CN117999796A - 具有可调转换增益的固态成像设备、驱动方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种固态成像设备，包括：像素阵列，其中一个或多个像素形成像素单元，其中，每个像素单元包括：一个或多个光电二极管，用于将电磁辐射转换成电荷；一个或多个传输栅极设备，每个传输栅极设备与所述一个或多个光电二极管中的一个光电二极管对应，并用于选择性地传输所述电荷；浮动扩散区，用于累积从所述一个或多个传输栅极设备传输的所述电荷；选择器，用于选择性地输出与所述浮动扩散区中累积的所述电荷对应的输出信号；第一切换设备，用于在两种类型的转换增益之间选择性地切换；复位设备，连接到电源电压，并且用于选择性地复位在所述浮动扩散区中累积的所述电荷；其中，第一像素单元中第一切换设备与复位设备之间的第一节点连接到一个或多个第二像素单元中第一切换设备与复位设备之间的一个或多个第二节点。

Description

具有可调转换增益的固态成像设备、驱动方法及电子设备

技术领域

本申请涉及固态成像设备领域。更具体地，本发明涉及可调转换增益结构、其驱动方法和相关电子设备，该电子设备增强了信噪比和动态范围。

背景技术

满阱容量是与固态成像设备相关的一个关键性能指标，是能够累积将检测到的电磁辐射转换成电子而产生的电荷的容量的上限。由于超过满阱容量的电荷不能作为信号被检测到，因此较低的满阱容量会导致在大量的电磁辐射下产生较低的动态范围(dynamicrange，DR)和较低的信噪比(signal to noise ratio，SNR)。相反，较高的满阱容量有助于再现较高清晰度的图像，较高清晰度的图像更能反映检测到的电磁辐射。因此，较高的满阱容量总是优选的，并且在固态成像设备有限的面积下，满阱容量强烈要求尽可能地被增加。

为了增加信噪比和动态范围，引入了合并切换，以连接不同像素中的多个浮动扩散节点，从而增加浮动扩散区的容量。例如，US 9,961,262 B2公开了一种固态成像设备，其中，应用一个或两个合并切换(BIN1、BIN2)来改变浮动扩散区的容量。合并切换将两个不同行中的浮动扩散区电短路，以增加浮动扩散区的容量。因此，可以在浮动扩散区中累积更多的电荷，从而实现用于高动态范围的低转换增益模式。

但是，即使通过使用相关技术等中的合并切换来增加浮动扩散区的电容，也不足以存储传输到浮动扩散区中的所有电荷。此外，相关技术不兼容并行读出两行。此外，相关技术不适合于具有多像素(例如四像素)拜耳设置的拜耳滤光片。

发明内容

本申请实施例提供了一种固态成像设备、其驱动方法和相关装置，以实现更大容量的浮动扩散区。本申请的一些实施例还提供了一种固态成像设备、其驱动方法和相关装置，以解决现有技术中的一个或多个问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种固态成像设备，包括：像素阵列，其中，一个或多个像素形成像素单元，其中，每个像素单元包括：

一个或多个光电二极管，用于将电磁辐射转换成电荷；

一个或多个传输栅极设备，每个传输栅极设备与一个或多个光电二极管中的一个光电二极管对应，并用于选择性地传输电荷；

浮动扩散区，用于累积从一个或多个传输栅极设备传输的电荷；

选择器，用于选择性地输出与浮动扩散区中累积的电荷对应的输出信号；

第一切换设备，用于在两种类型的转换增益之间选择性地切换；

复位设备，连接到电源电压，并且用于选择性地复位在浮动扩散区中累积的电荷；

其中，第一像素单元中第一切换设备与复位设备之间的第一节点连接到一个或多个第二像素单元中第一切换设备与复位设备之间的一个或多个第二节点。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，第一像素单元和连接到第一像素单元的一个或多个第二像素单元共用输出信号线。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，一个或多个第二像素单元中的每个第二像素单元中的传输设备和复位设备在整个第一周期中关断，在第一周期中，第一像素单元的读出操作被执行。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，一个或多个第二像素单元中的第一切换设备在整个第一预定周期中导通，第一预定周期在第一周期开始之后开始并在第一周期结束之前结束。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，每个像素单元还包括：

第二切换设备，连接在一个或多个第二像素单元中的一个第二像素单元中的第一节点与第二节点之间；

其中，第一像素单元中的第二切换设备和一个或多个第二像素单元中的第二切换设备在整个第一预定周期中导通。

结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，第二切换设备的阈值电压等于或大于复位设备或第一切换设备的阈值电压。

结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，在高转换增益模式中，第一像素单元中的复位设备在整个第一周期中导通，浮动扩散区中累积的电荷通过导通第一像素单元中的第一切换设备来复位；

在中转换增益模式中，第一像素单元中的第一切换设备在整个第一周期中导通，浮动扩散区中累积的电荷通过导通第一像素单元中的复位设备来复位；

在低转换增益模式中，第一像素单元中的第一切换设备和一个或多个第二切换设备在整个第一周期中导通，浮动扩散区中累积的电荷通过导通一个或多个第二像素单元中的选择器来复位。

结合第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，在LCG模式和MCG模式中，一个或多个第二像素单元中的一个或多个选择器中的全部或部分在整个第一预定周期中导通，第一预定周期在第一周期开始之后开始并在第一周期结束之前结束。

结合第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式中，第一像素单元中的第二切换设备和一个或多个第二像素单元中的第二切换设备串联连接；或第一像素单元中的第二切换设备和一个或多个第二像素单元中的第二切换设备并联连接。

结合第一方面，在第一方面的第九种可能的实现方式中，第一像素单元与一个或多个第二像素单元设置在相同行、不同列；或

第一像素单元与一个或多个第二像素单元设置在不同行且、相同列；或

第一像素单元与一个或多个第二像素单元设置在不同行、不同列。

结合第一方面，在第一方面的第十种可能的实现方式中，第一像素单元和一个或多个第二像素单元设置在相同行或相同列。

结合第一方面，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，第一像素单元和一个或多个第二像素单元规则间隔设置在相同行或相同的列中。

