元件)、控制电路23013(读出电路、阈值控制器)和逻辑电路23014(像素电路的部分、行驱动器、列信号处理单元)。在像素区域23012中，像素以阵列形式布置。控制电路23013执行包括驱动像素的控制在内的各种控制。逻辑电路23014执行信号处理。

图14的B部分和C部分示出了具有层压结构的多层固态成像装置23020的示意性配置示例。如图14的B部分和C部分中所示，在固态成像装置23020中堆叠两个裸片(芯片)，即传感器裸片23021(第一芯片)和逻辑裸片23024(第二芯片)。这些裸片被电连接以形成单个半导体芯片。

参考图14的B部分，像素区域23012和控制电路23013形成或安装在传感器裸片23021上，并且逻辑电路23014形成或安装在逻辑裸片23024上。逻辑电路23014可以包括如参考前图所描述的列信号处理单元。像素区域23012至少包括光电转换元件。

参考图14的C部分，像素区域23012形成或安装在传感器裸片23021上，而控制电路23013和逻辑电路23014形成或安装在逻辑裸片23024上。

根据另一示例(未示出)，像素区域23012和逻辑电路23014，或者像素区域23012和逻辑电路23014的部分可以形成或安装在传感器裸片23021上，并且控制电路23013形成或安装在逻辑裸片23024上。

图15是描绘作为可应用根据本公开实施方式的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图15所示的示例中，车辆控制系统12000包括驾驶系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车载信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被示出为集成控制单元12050的功能配置。

驾驶系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆驾驶系统相关的装置的操作。例如，驾驶系统控制单元12010用作用于生成车辆驱动力的驱动力生成装置(诸如，内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传输到车轮的驱动力传输机构、用于调节车辆转向角的转向机构、用于生成车辆制动力的制动装置等的控制装置。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制提供给车身的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或各种灯(诸如，头灯、倒车灯、刹车灯、转向信号灯、雾灯等)的控制装置。在这种情况下，从移动装置发送的作为钥匙的替代的无线电波或各种开关的信号可以输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入无线电波或信号，并控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。

车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031相连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并接收成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测对象(诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等)的处理，或者执行检测到该对象的距离的处理。

成像部12031可以是或者可以包括根据本公开实施方式的具有列信号处理单元的图像传感器组件，或者根据本公开的实施方式的具有列信号处理单元的固态成像装置。由成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是不可见光(诸如红外线等)。

根据本公开的实施方式，车载信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息，并且可以是或可以包括固态成像装置并具有像素电路。车载信息检测单元12040例如与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041相连接。驾驶员状态检测部12041例如包括固态存储成像装置且聚焦在驾驶员上的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车载信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否正在打瞌睡。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车载信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算用于驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驾驶系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，这些功能包括用于车辆的碰撞避免或冲击减轻、基于跟随距离的跟随驾驶、车辆速度保持驾驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。

此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车载信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息，通过控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，来执行旨在用于自动驾驶的协作控制，这使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或接近的车辆的位置，通过控制前照灯以从远光变为近光来执行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部12052将声音或图像中的至少一个的输出信号发送到能够视觉或听觉地向车辆的乘员或车辆外部通知信息的输出装置。在图15的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出装置。显示部12062可以例如包括车载显示器或平视显示器中的至少一个。

图16是描绘成像部12031的安装位置的示例的示图，其中，成像部12031可以包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。

成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门的位置以及车辆内部的挡风玻璃的上部的位置。设置在前鼻的成像部12101和设置在车辆内部的挡风玻璃上部的成像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100后部的图像。设置在车辆内部的挡风玻璃上部的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。

顺便提及，图16描绘了成像部12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104成像的图像数据，获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。

成像部12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，成像元件具有用于相位差检测的像素的成像元件，或者可以包括包括根据本公开的固态成像装置的ToF模块。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息来确定到成像范围12111至12114内的每个三维对象的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而提取特别是存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0km/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶的最近的三维对象，作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定要保持在前方车辆前方的跟随距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行用于自动驾驶的协作控制，使得车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员等的操作。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息，将关于三维对象的三维对象数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并将提取的三维对象数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或回避转向。微型计算机12051因此可以帮助驾驶以避免碰撞。

成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的过程和通过对表示对象轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理来确定是否是行人的过程，来执行这种行人的识别。当微型计算机12051确定在成像部12101至12104的成像图像中存在行人，并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得显示用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置显示表示行人的图标等。

上面已经描述了可以应用根据本公开的实施方式的技术的车辆控制系统的示例。通过应用根据实施方式的列信号处理单元，可以以减小的尺寸来提供传感器。

此外，本技术的实施方式不限于上述实施方式，而是在不脱离本技术的主旨的情况下，可以在本技术的范围内进行各种修改。

根据本公开的固态成像装置可以是用于分析和/或处理诸如可见光、红外光、紫外光和X射线的辐射的任何装置。例如，固态成像装置可以是交通领域、家用电器领域、医疗和保健领域、安全领域、美容领域、体育领域、农业领域、图像再现领域等中的任何电子装置。

