CN117376723A - 用于高动态范围图像传感器的像素电路 - Google Patents

用于高动态范围图像传感器的像素电路 Download PDF

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CN117376723A CN202310826012.9A CN202310826012A CN117376723A CN 117376723 A CN117376723 A CN 117376723A CN 202310826012 A CN202310826012 A CN 202310826012A CN 117376723 A CN117376723 A CN 117376723A
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Abstract

本申请案涉及用于高动态范围图像传感器的像素电路。一种像素电路包含第一光电二极管及第二光电二极管。所述第一及第二光电二极管响应于入射光而光生电荷。第一转移晶体管耦合到所述第一光电二极管。第一浮动扩散节点耦合到所述第一转移晶体管。第二转移晶体管耦合到所述第二光电二极管。第二浮动扩散节点耦合到所述第二转移晶体管。双浮动扩散晶体管耦合于所述第一与第二浮动扩散节点之间。溢出晶体管耦合到所述第二光电二极管。电容器耦合于电压源与所述溢出晶体管之间。电容器读出晶体管耦合于所述电容器与所述第二浮动扩散节点之间。抗晕晶体管耦合于所述第一光电二极管与电源线之间。

Description

用于高动态范围图像传感器的像素电路
技术领域
本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及高动态范围(HDR)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
背景技术
图像传感器已变得无处不在且现广泛用于数码相机、手机、摄像头以及医学、汽车及其它应用中。随着图像传感器集成到更广泛电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如分辨率、功耗、动态范围等)增强其功能性、性能指标及类似者。用于制造图像传感器的技术继续快速进步。举例来说，对更高分辨率及更低功耗的需求已促进这些装置进一步小型化及集成。
典型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射于图像传感器上而操作。图像传感器包含具有吸收入射图像光的一部分且在吸收图像光之后光生图像电荷的光敏元件(例如光电二极管)的像素阵列。由像素光生的图像电荷可测量为列位线上的模拟输出图像信号，其随入射图像光而变化。换句话说，光生图像电荷量与图像光的强度成比例，其被读出为来自列位线的模拟信号且转换成数字值以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。
标准图像传感器具有约60到70dB的有限动态范围。然而，真实世界的亮度动态范围要大得多。例如，自然场景通常跨越90dB及更大的范围。为了同时捕获明亮强光及昏暗阴影中的细节，已在图像传感器中使用高动态范围(HDR)技术来增大捕获动态范围。
发明内容
本公开的一方面提供一种像素电路，其包括：第一光电二极管及第二光电二极管，其中所述第一及第二光电二极管响应于入射光而光生电荷；第一转移晶体管，其耦合到所述第一光电二极管；第一浮动扩散节点，其耦合到所述第一转移晶体管；第二转移晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；第二浮动扩散节点，其耦合到所述第二转移晶体管；双浮动扩散晶体管，其耦合于所述第一与第二浮动扩散节点之间；溢出晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；电容器，其耦合于电压源与所述溢出晶体管之间；电容器读出晶体管，其耦合于所述电容器与所述第二浮动扩散节点之间；及抗晕晶体管，其耦合于所述第一光电二极管与电源线之间。
本公开的另一方面提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：第一光电二极管及第二光电二极管，其中所述第一及第二光电二极管响应于入射光而光生电荷；第一转移晶体管，其耦合到所述第一光电二极管；第一浮动扩散节点，其耦合到所述第一转移晶体管；第二转移晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；第二浮动扩散节点，其耦合到所述第二转移晶体管；双浮动扩散晶体管，其耦合于所述第一与第二浮动扩散节点之间；溢出晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；电容器，其耦合于电压源与所述溢出晶体管之间；电容器读出晶体管，其耦合于所述溢出晶体管与所述第二浮动扩散节点之间；及抗晕晶体管，其耦合于所述第一光电二极管与电源线之间；控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述控制电路系统经配置以选择性地接通所述抗晕晶体管以停用所述第一光电二极管；及读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路读出图像数据。
附图说明
参考附图描述本发明的非限制性及非穷尽实施例，其中相同元件符号指代所有各个视图中的相同部件，除非另外指定。
图1说明根据本发明的教示的包含高动态范围像素电路的像素阵列的成像系统的一个实例。
图2A说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路的一个实例的示意图。
图2B说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路的另一实例的示意图。
图2C说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路的又一实例的示意图。
图3展示说明根据本公开的教示的来自实例像素电路的四种不同读出信号增益设置的实例的表。
图4展示说明根据本公开的教示的来自实例像素电路的四种不同增益设置下的信号及复位信号的读出的实例的时序图。
图5说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路的又一实例的示意图。
对应参考字符指示所有若干视图中的对应组件。所属领域的技术人员应了解，为了简单且清楚而说明图中的元件且其不一定按比例绘制。举例来说，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件放大以帮助改善本发明的各个实施例的理解。另外，通常未描绘在商业可行实施例中有用或必要的常见但好理解的元件以促成本发明的这些各种实施例的无遮挡视图。
具体实施方式
本文中描述涉及具有包含高动态范围像素电路的像素阵列的成像系统的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供实例的详尽理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，可在没有所述特定细节中的一或多者的情况下或运用其它方法、组件、材料等等来实践本文中描述的技术。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以免使某些方面模糊不清。