结合第一方面，在第一方面的第十二种可能的实现方式中，像素单元以拜耳色彩滤波模式设置，第一像素单元和一个或多个第二像素单元具有相同的彩色滤光片。

结合第一方面，在第一方面的第十三种可能的实现方式中，第二切换设备的源极端子或漏极端子与第一切换设备的源极端子或漏极端子共用有源区域。

结合第一方面，在第一方面的第十四种可能的实现方式中，第二切换设备的长度或宽度等于或小于第一切换设备、复位设备和选择器中的一个或多个的长度或宽度。

结合第一方面，在第一方面的第十四种可能的实现方式中，固态成像设备还包括位于以下之间的一个或多个屏蔽元件：连接第一像素单元和一个或多个第二像素单元的一个集合中的第一节点和一个或多个第二节点的导线；连接第一像素单元和一个或多个第二像素单元的一个或多个其它集合中的第一节点和一个或多个第二节点的导线；电源电压；接地电压；输出电压。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种图像传感器，包括根据第一方面及其可能的实现方式中的任一项的固态成像设备。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种电子装置，包括根据第一方面及其可能的实现方式中的任一项的固态成像设备。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种用于固态成像设备的驱动方法，固态成像设备包括：像素阵列，其中，一个或多个像素形成像素单元，其中，每个像素单元包括：

一个或多个光电二极管，用于将电磁辐射转换成电荷；

一个或多个传输栅极设备，每个传输栅极设备与一个或多个光电二极管中的一个光电二极管对应，并用于选择性地传输电荷；

浮动扩散区，用于累积从一个或多个传输栅极设备传输的电荷；

选择器，用于选择性地输出与浮动扩散区中累积的电荷对应的输出信号；

第一切换设备，用于在两种类型的转换增益之间选择性地切换；

复位设备，连接到电源电压，并且用于选择性地复位在浮动扩散区中累积的电荷；

其中，第一像素单元中第一切换设备与复位设备之间的第一节点连接到一个或多个第二像素单元中第一切换设备与复位设备之间的一个或多个第二节点；

该方法包括：

在整个第一周期中关断一个或多个第二像素单元中的每个第二像素单元中的传输设备和复位设备，在第一周期中，第一像素单元的读出操作被执行；

在整个第一预定周期中导通一个或多个第二像素单元中的第一切换设备，第一预定周期在第一周期开始之后开始并在第一周期结束之前结束。

结合第四方面，在第四方面的第一种可能的实现方式中，每个像素单元还包括：

第二切换设备，连接在一个或多个第二像素单元中的一个第二像素单元中的第一节点与第二节点之间；

该方法还包括：

在整个第一预定周期中导通第一像素单元中的第二切换设备和一个或多个第二像素单元中的第二切换设备。

结合第四方面，在第四方面的第二种可能的实现方式中，该方法还包括：

在高转换增益模式中，在整个第一周期中导通第一像素单元中的复位设备，通过导通第一像素单元中的第一切换设备来复位浮动扩散区中累积的电荷；

在中转换增益模式中，在整个第一周期中导通第一像素单元中的第一切换设备，通过导通第一像素单元中的复位设备来复位浮动扩散区中累积的电荷；

在低转换增益模式中，在整个第一周期中导通第一像素单元中的第一切换设备和一个或多个第二切换设备，通过导通一个或多个第二像素单元中的选择器来复位浮动扩散区中累积的电荷。

附图说明

为了更清楚地描述本申请实施例或背景技术中的技术方案，以下将对用于描述本申请实施例或背景技术的附图进行描述。显然，以下描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是根据本发明实施例的固态成像设备的示例的框图。

图2是根据本发明实施例的电路图，包括通过导线连接的两个像素。

图3A至图3C示出了根据本发明实施例的连接多个像素用于并行读出的不同方式。

图4是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素，多个像素通过串联设置的切换设备连接。

图5是基于图4所示电路图的读出操作期间的时序图。

图6是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素，多个像素通过并联设置的切换设备连接。

图7是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素，多个像素以一个切换设备的源极端子连接到另一个切换设备的漏极端子的方式连接。

图8是根据本发明实施例的电路图，包括所有像素，这些像素在相同的列中并通过切换设备连接。

图9是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素，多个像素通过多行和多列中的切换设备连接。

图10是根据本发明实施例的电路图，包括四组光电二极管和传输设备，它们共用像素设备。

图11是将图10所示的实施例应用于四像素拜耳色彩滤波模式的电路图。

图12是根据本发明实施例的在像素单元的半导体衬底上形成的示例性电路布局的俯视图，该像素单元包括光电二极管。

图13是根据本发明实施例的在像素单元的半导体衬底上形成的示例性电路布局的俯视图，该像素单元包括四个光电二极管。

图14是根据本发明实施例的示例性电路布局的俯视图，切换设备被隔离地放置在该示例性电路布局中。

图15是根据本发明实施例的电路图，其中，在图4所示实施例中添加切换设备之间的导线之间的屏蔽。

图16是根据本发明实施例的图15所示电路图的示例性电路布局的俯视图。

图17是根据本发明实施例的像素阵列的一部分的剖视图。

图18是根据本发明实施例的固态成像设备的示意图。

图19是具有成像元件的电子装置的示例性配置的图，本技术应用该成像元件。

图20示出了本技术所应用的一些技术的示例。

具体实施方式

本申请中使用的术语仅旨在描述特定的可能实现方式，而不是限制本申请。包括所附权利要求书在内的本申请中使用的用于单数形式的术语“一个”、“该”和“所述”也旨在包括复数形式的情况，除非另有明确说明。还应理解，本说明书中使用的术语“和/或”是指一个或多个列出的相关项的任何或所有可能的组合。还应理解，本说明书中使用的术语“包括”指定特征、数据、信息、实体、步骤、操作、设备、单元、元件和/或组件的存在，而不排除存在或附加一个或多个其它特征、数据、信息、实体、步骤、操作、设备、单元、元件、组件和/或其组合。