具体地，在图像再现领域中，固态成像装置可以是用于捕获要提供用于欣赏的图像的装置，诸如数码相机、智能电话或具有相机功能的移动电话装置。在交通领域中，例如，固态成像装置可以集成在(捕获车辆的前部、后部、外围、内部等)以用于安全驾驶(诸如自动停止、驾驶员状态的识别等)的车载传感器中、集成在监控行驶车辆和道路的监控相机中、或者集成在测量车辆之间距离的距离测量传感器中等。

在家用电器领域中，固态成像装置可以集成在任何类型的可以用在用于提供给家用电器(诸如TV接收器、冰箱和空调)的装置中的传感器中，以捕获用户的手势并根据手势执行装置操作。因此，固态成像装置可以集成在诸如TV接收器、冰箱和空调的家用电器中和/或控制家用电器的装置中。此外，在医疗和保健领域中，固态成像装置可以集成在任何类型的传感器中，例如提供用于医疗和保健的固态成像装置，诸如内窥镜或通过接收红外光来执行血管造影的装置。

在安全领域中，固态成像装置可以集成在提供用于安全的装置中，诸如用于预防犯罪的监控相机或用于个人认证使用的相机。此外，在美容领域中，固态成像装置可以用于提供用于美容的装置中，诸如捕获皮肤的皮肤测量仪器或捕获探针的显微镜。在体育领域中，固态成像装置可以集成在提供用于体育的装置中，诸如用于体育用途的动作相机或可佩戴相机等。此外，在农业领域中，固态成像装置可以用于提供用于农业的装置中，诸如用于监控田地和作物状况的相机。

注意，本技术也可以被配置为如下所述：

(1)一种列信号处理单元，包括：

电流控制电路，电连接在数据信号线与电源参考电势之间；

反馈电路，被配置为降低数据信号线的电容性负载，其中，反馈电路的反馈路径包括反馈电容器和延迟元件的串联连接，其中，延迟元件被配置为增加反馈路径中的时间延迟。

(2)根据(1)所述的列信号处理单元，

其中，反馈电路包括第一开关，并且其中，延迟元件和第一开关并联电连接。

(3)根据(1)或(2)所述的列信号处理单元，

其中，延迟元件包括第一晶体管的负载路径。

(4)根据(3)所述的列信号处理单元，还包括：

晶体管偏置电路，被配置为向第一晶体管的栅极提供第一偏置电压。

(5)根据(4)所述的列信号处理单元，

其中，晶体管偏置电路包括偏置电压电容器和第二开关，其中，偏置电压电容器被连接到第一晶体管的栅极，并且其中，第二开关被配置为在导通状态下将偏置电压电容器与偏置电压源相连接。

(6)根据(5)所述的列信号处理单元，

其中，反馈路径包括与延迟元件并联电连接的能够控制的第一开关，并且其中，第一开关和第二开关能够通过第一控制信号控制。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的列信号处理单元，

其中，反馈电路包括放大器电路，其中，放大器电路的输入连接到数据信号线，并且其中，放大器电路的输出被连接到反馈路径的第二侧。

(8)根据(1)至(7)中任一项所述的列信号处理单元，

其中，放大器电路包括第二晶体管和第三晶体管，其中，第二晶体管和第三晶体管的负载路径为级联配置，并且其中，放大器电路的输入连接到第二晶体管的栅极。

(9)根据(1)至(8)中任一项所述的列信号处理单元，

其中，反馈电路还可以包括串联连接在数据信号线与电流控制电路之间的感测元件，并且其中，反馈路径的第一侧连接到感测元件与电流控制电路之间的第一节点。

(10)根据(9)所述的列信号处理单元，

其中，感测元件包括第四晶体管，并且电流控制电路包括第五晶体管。

(11)根据(10)所述的列信号处理单元，

其中，第五晶体管和第四晶体管具有相同的栅极宽度。

(12)一种固态成像装置，包括：

多个像素电路，其中，每个像素电路被配置为生成像素输出信号，像素输出信号具有与检测到的光的强度相关的幅度，并且其中，像素电路连接到数据信号线；以及

列信号处理单元，其中，列信号处理单元包括电连接在数据信号线和电源参考电势之间的电流控制电路，以及

反馈电路，被配置为降低数据信号线的电容性负载，其中，反馈电路的反馈路径包括串联电连接的反馈电容器和延迟元件，并且其中，延迟元件被配置为增加反馈路径中的时间延迟。

(13)根据(12)所述的固态成像装置，还包括

传感器控制器，其中，反馈电路包括第一开关，并且其中，延迟元件和第一开关并联电连接，并且其中，传感器控制器被配置为生成并输出用于第一开关的第一控制信号。

(14)根据(13)所述的固态成像装置，

其中，传感器控制器被配置为响应于同步信号生成并输出第一控制信号。

(15)根据(13)所述的固态成像装置，

其中，列信号处理单元被配置为使用同步信号作为第一控制信号。

Claims (15)