贯穿本说明书参考“一个实例”或“一个实施例”意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书出现于各个位置中的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”不一定全部参考相同实例。此外，在一或多个实例中可以任何合适方式组合特定特征、结构或特性。
为便于描述，例如“下面”、“下方”、“之上”、“之下”、“上方”、“上”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“中心”、“中间”及类似者的空间相对术语在本文中可用于描述一个元件或特征相对于另一(些)元件或特征的关系，如图中说明。应理解，除图中描绘的定向之外，空间相对术语还希望涵盖装置在使用或操作中的不同定向。举例来说，如果图中的装置旋转或翻转，那么描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”或“之下”的元件将定向成在其它元件或特征“上方”。因此，示范性术语“下方”或“之下”可涵盖上方及下方两种定向。装置可以其它方式定向(旋转90度或依其它定向)且可相应地解译本文中使用的空间相对描述词。另外，还应理解，当一元件被称为“在另外两个元件之间”时，其可为另外两个元件之间的唯一元件或也可存在一或多个中介元件。
贯穿本说明书，使用若干专门术语。这些术语具有其所属领域中的普通含义，除非本文中具体定义或其使用的上下文另外明确指示。应注意，贯穿本发明可互换使用元素名称与符号(例如Si对硅)；然而，两者具有相同意义。
如将论述，成像系统的各个实例包含具有能够提供具有不同增益设置的多个读出信号的实例高动态范围像素电路的像素阵列。在各个实例中，像素电路包含可具有不同相应光敏感度的多个光电二极管。例如，在一个实例中，像素电路包含第一光电二极管及第二光电二极管。在实例中，第一光电二极管具有较大感测面积且因此具有较高光敏感度，而第二光电二极管具有较小感测面积且因此具有比第一光电二极管低的光敏感度。
在各个实例中，由第一光电二极管响应于入射光而光生的电荷可通过第一转移晶体管转移到第一浮动扩散节点，而由第二光电二极管响应于入射光而光生的电荷可通过第二转移晶体管转移到第二浮动扩散节点。响应于积分周期期间的响应于亮光条件，光生于第一光电二极管中的过量电荷可经配置以通过双浮动扩散晶体管溢出到第二浮动扩散节点，而光生于第二光电二极管中的过量电荷可经配置以通过溢出晶体管溢出到第三浮动扩散节点及耦合到第三浮动扩散节点的电容器。在各个实例中，双浮动扩散晶体管耦合于第一与第二浮动扩散节点之间且电容器读出晶体管耦合于第二与第三浮动扩散节点之间。
在操作中，来自第一光电二极管的第一浮动扩散节点中的电荷可通过具有第一转换增益或高转换增益(HCG)的读出信号从像素电路读出。来自第一光电二极管的第一浮动扩散节点及第二浮动扩散节点中的电荷可通过具有第二转换增益或中间转换增益(MCG)的读出信号从像素电路读出。来自第二光电二极管的第一浮动扩散节点及第二浮动扩散节点中的电荷可通过具有第三转换增益或另一中间转换增益(MCG)的读出信号从像素电路读出。来自第二光电二极管的第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点、第三浮动扩散节点及电容器中的电荷可通过具有第四转换增益或低转换增益(LCG)的读出信号从像素电路读出。在各个实例中，还应了解，在第二光电二极管的读出周期期间，耦合到第一光电二极管的抗晕晶体管可经配置为接通以停用第一光电二极管或耗光第一光电二极管的任何电荷，其因此防止来自第一光电二极管的电荷影响第二光电二极管的读出。
为了说明，图1展示根据本发明的教示的具有包含高动态范围像素电路的像素阵列的成像系统100的一个实例。特定来说，图1中描绘的实例说明包含像素阵列102、位线112、控制电路110、读出电路106及功能逻辑108的成像系统100。在一个实例中，像素阵列102是包含多个像素电路104(例如P1、P2、…、Pn)的二维(2D)阵列，像素电路104经布置成行(例如R1到Ry)及列(例如C1到Cx)以获取人员、位置、物体等的图像数据，图像数据接着可用于再现人员、位置或物体等的图像。
如将在各个实例中论述，每一像素电路104包含具有较高光敏感度的第一光电二极管及具有较低光敏感度的第二光电二极管。第一光电二极管可经配置用于暗光检测，而第二光电二极管可经配置用于亮光检测。第一光电二极管及第二光电二极管的满阱容量(或电荷累积容量)可经配置为不同，例如，第一光电二极管可经配置以具有大于第二光电二极管的满阱容量的满阱容量。优选地，使第二光电二极管感测比第一光电二极管更多的光，因此在一些实施例中，第二光电二极管的满阱容量可经配置以大于第一光电二极管的满阱容量。每一像素电路104进一步包含耦合到第一及第二光电二极管的第一、第二及第三浮动扩散节点、耦合到第三浮动扩散节点的电容器、耦合于第一与第二浮动扩散节点之间的双浮动扩散晶体管、耦合于第二与第三浮动扩散节点之间的电容器读出晶体管、耦合于第二光电二极管与第三浮动扩散节点之间的溢出晶体管及耦合到第一光电二极管的抗晕晶体管。在操作中，由第一及第二光电二极管光生的电荷可经由具有不同转换增益的多个读出信号从像素电路104读出以提供根据本发明的教示的高动态范围。在各个实例中，读出电路106可经配置以通过列位线112从像素阵列102的像素电路104读出信号。在各个实例中，读出电路106可包含可包含于模/数转换器或其它中的电流源、路由电路系统及比较器。
在实例中，由读出电路106中的模/数转换器产生的数字图像数据值接着可由功能逻辑108接收。功能逻辑108可仅存储数字图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如剪裁、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵数字图像数据。
在一个实例中，控制电路110耦合到像素阵列102以控制像素阵列102中多个光电二极管的操作。举例来说，控制电路110可产生用于控制图像获取的滚动快门或快门信号。在其它实例中，图像获取与例如闪光的发光效果同步。
在一个实例中，成像系统100经实施于单个半导体晶片上。在另一实例中，成像系统100在堆叠半导体晶片上。举例来说，像素阵列102经实施于像素晶片或传感器晶片上且读出电路106、控制电路110及功能逻辑108经实施于专用集成电路(ASIC)晶片上，其中像素晶片及ASIC晶片经堆叠且通过接合(混合接合、氧化物接合或类似物)或一或多个衬底穿孔(TSV)互连。举另一实例来说，像素阵列102及控制电路110经实施于像素晶片上且电容器阵列、读出电路106及功能逻辑108经实施于ASIC晶片上，其中像素晶片及ASIC晶片经堆叠且通过接合(混合接合、氧化物接合或类似物)或一或多个衬底穿孔(TSV)互连。在另一实例中，每一像素104的部分(包含例如第一及第二光电二极管、转移晶体管、溢出晶体管及抗晕晶体管)包含于第一晶片中，而电容器阵列、电容器读出晶体管包含于第二晶片中，且控制电路系统及ASIC电路系统包含于与第一及第二晶片堆叠的第三晶片中，等等。
在一个实例中，成像系统100可包含于数码相机、手机、膝上型计算机、内窥镜、摄像头、汽车成像装置或类似物中。另外，成像系统100可耦合到其它硬件，例如处理器(通用或其它)、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、照明/闪光、电输入(键盘、触摸显示器、触控板、鼠标、麦克风等)及/或显示器。其它硬件可将指令传送到成像系统100，从成像系统100提取图像数据，或操纵由成像系统100供应的图像数据。