应理解，尽管本申请实施例中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种设备或单元，但这些设备或单元不应受到这些术语的限定。这些术语仅用于区分设备或单元。例如，在不脱离本申请实施例的范围的前提下，第一设备和第一单元可以分别称为第二设备和第二单元。类似地，第二设备和第二单元可以分别称为第一设备和第一单元。

需要说明的是，本申请中的步骤顺序可以自由设置。也就是说，本申请对步骤顺序不做限定。

以下结合附图对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图1示出了根据本发明实施例的固态成像设备的示例的框图。在图1中，固态成像设备100包括像素阵列101、控制电路102、读出电路103和信号处理电路104。像素阵列101是像素的二维(two-dimensional，2D)阵列，其中，像素按行(图1中的R1至Ry)和列(图1中的C1至Cx)设置，并且每个像素检测电磁辐射。控制电路102通过产生快门信号、行选择信号和其它控制信号等各种信号来控制像素阵列101，使得像素阵列101中的每个像素通过位线向读出电路103输出与检测到的电磁辐射对应的数字信号。读出电路103将数字信号发送到信号处理电路104以进行进一步处理。像素阵列可以用于正面照明和/或背面照明。

图2是根据本发明实施例的电路图，包括通过导线连接的两个像素。图2示出了两个像素的进一步细节，这两个像素可以是图1的像素阵列101的一部分。图2中上半部分带<n>的元件，即光电二极管PD<n>、传输门设备TX<n>、复位设备RST<n>、双转换增益设备DCG<n>(也可以称为第一切换设备)、浮动扩散节点FD<n>、源跟随器设备SF<n>和选择器(例如行选择器设备)SEL<n>形成像素阵列101中的第n个像素(可以称为像素单元)。类似地，图2中下半部分带<n+1>的元件，即PD<n+1>、TX<n+1>、RST<n+1>、DCG<n+1>、FD<n+1>、SF<n+1>和SEL<n+1>形成像素阵列101中的第n+1个像素。形成像素的这些元件可以正确地称为像素设备。一些像素设备，例如TX、RST、DCG、SF和SEL可以通过互补金属氧化物半导体(complementarymetal oxide semiconductor，CMOS)晶体管实现。

现在，对图2的上半部分中的第n个像素进行详细描述。PD<n>连接到AVSS1，该AVSS1可以是接地或负电压，例如，范围为–5.0V至0V。PD<n>检测电磁辐射，并将电磁辐射转换成电子。电子停留在PD<n>与TX<n>之间，除非TX<n>置于导电状态。当TX<n>在其栅极上接收来自控制电路102的传输信号并置于导电状态(导通)时，TX<n>将电子传输到FD<n>。FD<n>接收电子并累积电子产生的电荷。

FD<n>连接到SF<n>的栅极，从而实现放大器，该放大器放大FD<n>中累积的电荷变化。此外，电流源(Icolumn)连接在SEL与接地之间。当SEL<n>在其栅极上接收来自控制电路102的行选择信号并置于导电状态(导通)时，作为与FD<n>中累积的电荷对应的电压的输出信号Vout通过SEL被传输到输出信号线Vout<m>。因此，当TX<n>和SEL<n>的栅极导通时，在输出信号线Vout<m>上获得与PD产生的电子对应的输出信号。

当DCG<n>导通时，复位设备RST<n>选择性地复位FD<n>中累积的电荷，并且RST<n>在其栅极上从控制电路102接收复位信号，并且连接(导通)到电源电压AVDD。

DCG<n>可以连接在RST<n>与FD<n>之间，并且可以选择性地导通或关断以在两种类型的转换增益之间切换：一种是低动态范围(low dynamic range，LDR)的低转换增益(low conversion gain，LCG)模式，通过连接FD<n>和另一个FD来实现，该另一个FD例如是另一个像素中的FD<n+1>，该另一个像素例如是第n+1个像素；另一种是高动态范围(highdynamic range，HDR)的高转换增益(high conversion gain，HCG)模式，通过断开FD<n>和其它像素中的其它FD来实现。

第n个像素中RST<n>的源极端子与DCG<n>的漏极端子之间的节点202<n>可以通过导线201连接到第n+1个像素中RST<n+1>的源极端子与DCG<n+1>的漏极端子之间的节点202<n+1>。第n个像素和第n+1个像素均连接(换句话说，共用)相同的输出信号线Vout<m>，也就是说，这两个像素都向相同的输出信号线Vout<m>输出它们的输出信号。

现在描述第n个像素的读出操作。

在固态成像设备的低转换增益(low conversion gain，LCG)模式中，SEL<n>在读出操作期间导通，以选择第n个像素，并且RST<n>在读出操作开始时的预定周期期间被导通，以释放在FD<n>中累积的电荷(复位操作)。同时或之后，DCG<n>和DCG<n+1>导通，以通过DCG<n>、节点202<n>、导线201、节点202<n+1>和FD<n+1>将FD<n>连接到FD<n+1>。因此，FD<n>的容量增加了FD<n+1>的容量和寄生电容，该寄生电容是由于从节点202<n>通过节点202<n+1>的布线引起的。

有时在复位操作之后，TX<n>导通，以将PD<n>产生的电子传输到FD<n>。需要说明的是，TX<n+1>在第n个像素的读出操作期间关断，以避免TX<n+1>将PD<n+1>产生的电子传输到FD<n>。然后，FD<n>(容量增加了FD<n+1>的容量和寄生电容，该寄生电容是由于布线引起的)中累积的电荷被转换成电压信号，该电压信号将被输出到输出信号线Vout<m>。

在一些实施例中，可以同时导通SEL<n>和SEL<n+1>，以形成源极跟随器设备(SF<n>和SF<n+1>)的并联连接。这降低了用于将FD<n>和FD<n+1>中累积的电荷转换成输出到Vout<m>的电压信号的放大器的随机噪声和随机电报信号噪声。