1.一种列信号处理单元，包括：

电流控制电路(110)，电连接在数据信号线(VSL)与电源参考电势(GND)之间；

反馈电路(120)，被配置为降低所述数据信号线(VSL)的电容性负载，其中，所述反馈电路(120)的反馈路径(121)包括反馈电容器(122)和延迟元件(123)的串联连接，其中，所述延迟元件(123)被配置为增加所述反馈路径(121)中的时间延迟。

2.根据权利要求1所述的列信号处理单元，

其中，所述反馈电路(120)包括第一开关(124)，并且其中，所述延迟元件(123)和所述第一开关(124)并联电连接。

3.根据权利要求1所述的列信号处理单元，

其中，所述延迟元件(123)包括第一晶体管(141)的负载路径。

4.根据权利要求3所述的列信号处理单元，还包括：

晶体管偏置电路(130)，被配置为向所述第一晶体管(141)的栅极提供第一偏置电压(Vbias1)。

5.根据权利要求4所述的列信号处理单元，

其中，所述晶体管偏置电路(130)包括偏置电压电容器(131)和第二开关(132)，其中，所述偏置电压电容器(131)连接到所述第一晶体管(141)的栅极，并且其中，所述第二开关(132)被配置为在导通状态下将所述偏置电压电容器(131)与偏置电压源连接。

6.根据权利要求5所述的列信号处理单元，

其中，所述反馈路径(121)包括与所述延迟元件(123)并联电连接的能够控制的第一开关(124)，并且其中，所述第一开关(124)和所述第二开关(132)能够通过第一控制信号(Ctrl1)控制。

7.根据权利要求1所述的列信号处理单元，

其中，所述反馈电路(121)包括放大器电路(126)，其中，所述放大器电路(126)的输入连接到所述数据信号线(VSL)，并且其中，所述放大器电路(126)的输出连接到所述反馈路径(121)的第二侧。

8.根据权利要求1所述的列信号处理单元，

其中，放大器电路(126)包括第二晶体管(142)和第三晶体管(143)，其中，所述第二晶体管(142)和所述第三晶体管(143)的负载路径串联电连接，并且其中，所述放大器电路(126)的输入连接到所述第二晶体管(142)的栅极。

9.根据权利要求1所述的列信号处理单元，

其中，所述反馈电路(120)还包括串联连接在所述数据信号线(VSL)与所述电流控制电路(110)之间的感测元件(125)，并且其中，所述反馈路径(121)的第一侧连接到在所述感测元件(125)与所述电流控制电路(110)之间的第一节点(151)。

10.根据权利要求9所述的列信号处理单元，

其中，所述感测元件(123)包括第四晶体管(144)，并且所述电流控制电路(110)包括第五晶体管(145)。

11.根据权利要求10所述的列信号处理单元，

其中，所述第五晶体管(145)和所述第四晶体管(144)具有相同的栅极宽度。

12.一种固态成像装置(10)，包括：

多个像素电路(11P)，其中，每个像素电路(11P)被配置为生成像素输出信号，所述像素输出信号具有与检测到的光的强度相关的幅度，并且其中，所述像素电路(11P)连接到数据信号线(VSL)；以及

列信号处理单元(14)，其中，所述列信号处理单元包括：

电流控制电路(110)，电连接在所述数据信号线(VSL)与电源参考电势(GND)之间；以及

反馈电路(120)，被配置为降低所述数据信号线(VSL)的电容性负载，其中，所述反馈电路(120)的反馈路径(121)包括串联电连接的反馈电容器(122)和延迟元件(123)，并且其中，所述延迟元件(123)被配置为增加所述反馈路径(121)中的时间延迟。

13.根据权利要求12所述的固态成像装置，还包括

传感器控制器(15)，

其中，所述反馈电路(120)包括第一开关(124)，并且其中，所述延迟元件(123)和所述第一开关(124)并联电连接，并且其中，所述传感器控制器(15)被配置为生成并输出用于所述第一开关(124)的第一控制信号(Ctrl1)。

14.根据权利要求13所述的固态成像装置，

其中，所述传感器控制器(15)被配置为响应于同步信号生成并输出所述第一控制信号(Ctrl1)。

15.根据权利要求13所述的固态成像装置，

其中，所述列信号处理单元(14)被配置为使用同步信号作为所述第一控制信号(Ctrl1)。