图2A说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路204A的一个实例的示意图。应了解，图2A的像素电路204A可为图1中展示的包含于像素阵列102中的像素电路104中的一者的实例，且上述类似命名及编号元件在下文类似地耦合及工作。
如所描绘实例中展示，像素电路204A包含经配置以响应于入射光而光生电荷(例如电子或空穴)的第一光电二极管214及第二光电二极管228。在一个实例中，第一光电二极管214具有较大感测面积且因此可称为具有较高光敏感度的大光电二极管(LPD)。在实例中，第二光电二极管228具有较小感测面积且因此可称为具有比第一光电二极管LPD 214更低的光敏感度的小光电二极管(SPD)。第二光电二极管228可经配置用于感测亮光或强光。第一光电二极管214及第二光电二极管228可经配置以具有不同满阱容量，例如不同植入配置(例如导致具有不同体积的耗尽区的剂量、植入能量)。如实例中展示，第一转移晶体管216耦合到第一光电二极管LPD 214，且第一浮动扩散节点FD1 218耦合到第一转移晶体管216。在一个实例中，第一转移晶体管216响应于第一转移控制信号LTX而被控制以控制电荷从第一光电二极管LPD 214到第一浮动扩散节点FD1 218的转移。第二转移晶体管230耦合到第二光电二极管SPD 228，且第二浮动扩散节点FD2226耦合到第二转移晶体管230。在一个实例中，第二转移晶体管230响应于第二转移控制信号STX而被控制以控制电荷从第二光电二极管SPD 228到第二浮动扩散节点FD2228的转移。第二浮动扩散节点FD2 228可进一步耦合到结电容器，结电容器与金属电容器或金属氧化物半导体电容器(MOSCAP)组合用于电荷存储。
继续所描绘实例，双浮动扩散晶体管224耦合于第一浮动扩散节点FD1 218与第二浮动扩散节点FD2 226之间。在一个实例中，双浮动扩散晶体管224响应于双浮动扩散信号DFD而被控制以控制电荷在第一浮动扩散节点FD1 218与第二浮动扩散节点FD2226之间的转移。在一个实例中，溢出晶体管234耦合到第二光电二极管SPD 228，且第三浮动扩散节点FD3 236耦合到溢出晶体管234。在一个实例中，溢出晶体管234响应于溢出控制信号OF而被控制。如所描绘实例中展示，电容器CAP 240耦合于电压源VRFD 244与第三浮动扩散节点FD3 236之间，第三浮动扩散节点FD3 236耦合到溢出晶体管234。在一个实例中，电容器CAP240的上电容器电极耦合到电压源VRFD 244且电容器CAP 240的下电容器电极耦合到第三浮动扩散节点FD3 236及溢出晶体管234。
电容器读出晶体管238耦合于第三浮动扩散节点FD3 236(其耦合到电容器CAP240)与第二浮动扩散节点FD2 226之间。抗晕晶体管242耦合于第一光电二极管LPD 214与电源线PixVDD之间。源极跟随器晶体管220的栅极耦合到第一浮动扩散节点FD1 218。行选择晶体管222耦合到源极跟随器晶体管220。如所描绘实例中展示，源极跟随器晶体管220及行选择晶体管222耦合于电源线PixVDD与位线212之间。
在图2A中描绘的实例中，复位晶体管232耦合于电压源VRFD 244与第二浮动扩散节点FD2 226之间。在所描绘实例中，行选择晶体管222经配置以响应于行选择信号RS而被控制，且复位晶体管232经配置以响应于复位信号RST而被控制。信号可响应于源极跟随器晶体管220的栅极处的电荷而通过位线212及行选择晶体管222从像素电路204A读出。在操作中，由第一光电二极管LPD 214及第二光电二极管SPD 228光生的电荷可经由具有不同转换增益的多个读出信号通过位线212从像素电路204A读出以提供根据本发明的教示的高动态范围。
在所描绘实例中，电荷响应于入射光而光生于第一光电二极管LPD 214及第二光电二极管SPD 228中。在实例中，第一光电二极管LPD 214经配置用于暗光(例如弱光)感测且第二光电二极管SPD 228经配置用于强光(例如亮光)感测。在积分期间，从第一光电二极管LPD 214光生的过量电荷经配置以从第一浮动扩散节点FD1 218且通过双浮动扩散晶体管224排出到第二浮动扩散节点FD2 226且还可通过复位晶体管232排出到电压供应器VRFD244。从第二光电二极管SPD 228光生的过量电荷经配置以即使在溢出晶体管234关断时也通过溢出晶体管234溢出到第三浮动扩散节点FD3 236到电容器CAP 240。在一个实例中，溢出晶体管234可经配置以在积分期间比第二转移晶体管230更漏。在各个实例中，供应到溢出晶体管234的栅极的栅极偏压电压可大于供应到第二转移晶体管230的栅极偏压电压，及/或溢出晶体管234可经配置有额外通道植入物以在第二光电二极管SPD 228与电容器CAP 240之间提供用于在积分期间光生的过量电荷的泄漏路径。在各个实例中，电容器CAP240是横向溢出积分电容器(LOFIC)，其可用金属-氧化物-半导体电容器(MOSCAP)、金属-绝缘体-金属(MIM)电容器、高k MIM电容器或类似物实施。在一个实例中，电容器CAP 240的电容经配置以大于与第二浮动扩散节点FD2 226相关联的电容及与第一浮动扩散节点FD1218相关联的电容。
继续所描绘实例，抗晕晶体管242经配置为接通以在读出第二光电二极管SPD 228期间停用第一光电二极管LPD 214或耗光第一光电二极管LPD 214的光生电荷。因而，防止从第一光电二极管LPD 214光生的电荷干扰从第二光电二极管SPD 228读出光生电荷，从而影响第二光电二极管SPD 228的敏感度。在各个实例中，应了解，即使第二光电二极管SPD228的读出时间可为数微秒，但第一光电二极管LPD 214仍可饱和且溢出到第一浮动扩散节点FD1 218，如果没有抗晕晶体管242，这会负面影响第二光电二极管SPD 228的读出。
如将论述，在所描绘实例中，电容器读出晶体管238经配置以选择性地将电容器CAP 240及第三浮动扩散节点FD3 236耦合到第二浮动扩散节点FD2 226以调制与第二光电二极管SPD 228相关联的有效电容以提供来自第二光电二极管SPD 228的电荷的中间转换增益(MCG)读出信号。因此应了解，当电容器读出晶体管238接通时，从第二光电二极管SPD228光生的存储于电容器CAP 240及第三浮动扩散节点FD3 236中的过量电荷可通过第二浮动扩散节点FD2 226读出到第一浮动扩散节点FD1 218。
在操作中，复位晶体管232经配置以选择性地使像素电路204A复位。例如，当接通时，第一光电二极管LPD 214、第二光电二极管SPD 228、第一浮动扩散节点FD1 218、第二浮动扩散节点FD2 226、第三浮动扩散节点FD3 236及/或电容器CAP 240中的电荷可通过复位电容器232放电到电压源VRFD 244，从而使第一光电二极管LPD 214、第二光电二极管SPD228、第一浮动扩散节点FD1 218、第二浮动扩散节点FD2 226、第三浮动扩散节点FD3 236复位。