在一些实施例中，与第n个像素和第n+1个像素类似的像素的其它集合可以在像素阵列中的任何周期性模式中重复放置。一些像素集合可以用于连接并输出到它们的公共输出信号线(例如，Vout<m>)，而一些其它像素集合可以用于连接并输出到它们的公共输出信号线(例如，Vout<m+1>)。可以有两个或更多个这样的像素集合，相应地，可以有两条或更多条这样的公共输出信号线。因此，并行读出操作被启用，同时实现FD的增加的容量。

图3A至图3C示出了根据本发明实施例的连接多个像素用于并行读出的不同方式。

在一些实施例中，第n个像素可以连接到一个或多个像素，换句话说，节点202<n>可以连接到相同和/或不同行和/或列中的一个或多个像素中的一个或多个节点202。在这种情况下，第n个像素可以用作关于图2所描述的第n个像素，并且除第n个像素以外的一个或多个像素可以用作关于图2所描述的第n+1个像素。可以省略202和FD等附图标记，以避免使图复杂。

在图3A中，第n个像素和第n+1个像素通过导线301连接，第n+2个像素和第n+3个像素通过导线302连接，第n+4个像素和第n+5个像素通过导线303连接。导线301、302和303等效于图2中的导线201。每对连接的像素以与关于图2描述的类似的方式配置。连接到不同输出信号线Vout<m>和Vout<m+1>的各个像素可以并行读出。

在图3B中，第n个像素和第n+1个像素通过导线301连接，第n+2个像素和第n+3个像素通过导线302连接，第n+4个像素和第n+5个像素通过导线303连接。导线301、302和303等效于图2中的导线201。每对连接像素以与关于图2描述的类似的方式配置。有三条输出信号线，连接到不同输出信号线Vout<m>、Vout<m+1>和Vout<m+2>的各个像素可以并行读出。

在图3C中，三个像素，即第n个像素、第n+1个像素和第n+2个像素，通过导线304连接，其它三个像素，即第n+3个像素、第n+4个像素和第n+5个像素，通过导线305连接。导线304和305等效于图2中的导线201。如图3C所示，导线304连接三个节点：在第n个像素中RST<n>的源极端子与DCG<n>的漏极端子之间的节点202<n>，在第n+1个像素中RST<n+1>的源极端子与DCG<n+1>的漏极端子之间的节点202<n+1>，在第n+2个像素中RST<n+2>的源极端子与DCG<n+2>的漏极端子之间的节点202<n+2>。同样如图3C所示，导线305连接三个节点：在第n个像素中RST<n+3>的源极端子与DCG<n+3>的漏极端子之间的节点202<n+3>，在第n+4个像素中RST<n+4>的源极端子与DCG<n+4>的漏极端子之间的节点202<n+4>，在第n+5个像素中RST<n+5>的源极端子与DCG<n+5>的漏极端子之间的节点202<n+5>。每对连接像素以与关于图2描述的类似的方式配置。有三条输出信号线，因此，连接到不同输出信号线Vout<m>、Vout<m+1>和Vout<m+2>的各个像素可以并行读出。并行读出的输出信号线的数量可以多于2条。并行读出的输出信号线的最大数量可能取决于实现方式、配置或设计规则。

根据结合图2至图3C描述的实施例，多个像素中的多个FD仅通过导线连接，并且不需要提供电容等任何特定设备来增加FD的容量。这使得FD的容量增加，同时在固态成像设备中的有限区域中消耗最小的空间。

图4是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素，多个像素通过串联设置的切换设备连接。切换设备也可以称为第二切换设备或可调转换增益(tunable conversiongain，TCG)设备，并且在图中示出为TCG<n>、TCG<n+1>等。第二切换设备(或TCG)的阈值电压可以等于或大于复位设备(RST)或第一切换设备(DCG)的阈值电压，从而避免任何电荷通过TCG泄漏到连接的像素。

图4的电路的拓扑结构与图2至图3C类似，TCG除外。除了图2至图3C所示的像素设备之外，图4所示的每个像素还包括TCG。

第n个像素包括TCG<n>，第n+2个像素包括TCG<n+2>。第n个像素中RST<n>的源极端子与DCG<n>的漏极端子之间的节点202<n>可以连接到TCG<n>的源极端子，TCG<n>的漏极端子可以连接到第n+2个像素中的TCG<n+2>的漏极端子。此外，TCG<n+2>的源极端子可以连接到第n+2个像素中RST<n+2>的源极端子与DCG<n+2>的漏极端子之间的节点202<n+2>。因此，TCG<n>和TCG<n+2>串联连接，并且当TCG<n>和TCG<n+2>都导通时，FD<n>连接到FD<n+2>。这增加了FD<n>的容量。

第n个像素和第n+2个像素均连接(换句话说，共用)相同的输出信号线Vout<0>，也就是说，这两个像素都将它们的输出信号输出到相同的输出信号线Vout<0>。

类似地，第n+1个像素包括TCG<n+1>，第n+3个像素包括TCG<n+3>，FD<n+1>通过DCG<n+1>、节点202<n+1>、TCG<n+1>、TCG<n+3>、节点202<n+3>和DCG<n+3>连接到FD<n+3>。这两个像素连接并共用相同的输出信号线Vout<1>。

由于每个像素除了DCG之外还包括TCG，因此固体设备成像设备可以在中转换增益(middle conversion gain，MCG)模式中操作，该MCG模式具有在用于高动态范围(highdynamic range，HDR)的低转换增益(low conversion gain，LCG)与用于低动态范围(lowdynamic range，LDR)的高转换增益(high conversion gain，HCG)之间的转换增益。这使得固体设备成像设备可以在广泛的应用中使用。

图5是基于图4所示电路图的读出操作期间的时序图。尽管图5中未示出，但快门操作是通过导通RST、DCG、TCG和TX来完成的，以便释放PD中累积的电荷。包括与输出信号线Vout<0>连接的第n个像素的第n行和包括与输出信号线Vout<1>连接的第n+1个像素的第n+1行是同时读取的，因此，这些行(这些行中的像素)的时序图是相同的。这意味着这些行的读出操作可以并行完成。类似地，包括与输出信号线Vout<0>连接的第n+2个像素的第n+2行和包括与输出信号线Vout<1>连接的第n+3个像素的第n+3行同时被读取，因此，可以在这些行(像素)上进行并行读出。

现在结合图5描述第n个像素的读出操作，第n个像素的FD<n>连接到第(n+2)个像素的FD<n+2>。

响应于来自控制电路102(图1)的行选择信号SEL(n)，第n行中包括的第n个像素中的SEL<n>在读出操作期间导通，以选择第n个像素。

在低转换增益(low conversion gain，LCG)模式、中转换增益(middleconversion gain，MCG)模式和高转换增益(high conversion gain，HCG)模式中的每个模式中，通过执行相关双采样(correlating double sampling，CDS)来获得信号，该CDS使用复位电平与信号电平之间的差值，复位电平在复位操作之后且在TX<n>导通之前被采样，信号电平在TX<n>关断之后且在SEL<n>关断之前被采样。

在LCG模式中，第n个像素中的DCG<n>和TCG<n>，以及第n+2个像素中的TCG<n+2>和DCG<n+2>总是导通，第n+2个像素的FD<n+2>连接到FD<n>。在SEL<n>导通之后的预定时间段内，RST<n>导通，以释放FD<n>中累积的电荷(复位操作)。在图5中的LCG复位处，检测到输出到输出信号线Vout<0>的电压为V(LCG复位)。该电压电平称为复位电平。接下来，TX<n>在预定的时间段导通，以将PD<n>产生的电子传输到FD<n>。在图5中的LCG信号处，检测到输出到Vout<0>的电压为V(LCG信号)。该电压电平称为信号电平。然后，计算差值ΔVsignal＝V(LCG信号)–V(LCG复位)，用于表示PD<n>检测到的电磁辐射的强度。

在MCG模式中，第n个像素中的DCG<n>和第n+2个像素中的DCG<n+2>总是导通，第n+2个像素的FD<n+2>连接到FD<n>。在SEL<n>导通之后的预定时间段内，RST<n>导通，以释放FD<n>中累积的电荷(复位操作)。在图5中的MCG复位处，检测到输出到输出信号线Vout<0>的电压为V(MCG复位)。该电压电平称为复位电平。接下来，TX<n>在预定的时间段导通，以将PD<n>产生的电子传输到FD<n>。在图5中的MCG信号处，检测到输出到Vout<0>的电压为V(MCG信号)。该电压电平称为信号电平。然后，计算差值ΔVsignal＝V(MCG信号)–V(MCG复位)，用于表示PD<n>检测到的电磁辐射的强度。

在HCG模式中，第n个像素中的RST<n>和第n+2个像素中的DCG<n+2>总是导通，第n+2个像素的FD<n+2>连接到FD<n>，DCG<n>负责复位操作。在SEL<n>导通之后的预定时间段内，DCG<n>导通，以释放FD<n>中累积的电荷(复位操作)。在图5中的HCG复位处，检测到输出到输出信号线Vout<0>的电压为V(HCG复位)。该电压电平称为复位电平。接下来，TX<n>在预定的时间段导通，以将PD<n>产生的电子传输到FD<n>。在图5中的HCG信号处，检测到输出到Vout<0>的电压为V(HCG信号)。该电压电平称为信号电平。然后，计算差值ΔVsignal＝V(HCG信号)–V(HCG复位)，用于表示PD<n>检测到的电磁辐射的强度。

这样，FD<n>(容量增加了FD<n+2>的容量和寄生电容，该寄生电容是由于FD<n>与FD<n+2>之间的布线引起的)中累积的电荷被转换成电压信号，该电压信号表示由PD<n>检测到的电磁辐射强度。

需要说明的是，在LCG、MCG和HCG模式中的任何一种模式中，TX<n+2>在第n个像素的读出操作期间被关断，以避免TX<n+2>将PD<n+2>产生的电子传输到与FD<n>连接的FD<n+2>。

图6是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素设备，多个像素设备通过并联设置的切换设备连接。与图4所示的电路图类似，图6所示的每个像素除了包括图2至图3C所示的像素设备之外，还包括TCG。

第n个像素包括TCG<n>，第n+2个像素包括TCG<n+2>。第n个像素中RST<n>的源极端子与DCG<n>的漏极端子之间的节点202<n>可以连接到TCG<n>的源极端子和TCG<n+2>的源极端子。此外，第n+2个像素中RST<n+2>的源极端子与DCG<n+2>的漏极端子之间的节点202<n+2>可以连接到第n个像素中TCG<n>的漏极端子和第n+2个像素>中TCG<n+2>的漏极端子。因此，TCG<n>和TCG<n+2>并联连接，并且当TCG<n>和TCG<n+2>中的一个或两个导通时，FD<n>连接到FD<n+2>。与结合图4描述的实施例相比，这增加了FD<n>的容量，并进一步降低了TCG设备的导通电阻。

图7是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素设备，多个像素设备以一个切换设备的源极端子连接到另一个切换设备的漏极端子的方式连接。与图4和图6所示的电路图类似，图7所示的每个像素除了包括图2至图3C所示的像素设备之外，还包括TCG。与图6不同的是，第n个像素中的TCG<n>的漏极端子连接到图7中第n+2个像素中的TCG<n+2>的漏极端子。与以上所描述的实施例类似，本实施例也实现了任何可调转换增益(即，LCG/MCG/HCG模式中的任何一种模式)、增加的FD容量和并行读出操作，或这些操作的任何组合。

图8是根据本发明实施例的电路图，包括所有像素设备，这些像素设备在相同的列中并通过切换设备连接。与图4、图6和图7所示的电路图类似，图8所示的每个像素除了包括图2至图3C所示的像素设备之外，还包括TCG。与图4、图6和图7相比，图8的电路图相对简单。在图8中，相同的列中的所有像素通过TCG连接。具体地，第n个像素中的TCG<n>连接在相邻像素的节点202<n>与节点202<n+1>之间。该配置在相同的列中重复。因此，与图2至图4和图6至图7中的配置相比，FD的容量大幅提高。