在一个实例中，应了解，图2A中描述的像素电路204A的电路元件可全部包含于单个晶片或半导体裸片中。应了解，在其它实例中，像素电路204A的一或多个元件可包含于彼此耦合的两个或更多个堆叠晶片中。为了说明，图2B说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路204B的另一实例的示意图。应了解，图2B的像素电路204B可为图1中展示的包含于像素阵列102中的像素电路104中的一者的另一实例，且上述类似命名及编号元件在下文类似地耦合及工作。还应了解，图2B中描绘的像素电路204B基本上类似于上文详细论述的图2A中描绘的像素电路204A。因而，应了解，图2B的像素电路204B的操作也类似于图2A的像素电路204A的操作。如将展示，图2B的像素电路204B与图2A的像素电路204A之间的差异之一是图2B中说明的实例像素电路204B的电路元件包含于两个晶片中，而非如图2A的实例像素电路204A中所描绘那样包含于单个晶片中。
如图2B中描绘的实例中展示，像素电路204B包含包含于第一晶片246(例如传感器晶片)及第二晶片248(例如专用集成电路(ASIC)晶片或逻辑晶片)中的电路元件。在一个实例中，第一晶片246及第二晶片248耦合在一起或以堆叠芯片方案堆叠在一起以提供根据本发明的教示的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。
如所描绘实例中展示，溢出晶体管234包含于第一晶片246中，而第三浮动扩散节点FD3 236的至少一部分及电容器CAP 240包含于第二晶片248中。在实例中，溢出晶体管234通过第一晶片246与第二晶片248之间的第一混合接合250耦合到第三浮动扩散节点FD3236及电容器CAP 240。
在图2B中描绘的实例中，第一晶片246进一步包含第一光电二极管LPD 214及第二光电二极管SPD 228、第一转移晶体管216、第二转移晶体管230、第一浮动扩散节点FD1 218及抗晕晶体管242。在所描绘实例中，第一晶片246进一步包含电容器读出晶体管238，其还通过第一晶片246与第二晶片248之间的第一混合接合250耦合到第三浮动扩散节点FD3236及电容器CAP 240。如所描绘实例中展示，第一晶片246还包含复位晶体管232、第二浮动扩散节点FD2 226、双浮动扩散晶体管224、源极跟随器晶体管220及行选择晶体管222。在所描绘实例中，复位晶体管通过第一晶片246与第二晶片248之间的混合接合259耦合到电压源VRFD 244。第二晶片248可进一步包含可包含于模/数转换器、控制电路系统及信号处理电路系统中的一或多个额外读出电路组件，例如电流源、路由电路系统及比较器。
在各个实例中，应了解，图2B中描绘的像素电路204B的操作类似于图2A中描绘的实例像素电路204A的操作，只是根据本发明的教示，实例像素电路204B的电路元件包含于两个晶片(例如第一晶片246及第二晶片248)中，而实例像素电路204A的电路元件包含于单个晶片中。
图2C说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路204C的又一实例的示意图。应了解，图2C的像素电路204C可为图1中展示的包含于像素阵列102中的像素电路104中的一者的另一实例且上述类似命名及编号元件在下文类似地耦合及工作。还应了解，图2C中描绘的像素电路204C基本上类似于上文详细论述的图2A中描绘的像素电路204A及/或图2B中描绘的像素电路204B。因而，应了解，图2C的像素电路204C的操作也类似于图2A的像素电路204A及/或图2B的像素电路204B的操作。如将展示，图2C的像素电路204C与图2B的像素电路204B之间的差异之一是图2C中说明的实例像素电路204C的电路元件的分布不同于图2B的像素电路204B的电路元件的分布。
为了说明，如图2C中描绘的实例中展示，像素电路204C包含包含于第一晶片246(例如传感器晶片)及第二晶片248(例如逻辑晶片)中的电路元件。在一个实例中，第一晶片246及第二晶片248耦合在一起或以堆叠芯片方案堆叠在一起以提供根据本发明的教示的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。在一个实例中，第二晶片可进一步包含列电路系统、行电路系统、控制电路系统、ASIC处理电路系统等。
继续图2C中描绘的实例，溢出晶体管234包含于第一晶片246中，而第三浮动扩散节点FD3 236及电容器CAP 240包含于第二晶片248中。在实例中，溢出晶体管234通过第一晶片246与第二晶片248之间的第一混合接合250耦合到第三浮动扩散节点FD3 236及电容器CAP 240。
在图2C中描绘的实例中，第一晶片246进一步包含第一光电二极管LPD 214及第二光电二极管SPD 228、第一转移晶体管216、第二转移晶体管230、第一浮动扩散节点FD1 218及抗晕晶体管242。在所描绘实例中，第二晶片248进一步包含电容器读出晶体管238、复位晶体管232、第二浮动扩散节点FD2 226、双浮动扩散晶体管234、源极跟随器晶体管220及行选择晶体管222。如图2C中展示的实例中描绘，第一浮动扩散节点FD1 218可通过第一晶片252与第二晶片254之间的第二混合接合256耦合到源极跟随器晶体管220的栅极及双浮动扩散晶体管234。另外，图2C中描绘的实例展示第二转移晶体管230可通过第一晶片252与第二晶片254之间的第三混合接合258耦合到第二浮动扩散节点FD2 236。
应了解，在另一实例中，可实施第三堆叠晶片，其中图2C中描绘的两个晶片可为根据本发明的教示的堆叠芯片方案的至少三个晶片中的两个晶片。在此实例中，第三晶片可耦合到第一晶片246及第二晶片248且与第一晶片246及第二晶片248堆叠，其中第三晶片可为逻辑晶片，其可包含例如列电路系统、行电路系统、控制电路系统、存储器电路系统、ASIC处理电路系统等。
在各个实例中，应了解，图2C中描绘的像素电路204C的操作类似于图2A中描绘的实例像素电路204A及/或图2B中描绘的实例像素电路204B的操作，只是根据本发明的教示，两个晶片(例如第一晶片246及第二晶片248)中实例像素电路204C的电路元件的分布不同于上文关于图2A中展示的实例像素电路204A及/或图2B中展示的实例像素电路204B详细论述的一或多个晶片中电路元件的分布。
图3展示说明根据本公开的教示的来自实例像素电路的四种不同读出信号增益设置的实例的表。应了解，根据本发明的教示，图3中展示的实例中描绘的四种不同读出信号增益设置可应用于本公开中描述的实例像素电路中的任一者，包含例如上文图2A、图2B及/或图2C中详细描述的像素电路204A、204B及/或204C。
如图3中展示，根据本发明的教示，在第一读出增益设置实例中，存储于较大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)处的电荷可从第一浮动扩散节点(例如第一浮动扩散节点FD1 218)读出以提供与较大光电二极管(例如用于暗光检测的第一光电二极管LPD214)相关联的高转换增益(HCG)读出。在各个实例中，存储于第一浮动扩散节点FD1218处的电荷经由源极跟随器晶体管220且通过行选择晶体管222通过位线212读出。
根据本发明的教示，图3中描绘的实例展示，在第二读出增益设置实例中，存储于较大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)处的电荷可从第一浮动扩散节点(例如第一浮动扩散节点FD1 218)及第二浮动扩散节点(例如第二浮动扩散节点FD2 226)读出以提供与具有小于与高转换增益(HCG)读出相关联的高转换增益的中等转换增益的大光电二极管(例如用于暗光检测的第一光电二极管LPD 214)相关联的中间转换增益(MCG)读出。在各个实例中，存储于第一浮动扩散节点FD1 218及第二浮动扩散节点FD2 226处的电荷经由双浮动扩散晶体管224、源极跟随器晶体管220且通过行选择晶体管222通过位线212读出。