图9是根据本发明实施例的电路图，包括多个像素设备，多个像素设备通过多行和多列中的切换设备连接。与图4、图6至图8所示的电路图类似，图9所示的每个像素除了包括图2至图3C所示的像素设备之外，还包括TCG。图9示出了设置成4行和4列的16个像素，它们可以是像素阵列101的一部分。

参考输出信号线Vout<n>和Vout<n+1>附近的最左列，RST<n>与DCG<n>之间的节点202<n>连接到第n个像素的TCG<n>的源极端子。TCG<n>的漏极端子连接到第n+2个像素的节点202<n+2>和TCG<n+2>的源极端子。参考输出信号线Vout<n+2>和Vout<n+3>附近的从左起的第二列，第n个像素和第n+2个像素以类似的方式连接到最左列中的像素。此外，最左列中的TCG<n+2>的漏极端子连接到不同列中的TCG<n+2>的源极端子，即从左起的第三列。因此，4个像素通过它们的TCG连接，并且通过导通所有这些TCG，连接4个FD，以增加FD的容量。

还有其它4个像素的集合，这些像素通过TCG连接。例如，从左起的第二列的第n个像素和第n+2个像素以及从左起的第三列的第n+1个像素和第n+3个像素连接在一起。从左起的第二列中的第n+1个像素和第n+3个像素和从左起的第四列中的第n+1个像素和第n+3个像素连接在一起。

需要说明的是，通过TCG连接并且位于相同的列中的像素应连接到相同的信号输出线。例如，最左列中的第n个像素和第n+3个像素连接到相同的信号输出线Vout<n+1>。还需要说明的是，在其中一个像素的读出操作期间，像素(其FD连接在一起)中的一个像素的仅一个TX导通，其余像素的其余TX关断。

尽管在本实施例中连接的像素的数量只有四个，但是连接的像素的数量可以根据实现方式而变化。

通过TCG连接的像素可以与相同颜色的滤光片一起应用。因此，可以对相同颜色的像素执行电荷域中的像素合并，增加了FD的容量。使用什么颜色、使用多少种颜色以及使用什么颜色模式可能因实现方式而异。

图10是根据本发明实施例的电路图，包括四组光电二极管和传输设备，它们共用像素设备。4个FD、4个对应的TX1至TX4、对应的RST、DCG、SEL和TCG形成像素单元。也就是说，像素单元包括多个像素(每个像素对应一个PD)，本实施例中为4个像素，多个像素共用除TX之外的像素设备。

图10中顶部所示的像素单元连接到从顶部起的第三个像素单元。具体地，顶部像素单元中的节点202<n>连接到TCG<n>的源极端子，TCG<n>的漏极端子连接到从顶部起的第三个像素的TCG<n+2>的漏极端子。类似的模式可以在图1的像素阵列101中重复。在该实施例中，由于RST、DCG、SEL和TCG等像素设备中的一些像素设备是在像素单元内共用的，因此要在固态成像设备100中的像素阵列101中实现的像素的数量可以增加，同时FD的容量也可以增加。

图11是将图10所示的实施例应用于四像素拜耳色彩滤波模式的电路图。例如，绿色滤光片可以应用于像素单元1101、1103(其FD连接在一起)以及像素单元1106、1108(其FD连接在一起)。红色滤光片可以应用于像素单元1105、1107(其FD连接在一起)，蓝色滤光片可以应用于像素单元1102、1104(其FD连接在一起)。这些模式可以在像素阵列101中重复。因此，实现了RGGB拜耳色彩滤波模式，其中，每个像素单元包括4个像素。在其它示例中，可以实现RGGB拜耳色彩滤波模式，其中，每个像素单元包括9个或更多个像素。RGB彩色滤光片只是一个示例，可以使用任何其它彩色滤光片，例如CYGM(青色、黄色、绿色和品红色)、RGBE(红色、绿色、蓝色和翡翠色)滤光片，或任何其它现有的或将来要开发的彩色滤光片。

图12是根据本发明实施例的在像素单元的半导体衬底上形成的示例性电路布局的俯视图，该像素单元包括光电二极管。图12所示的电路布局与图2至图4和图6至图9所示的电路图对应，其中，每个像素包括一个FD和一个TX以及对应的像素设备。如图12所示，DCG的源极端子或漏极端子以及TCG的源极端子或漏极端子可以共用有源区。可以是单个SF，也可以是多个SF串联或并联连接。AVSS1可以位于PD内部，也可以位于PD外部。可以使用浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)或p-n结隔离将图12中所示的任何节点与其周围的材料/组件/设备隔离。

图13是根据本发明实施例的在像素单元的半导体衬底上形成的示例性电路布局的俯视图，该像素单元包括四个光电二极管。与图12不同之处在于，图13所示的电路布局与图10至图11所示的电路图对应，其中，每个像素单元包括4个FD和对应的4个TX和对应的像素设备，像素设备在像素单元内共用。

图14是根据本发明实施例的示例性电路布局的俯视图，切换设备被隔离地放置在该示例性电路布局中。与图13的不同之处在于，在图14所示的电路布局中，TCG与DCG、RST、SF和SEL等其它像素设备隔离放置。在本实施例中，由于TCG不与其它像素设备共用有源区域，因此TCG的大小(长度或宽度)可以等于或小于DCG、RST、SF和/或SEL的大小。在一个示例中，TCG的栅极长度可以等于或小于SF的栅极长度。在另一个示例中，TCG的栅极宽度可以等于或小于SF的栅极宽度。因此，TCG可以小于图13的TCG。因此，可以减少用于实现像素阵列的空间。

图15是根据本发明实施例的电路图，其中，在图4所示实施例中添加切换设备之间的导线之间的屏蔽。在本实施例中，垂直导线被屏蔽。例如，连接第n个像素和第n+2个像素的导线被屏蔽件1501和1502屏蔽，连接第n+1个像素和第n+3个像素的导线被屏蔽件1502和1503屏蔽。在该实施例中，连接TCG(或节点202)的导线受到保护，以防止各种电位，例如AVSS1(与像素阱电压相同)、AVSS2、接地、AVDD或任何其它固定电压，并且可以进一步减少像素之间的电串扰。屏蔽导线可以放置在与从TCG到其它TCG(或节点202到其它节点202)的布线相同的水平上，例如在半导体芯片中的任何金属层中，固态成像设备在该半导体芯片上实现。