根据本发明的教示，图3中描绘的实例进一步展示，在第三读出增益设置实例中，存储于小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)处的电荷可从第一浮动扩散节点(例如第一浮动扩散节点FD1 218)及第二浮动扩散节点(例如第二浮动扩散节点FD2 226)读出以提供与小光电二极管(例如用于亮光检测的第二光电二极管SPD 228)相关联的另一中间转换增益(MCG)读出。与小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)的中间转换增益(MCG)读出相关联的转换增益可小于与较大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)的高转换增益(HCG)读出相关联的高转换增益。在各个实例中，存储于第一浮动扩散节点FD1218及第二浮动扩散节点FD2 226处的电荷经由双浮动扩散晶体管224、源极跟随器晶体管220且通过行选择晶体管222通过位线212读出。在各个实例中，根据本发明的教示，抗晕晶体管242可在读出第二光电二极管SPD 228期间接通以停用第一光电二极管LPD 214或耗光第一光电二极管LPD 214的电荷，其因此防止响应于入射光而从第一光电二极管LPD 214光生的任何电荷影响第二光电二极管SPD 228的读出操作。
根据本发明的教示，图3中描绘的实例还展示，在第四读出增益设置实例中，存储于小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)及电容器(例如电容器CAP 240)处的电荷可从第一浮动扩散节点(例如第一浮动扩散节点FD1 218)、第二浮动扩散节点(例如第二浮动扩散节点FD2 236)及第三浮动扩散节点(例如第三浮动扩散节点FD3 236)读出以提供与小光电二极管(例如用于亮光检测的第二光电二极管SPD 228)相关联的低转换增益(LCG)读出。与小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)的低转换增益(LCG)读出相关联的转换增益小于与小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)的中间转换增益(MCG)读出相关联的转换增益。在各个实例中，存储于第一浮动扩散节点FD1 218、第二浮动扩散节点FD2226及第三浮动扩散节点FD3 236处的电荷经由双浮动扩散晶体管224、电容器读出晶体管238、源极跟随器晶体管220且通过行选择晶体管222通过位线212读出。在各个实例中，根据本发明的教示，抗晕晶体管242可在读出第二光电二极管SPD 228期间接通以停用第一光电二极管LPD 214或耗光第一光电二极管LPD 214的电荷(例如由第一光电二极管LPD 214在读出第二光电二极管SPD 228期间光生的电荷)，其因此防止来自第一光电二极管LPD 214的电荷影响第二光电二极管SPD 228的读出。
图4展示说明根据本公开的教示的来自实例像素电路的四种不同转换增益设置下的信号及复位信号的读出的实例的时序图。应了解，根据本发明的教示，图3中展示的实例时序图中描绘的信号可应用于本公开中描述的实例像素电路中的任一者，包含例如上文图2A、图2B及/或图2C中详细描述的像素电路204A、204B及/或204C。
如所展示，图4中描绘的实例说明行选择信号RS 422、复位信号RST 432、双浮动扩散信号DFD 424、电容器读出信号CRD 438、大转移控制信号LTX 416、小转移控制信号STX430、抗晕信号AB 442、电压源信号VRFD 444及溢出信号OF 434。图4中描绘的实例展示，空闲周期460之后是预充电周期462，预充电周期462之后是积分周期464、积分周期464之后是读出周期466。
图4中展示的时序图实例展示，在空闲周期460期间，行选择信号RS 422、电容器读出信号CRD 438、大转移控制信号LTX 416、小转移控制信号STX 430、抗晕信号AB 442、电压源信号VRFD 444及溢出信号OF 434处于低值且复位信号RST 432及双浮动扩散信号DFD424处于高值。
接着，在预充电周期462期间，行选择信号RS 422、电容器读出信号CRD 438、小转移控制信号STX 430、抗晕信号AB 442及电压源信号VRFD 444转变到高电平，从而允许相关联像素电路复位。接着，电容器读出信号CRD 438及小转移控制信号STX 430转变到低电平且大转移控制信号LTX 416脉动，且接着抗晕信号AB 442转变到低电平，且接着电压源信号VRFD 444转变到低电平，且接着行选择信号RS 422转变到低电平以使像素电路准备用于积分。
接着，在积分周期464期间，行选择信号RS 422、电容器读出信号CRD 438、大转移控制信号LTX 416、小转移控制信号STX 430、抗晕信号AB 442、电压源信号VRFD 444及溢出信号OF 434处于低值且复位信号RST 432及双浮动扩散信号DFD 424处于高值。溢出信号OF434的低值电平可经配置为与小转移控制信号STX 430的低值电平相同或不同。在一个实例中，溢出信号OF 434的低值可大于小转移控制信号STX 430的低值电平。因而，当第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)饱和时，由对应第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)光生的溢出到第一浮动扩散节点(例如第一浮动扩散节点FD1 218)的过量电荷将从第一浮动扩散节点FD1 218排出且通过双浮动扩散晶体管224、第二浮动扩散节点FD2 226及复位晶体管232到达电压供应器VRFD 244。同时，当第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)饱和时，由对应第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD228)光生的过量电荷将通过第三浮动扩散节点FD3 236溢出到电容器CAP 240用于存储。
接着，在读出周期466期间，行选择信号RS 422转变到高电平，且接着电压源信号VRFD 444转变到高电平，且接着复位信号RST 432转变到低电平。接着，LPD的中间转换增益复位信号值(LPD的MCG RST)可从像素电路读出。
接着，双浮动扩散信号DFD 424转变到低值，且接着高转换增益复位信号值(HCGRST)可从像素电路读出。
接着，大转移控制信号LTX 416脉动，且接着与第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)相关联的高转换增益信号值(HCG SIG)可从像素电路读出。
接着，双浮动扩散信号DFD 424转变到高值且大转移控制信号LTX 416脉动，且接着与第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)相关联的LPD的中间转换增益信号值(LPD的MCG SIG)可从像素电路读出。
接着，抗晕信号AB转变到高电平且复位信号脉动。接着，小光电二极管复位信号(SPD RST)读出。
接着，小转移控制信号STX 430脉动且接着可对应于SPD的中间转换增益信号值的小光电二极管信号值(SPD SIG)读出。此信号可包含转移到第一及第二浮动扩散节点的电荷，如图3中的第三读出增益设置中描绘。
接着，电容器读出信号CRD 438及小转移控制信号STX 430转变到高值且接着可对应于SPD的低转换增益信号值的电容器信号值(CAP SIG)值读出。此信号可包含累积且存储于小光电二极管(SPD)中的光生电荷以及溢出且存储于相关联电容器中的过量光生电荷，如图3中的第四读出增益设置中描绘。
接着，复位信号RST 432脉动，且电容器读出信号CRD 438及小转移控制信号STX430转变到低值。接着，在复位信号RST 432脉动完成之后，电容器读出信号CRD 438及小转移控制信号STX 430转变回到高值，接着电容器复位信号值(CAP RST)读出。接着，电容器读出信号CRD 438、小转移控制信号STX 430、抗晕信号AB 442及接着电压源信号VRFD 444及接着行选择信号转变到低值以完成读出周期466。应了解，在所说明实例中，抗晕信号AB442在包含与第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)相关联的电容器信号值(CAP SIG)及电容器复位信号值(CAP RST)的读出周期的第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)的整个读出操作期间保持高值(例如，接通相关联抗晕晶体管242)以避免来自第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)的电荷干扰与第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)相关联的光电二极管(或图像)信号。
应了解，在各个实例中，LPD的中间转换增益(LPD-MCG)信号值的相关双取样(CDS)值可响应于LPD的中间转换增益信号值(LPD的MCG SIG)与LPD的中间转换增益复位信号值(LPD的MCG RST)之间的差而确定。与第一或大光电二极管相关联的高转换增益(HCG)信号值的CDS值可响应于高转换增益信号值(HCG SIG)与高转换增益复位信号值(HCG RST)之间的差而确定。具有与第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)相关联的中间转换增益的小光电二极管(SPD)信号值的CDS值可响应于小光电二极管信号值(SPD SIG)与小光电二极管复位信号值(SPD RST)之间的差而确定。电容器(CAP)信号值的低转换增益(SPDLCG)信号值可响应于电容器信号值(CAP SIG)与在电容器信号值(CAP SIG)之后读出的电容器复位信号值(CAP RST)之间的差而确定。接着，与实例像素电路相关联的图像信号可基于与第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)相关联的高转换增益信号值(HCGSIG)、与第一或大光电二极管(例如第一光电二极管LPD 214)相关联的中间转换增益信号值(LPD MCG SIG)、与第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD 228)相关联的中间转换增益的小光电二极管(SPD)信号值及与第二或小光电二极管(例如第二光电二极管SPD228)相关联的低转换增益(SPD LCG)信号来产生，其可通过扩展与亮光成像部分相关联的动态范围来实现高达140dB的高动态范围。
图5说明根据本公开的教示的高动态范围像素电路504的又一实例的示意图。应了解，图5的像素电路504可为图1中展示的包含于像素阵列102中的像素电路104中的一者的另一实例且上述类似命名及编号元件在下文类似地耦合及工作。还应了解，图5中描绘的像素电路504与上文详细论述的图2A中描绘的像素电路204A共享许多相似点。因而，应了解，图5的像素电路504的操作也类似于图2A的像素电路204A的操作。如将展示，图5的像素电路504与图2A的像素电路204A之间的差异之一是复位晶体管532耦合于电源线PixVDD与第一浮动扩散节点FD1 518之间。
特定来说，如图5中描绘的实例中展示，像素电路504包含经配置以响应于入射光而光生电荷的第一光电二极管514及第二光电二极管528。在一个实例中，第一光电二极管514具有较大感测面积且因此可称为具有较高光敏感度且经配置用于感测暗光的大光电二极管(LPD)。在实例中，第二光电二极管528具有较小感测面积且因此可称为具有比第一光电二极管514更低的光敏感度且经配置用于感测亮光或强光的小光电二极管(SPD)。如实例中展示，第一转移晶体管516耦合到第一光电二极管514，且第一浮动扩散节点FD1 518耦合到第一转移晶体管516。在一个实例中，第一转移晶体管516响应于第一转移控制信号LTX而被控制。第二转移晶体管530耦合到第二光电二极管528，且第二浮动扩散节点FD2 526耦合到第二转移晶体管530。在一个实例中，第二转移晶体管530响应于第二转移控制信号STX而被控制。
继续所描绘实例，双浮动扩散晶体管524耦合于第一浮动扩散节点FD1 518与第二浮动扩散节点FD2 526之间。在一个实例中，溢出晶体管534耦合到第二光电二极管528且第三浮动扩散节点FD3 536耦合到溢出晶体管534。在一个实例中，溢出晶体管534响应于溢出控制信号OF而被控制。如所描绘实例中展示，电容器CAP 540耦合于电压源VRFD 544与第三浮动扩散节点FD3 536之间，第三浮动扩散节点FD3 536耦合到溢出晶体管534。另外，电容器读出晶体管538耦合于第三浮动扩散节点FD3 536(其耦合到电容器CAP 540)与第二浮动扩散节点FD2 526之间。抗晕晶体管542耦合于第一光电二极管514与电源线PixVDD之间。源极跟随器晶体管520的栅极耦合到第一浮动扩散节点FD1 518且行选择晶体管522耦合到源极跟随器晶体管520。如所描绘实例中展示，源极跟随器晶体管520及行选择晶体管522耦合于电源线PixVDD与位线512之间。
如所提及，图5的实例像素电路504与图2A的实例像素电路204A之间的差异之一是在图5中描绘的实例像素电路504中，复位晶体管532耦合于电源线PixVDD与第一浮动扩散节点FD1 518之间。因此，应了解，在图5中描绘的实例中，抗晕晶体管542耦合于复位晶体管532的漏极与第一光电二极管LPD 514之间。因而，根据本发明的教示，在所描绘实例中，可共享复位晶体管532及抗晕晶体管542的共同漏极以提供布局灵活性及像素缩放。
在所描绘实例中，行选择晶体管522经配置以响应于行选择信号RS而被控制，且复位晶体管532经配置以响应于复位信号RST而被控制。信号可响应于源极跟随器晶体管520的栅极处的电荷而通过位线512及行选择晶体管522从像素电路504读出。在操作中，由第一光电二极管514及第二光电二极管528光生的电荷可经由具有不同增益的多个读出信号通过位线512从像素电路504读出以提供根据本发明的教示的高动态范围，也如上文详细描述。
本发明所说明的实例的上文描述(包含说明书摘要中描述的内容)不希望为详尽的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文中已为了说明而描述本发明的具体实例，但相关领域的技术人员应认识到，各种修改可在本发明的范围内。
可鉴于上文详细描述来对本发明做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的具体实例。确切来说，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解译的公认原则来解释。