图16是根据本发明实施例的图15所示电路图的示例性电路布局的俯视图。屏蔽件可以根据需要添加。例如，当使用图9所示的电路图时，垂直屏蔽件可以添加在与图15所示的屏蔽件相同的金属层中或任何其它金属层中。

图17是根据本发明实施例的像素阵列的一部分的剖视图。本实施例示出了背面深沟槽隔离(deep trench isolation，DTI)。在其它实施例中，可以使用正面DTI。在微透镜下方放置彩色滤光片，在彩色滤光片下方实现PD，在PD附近放置TX。其它像素设备可以在与TX相同的层(第1层)或任何其它层上实现。控制电路102、读出电路103和信号处理电路104也可以在与TX相同的层(第1层)或任何其它层上实现。任何其它布局都是可能的，具体取决于实现方式。

图18是根据本发明实施例的固态成像设备的示意图。图18中的A至E是根据本发明实施例的固态成像设备的示意图。

首先，参考图18中的A描述典型的固态成像设备。典型的固态成像设备包括安装在单个半导体芯片上的像素阵列、控制电路和信号处理电路。通常，固态成像设备包括像素阵列和控制电路。像素阵列可以在其正面照明，也可以在其背面照明。半导体衬底可以由硅或锗等半导体材料组成。在一些实施例中，衬底可以由至少一种或多种其它辐射敏感材料组成，例如硅锗、碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、铟、锑、绝缘体上半导体或其组合。

如图18中的B所示，与上述不同，根据本发明实施例的固态成像设备包括安装在第一半导体芯片段上的像素阵列和控制电路，以及安装在第二半导体芯片段上的信号处理电路。第一半导体芯片段和第二半导体芯片段彼此电连接，并且可以形成固态成像设备的单个半导体芯片。

如图18中的C所示，在根据本发明另一实施例的固态成像设备中，像素阵列安装在第一半导体芯片段上。此外，控制电路和信号处理电路安装在第二半导体芯片段上。第一半导体芯片段和第二半导体芯片段彼此电连接，并且可以形成固态成像设备的单个半导体芯片。

如图18中的D所示，在根据本发明另一实施例的固态成像设备中，像素阵列安装在第一半导体芯片段上。此外，存储器电路安装在第二半导体芯片段上。然后，控制电路和信号处理电路安装在第三半导体芯片段上。第一半导体芯片段、第二半导体芯片段和第三半导体芯片段电性连接，并且可以形成固态成像设备的单个半导体芯片或两个半导体芯片。

如图18中的E所示，在根据本发明另一实施例的固态成像设备中，像素阵列安装在第一半导体芯片段上。此外，像素电路安装在第二半导体芯片段上。然后，控制电路和信号处理电路安装在第三半导体芯片段上。第一半导体芯片段、第二半导体芯片段和第三半导体芯片段电性连接，并且可以形成固态成像设备的单个半导体芯片或两个半导体芯片。

尽管图中未示出，但本发明实施例还提供了一种图像传感器。图像传感器可以包括图1的固态成像设备100、透镜、可以位于透镜与固态成像设备100之间并且可以由控制电路102控制的光圈部分、用于存储来自信号处理电路104的数据的存储器、以及操作图像传感器所需的任何其它设备。

本发明实施例还提供了驱动根据本发明的固态成像设备100的方法。固态成像设备100可以包括像素阵列101，其中，一个或多个像素形成像素单元。每个像素单元可以包括：一个或多个光电二极管(photodiode，PD)，用于将电磁辐射转换成电荷；一个或多个传输门设备(TX)，每个传输门设备与一个或多个光电二极管(photodiode，PD)中的每个PD对应，并且用于选择性地传输电荷；浮动扩散区(floating diffusion，FD)，用于累积从一个或多个传输栅极设备(TX)传输的电荷；选择器(selector，SEL)，用于选择性地输出与浮动扩散区(floating diffusion，FD)中累积的电荷对应的输出信号；第一切换设备(DCG)，在两种类型的转换增益之间选择性地切换；连接到电源电压(AVDD)的复位设备(RST)，用于选择性地复位浮动扩散区(floating diffusion，FD)中累积的电荷。第一像素单元中第一切换设备(DCG)与复位设备(RST)之间的第一节点(202<n>)连接到一个或多个第二像素单元中第一切换设备(DCG)与复位设备(RST)之间的一个或多个第二节点(202<n+1>、202<n+2>等，具体取决于实施例)。

该方法可以由固态成像设备100的控制电路102执行。该方法可以包括以下步骤。

步骤1：在整个第一周期中关断一个或多个第二像素单元中的每个第二像素单元中的传输设备(TX)和复位设备(RST)，在第一周期中，第一像素单元的读出操作被执行。

步骤2：在整个第一预定周期中导通一个或多个第二像素单元中的第一切换设备(DCG)，第一预定周期在第一周期开始之后开始并在第一周期结束之前结束。

每个像素单元还可以包括连接在一个或多个第二像素单元之一中的第一节点(202<n>)与第二节点(202<n+1>、202<n+2>等，具体取决于实施例)之间的第二切换设备(TCG)。该方法还可以包括以下步骤。

步骤3：在第一预定周期期间导通第一像素单元中的第二切换设备(TCG)和一个或多个第二像素单元中的第二切换设备(TCG)。

步骤4：

在高转换增益模式中，在整个第一周期中导通第一像素单元中的复位设备(RST)，通过导通第一像素单元中的第一切换设备(DCG)来复位浮动扩散区(floating diffusion，FD)中累积的电荷；

在中转换增益模式中，在整个第一周期中导通第一像素单元中的第一切换设备(DCG)，通过导通第一像素单元中的复位设备(RST)来复位浮动扩散区(floatingdiffusion，FD)中累积的电荷；