Claims (32)

1.一种像素电路，其包括：
第一光电二极管及第二光电二极管，其中所述第一及第二光电二极管响应于入射光而光生电荷；
第一转移晶体管，其耦合到所述第一光电二极管；
第一浮动扩散节点，其耦合到所述第一转移晶体管；
第二转移晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；
第二浮动扩散节点，其耦合到所述第二转移晶体管；
双浮动扩散晶体管，其耦合于所述第一与第二浮动扩散节点之间；
溢出晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；
电容器，其耦合于电压源与所述溢出晶体管之间；
电容器读出晶体管，其耦合于所述电容器与所述第二浮动扩散节点之间；及
抗晕晶体管，其耦合于所述第一光电二极管与电源线之间。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括：
源极跟随器晶体管，其具有耦合到所述第一浮动扩散节点的栅极；及
行选择晶体管，其耦合到所述源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管耦合于所述电源线与位线之间。
3.根据权利要求2所述的像素电路，其进一步包括耦合于所述电源线与所述第一浮动扩散节点之间的复位晶体管。
4.根据权利要求2所述的像素电路，其进一步包括耦合于所述电压源与所述第二浮动扩散节点之间的复位晶体管。
5.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述像素电路包含于包括至少一第一晶片及与所述第一晶片堆叠的第二晶片的堆叠式互补金属氧化物半导体图像传感器CIS系统中。
6.根据权利要求5所述的像素电路，其中所述溢出晶体管包含于所述第一晶片中，其中所述电容器包含于所述第二晶片中，其中所述溢出晶体管通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的第一混合接合来耦合到所述电容器。
7.根据权利要求6所述的像素电路，其中所述第一晶片进一步包含所述第一及第二光电二极管、所述第一及第二转移晶体管、所述第一浮动扩散节点及所述抗晕晶体管。
8.根据权利要求7所述的像素电路，
其中所述第一晶片进一步包含所述电容器读出晶体管，其中所述电容器读出晶体管通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的所述第一混合接合来耦合到所述电容器，
其中所述第一晶片进一步包括所述复位晶体管、所述第二浮动扩散节点、所述双浮动扩散晶体管、所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管。
9.根据权利要求7所述的像素电路，
其中所述第二晶片进一步包含所述电容器读出晶体管、所述复位晶体管、所述第二浮动扩散节点、所述双浮动扩散晶体管、所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管，
其中所述第一浮动扩散节点通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的第二混合接合来耦合到所述源极跟随器晶体管的所述栅极及所述双浮动扩散晶体管，
其中所述第二转移晶体管通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的第三混合接合来耦合到所述第二浮动扩散节点。
10.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述第一光电二极管具有第一光敏感度且所述第二光电二极管具有第二光敏感度，其中所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。
11.根据权利要求1所述的像素电路，其中第一转换增益信号经配置以响应于由所述第一光电二极管光生的转移到所述第一浮动扩散节点的所述电荷而从所述像素电路读出，其中所述双浮动扩散晶体管经配置以在所述第一转换增益信号从所述像素电路读出时关断。
12.根据权利要求10所述的像素电路，其中第二转换增益信号经配置以响应于由所述第一光电二极管光生的转移到所述第一浮动扩散节点及所述第二浮动扩散节点的所述电荷而从所述像素电路读出，其中所述双浮动扩散晶体管经配置为接通且所述电容器读出晶体管经配置以在所述第二转换增益信号从所述像素电路读出时关断。
13.根据权利要求10所述的像素电路，其中第三转换增益信号经配置以响应于由所述第二光电二极管光生的转移到所述第二浮动扩散节点及所述第一浮动扩散节点的所述电荷而从所述像素电路读出，其中所述双浮动扩散晶体管及所述抗晕晶体管经配置为接通且所述电容器读出晶体管经配置以在所述第三转换增益信号从所述像素电路读出时关断。
14.根据权利要求1所述的像素电路，其中由所述第二光电二极管响应于明亮入射光而光生的过量电荷经配置以通过所述溢出晶体管从所述第二光电二极管溢出到所述电容器。
15.根据权利要求14所述的像素电路，其中第四转换增益信号经配置以响应于由所述第二光电二极管光生的转移到所述第二浮动扩散节点及所述第一浮动扩散节点的所述电荷且响应于由所述第二光电二极管光生的已响应于所述明亮入射光而溢出到所述电容器的所述过量电荷而从所述像素电路读出，其中所述双浮动扩散晶体管、所述电容器读出晶体管及所述抗晕晶体管经配置以在所述第四转换增益信号从所述像素电路读出时接通。
16.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其包含布置成多个行及多个列的多个像素电路，其中所述像素电路中的每一者包含：
第一光电二极管及第二光电二极管，其中所述第一及第二光电二极管响应于入射光而光生电荷；
第一转移晶体管，其耦合到所述第一光电二极管；
第一浮动扩散节点，其耦合到所述第一转移晶体管；
第二转移晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；
第二浮动扩散节点，其耦合到所述第二转移晶体管；
双浮动扩散晶体管，其耦合于所述第一与第二浮动扩散节点之间；
溢出晶体管，其耦合到所述第二光电二极管；
电容器，其耦合于电压源与所述溢出晶体管之间；
电容器读出晶体管，其耦合于所述溢出晶体管与所述第二浮动扩散节点之间；及
抗晕晶体管，其耦合于所述第一光电二极管与电源线之间；
控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作，其中所述控制电路系统经配置以选择性地接通所述抗晕晶体管以停用所述第一光电二极管；及
读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素电路读出图像数据。
17.根据权利要求16所述的成像系统，其进一步包括耦合到所述读出电路系统以存储来自所述多个像素电路中的每一者的所述图像数据的功能逻辑。
18.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述多个像素电路中的每一者进一步包括：
源极跟随器晶体管，其具有耦合到所述第一浮动扩散节点的栅极；及
行选择晶体管，其耦合到所述源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管耦合于所述电源线与位线之间。
19.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述多个像素电路中的每一者进一步包括耦合于所述电源线与所述第一浮动扩散节点之间的复位晶体管。
20.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述多个像素电路中的每一者进一步包括耦合于所述电压源与所述第二浮动扩散节点之间的复位晶体管。
21.根据权利要求20所述的成像系统，其进一步包括至少一第一晶片及与所述第一晶片堆叠的第二晶片。
22.根据权利要求21所述的成像系统，其进一步包括：
第一晶片；及
第二晶片，其与所述第一晶片堆叠，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述溢出晶体管包含于所述第一晶片中，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器包含于所述第二晶片中，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述溢出晶体管通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的相应第一混合接合来耦合到所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器。
23.根据权利要求22所述的成像系统，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述第一及第二光电二极管、所述第一及第二转移晶体管、所述第一浮动扩散节点及所述抗晕晶体管包含于所述第一晶片中。
24.根据权利要求23所述的成像系统，
其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器读出晶体管包含于所述第一晶片中，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器读出晶体管通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的所述相应第一混合接合来耦合到所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器，
其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述复位晶体管、所述第二浮动扩散节点、所述双浮动扩散晶体管、所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管进一步包含于所述第一晶片中。
25.根据权利要求23所述的成像系统，
其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器读出晶体管、所述复位晶体管、所述第二浮动扩散节点、所述双浮动扩散晶体管、所述源极跟随器晶体管及所述行选择晶体管包含于所述第二晶片中，
其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述第一浮动扩散节点通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的相应第二混合接合来耦合到所述多个像素电路中的所述每一者的所述源极跟随器晶体管的所述栅极及所述双浮动扩散晶体管，
其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二转移晶体管通过所述第一晶片与所述第二晶片之间的相应第三混合接合来耦合到所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二浮动扩散节点。
26.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述第一光电二极管具有第一光敏感度且所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二光电二极管具有第二光敏感度，其中所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。
27.根据权利要求16所述的成像系统，其中第一转换增益信号经配置以响应于由所述第一光电二极管光生的转移到所述多个像素电路中的所述每一者的所述第一浮动扩散节点的所述电荷而从所述多个像素电路中的所述每一者读出，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述双浮动扩散晶体管经配置以在所述第一转换增益信号从所述多个像素电路中的所述每一者读出时关断。
28.根据权利要求26所述的成像系统，其中第二转换增益信号经配置以响应于由所述第一光电二极管光生的转移到所述多个像素电路中的所述每一者的所述第一浮动扩散节点及所述第二浮动扩散节点的所述电荷而从所述多个像素电路中的所述每一者读出，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述双浮动扩散晶体管经配置为接通且所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器读出晶体管经配置以在所述第二转换增益信号从所述多个像素电路中的所述每一者读出时关断。
29.根据权利要求26所述的成像系统，其中第三转换增益信号经配置以响应于由所述第二光电二极管光生的转移到所述第二浮动扩散节点及所述第一浮动扩散节点的所述电荷而从所述像素电路读出，其中所述双浮动扩散晶体管及所述抗晕晶体管经配置为接通且所述电容器读出晶体管经配置以在所述第三转换增益信号从所述像素电路读出时关断。
30.根据权利要求16所述的成像系统，其中由所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二光电二极管响应于明亮入射光而光生的过量电荷经配置以通过所述多个像素电路中的所述每一者的所述溢出晶体管从所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二光电二极管溢出到所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器。
31.根据权利要求30所述的成像系统，其中第四转换增益信号经配置以响应于由所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二光电二极管光生的转移到所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二浮动扩散节点及所述第一浮动扩散节点的所述电荷且响应于由所述多个像素电路中的所述每一者的所述第二光电二极管光生的已响应于所述明亮入射光而溢出到所述多个像素电路中的所述每一者的所述电容器的所述过量电荷而从所述多个像素电路中的所述每一者读出，其中所述多个像素电路中的所述每一者的所述双浮动扩散晶体管、所述电容器读出晶体管及所述抗晕晶体管经配置以在所述第四转换增益信号从所述多个像素电路中的所述每一者读出时接通以停用所述第一光电二极管。
32.根据权利要求31所述的成像系统，其中所述第三及第四转换增益信号经配置以在所述第一转换增益信号之后读出，且所述多个像素电路中的每一者的所述图像数据基于所述第一、第二、第三及第四转换增益信号产生。
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