在低转换增益模式中，在整个第一周期中导通第一像素单元中的第一切换设备(DCG)和一个或多个第二切换设备(TCG)，通过导通一个或多个第二像素单元中的选择器(selector，SEL)来复位浮动扩散区(floating diffusion，FD)中累积的电荷。在上面的描述中，使用这样的示例来描述实施例，其中，通过使用行选择器(selector，SEL)顺序地读出像素电荷，每个像素电荷存储在像素阵列101中包括的所有像素中的每个像素中，并且读出数据，作为由像素阵列101中的所有像素组成的帧。在另一个实施例中，可以通过使用根据本发明的固态成像设备来实现图像传感器的“事件驱动”类型，而不是读出数据，作为帧。图像传感器的事件驱动类型可以以异步方式(换句话说，随时响应入射到一个或多个像素上的电磁辐射的强度的变化)输出数据。具体地，例如，如果入射到一个或多个光电二极管(photodiode，PD)上的电磁辐射产生并存储在一个或多个光电二极管(photodiode，PD)中的像素电荷超过预定阈值，则电磁辐射强度超过阈值的事件或表示电磁辐射强度的数据可以连同一个或多个像素的坐标(例如，像素阵列101中的x坐标和y坐标)和定时信息一起输出。

图11是具有成像元件1902的电子装置1900的示例性配置的图，本技术应用该成像元件1902。例如，电子设备1900是数码相机和摄像机等成像设备、智能手机和平板型终端等移动终端设备等。

在图19中，电子设备1900包括透镜1901、成像元件1902、数字信号处理(digitalsignal processing，DSP)电路1903、帧存储器1904、显示单元1905、记录单元1906、操作单元1907和电源单元1908。此外，在电子设备1900中，DSP电路1903、帧存储器1904、显示单元1905、记录单元1906、操作单元1907和电源单元1908通过总线1909彼此连接。

例如，成像元件1902对应于固态成像设备100(图1)。DSP电路1903是用于处理从成像元件1902提供的信号的摄像信号处理电路。DSP电路1903输出图像数据，该图像数据通过处理来自成像元件1902的信号而获得的。帧存储器1904以帧为单位暂时保存由DSP电路1903处理的图像数据。例如，显示单元1905包括液晶面板和有机电致发光(electroluminescence，EL)面板等面板型显示设备，并且显示由成像元件1902成像的运动图像或静止图像。记录单元1906将由成像元件1902成像的运动图像或静止图像的图像数据记录到半导体存储器或硬盘等记录介质。

操作单元1907根据用户的操作输出关于电子设备1900的各种功能的操作指令。电源单元1908将各种电源适当地供应给作为供给对象的这些组件，这些电源作为DSP电路1903、帧存储器1904、显示单元1905、记录单元1906和操作单元1907的操作电源。

图20示出了本技术所应用的一些技术的示例。例如，电子装置、图像传感器或包括固态成像设备100的任何其它设备(或根据本发明的电子装置、图像传感器或包括固态成像设备100的任何其它设备)可以应用于多种技术。例如，固态成像设备100可以应用于多个领域，包括运动装备，例如可穿戴相机；医疗设备，例如内窥镜；美容设备；车辆或运输设备，例如卡车；用于驾驶支持或自主/自动驾驶的设备；娱乐设备，例如移动电话、游戏机、数码相机和可携带摄像机；农业领域，例如农田监控摄像机；家用电器，例如电视和冰箱；安全领域，例如监控摄像机、网络摄像机、机器视觉摄像机、广播摄像机，灾难通知系统，例如河流/水坝/海洋/道路/建筑工地监控摄像机；以及任何其它领域。

根据本发明的实施例提供了许多有益的效果和优势。下面列出了一些效果和优势。

在像素合并模式中，由于浮动电容增加，所以改善了动态范围。

在像素合并模式中，由于降低了光子散粒噪声，所以提高了信噪比。

在像素合并模式中，由于降低了有效的源跟随器噪声，所以改善了随机电报信号噪声。

不同FD节点之间的信号串扰通过TCG进行抑制。

兼容并行读出模式(并行读出至少两行)。

TCG不直接连接到浮动扩散区，因此TCG不会增加浮动扩散节点的寄生电容，即不会对HCG模式产生影响。

三种不同的转换增益实现了单次曝光的高动态操作。

面积优势，因为不需要大电容设备。

在本申请中，各个实施例可以部分或全部以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。当在计算机上加载并执行计算机程序指令时，生成根据本申请实施例的部分或全部过程或功能。计算机可以是固态成像设备中包括的控制器、图像传感器或电子装置、通用计算机、专用计算机、计算机网络或其它可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，也可以从计算机可读存储介质传输到另一个计算机可读存储介质。例如，计算机指令可以从网站、计算机、服务器或数据中心以有线(例如，同轴电缆、光纤或数字用户线(digital subscriber line，DSL))方式或无线(例如，红外、无线电或微波)方式传输到另一个网站、计算机、服务器或数据中心。计算机可读存储介质可以是计算机可访问的任何可用介质，或集成一个或多个可用介质的数据存储设备，例如，服务器或数据中心。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)或半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。该存储介质可以集成在特定的设备、模块或处理器中，也可以单独设置。

显然，本领域技术人员在不脱离本申请的范围的前提下，可以对本申请进行各种修改和变型。这样，只要这些修改和变化落入所附权利要求及其等同技术所限定的保护范围内，本申请也旨在涵盖本申请的这些修改和变化。

Claims (21)

1.一种固态成像设备，其特征在于，包括：

像素阵列，其中一个或多个像素形成像素单元，其中

每个像素单元包括：

一个或多个光电二极管，用于将电磁辐射转换成电荷；

一个或多个传输栅极设备，每个传输栅极设备与所述一个或多个光电二极管中的一个光电二极管对应，并用于选择性地传输所述电荷；

浮动扩散区，用于累积从所述一个或多个传输栅极设备传输的所述电荷；

选择器，用于选择性地输出与所述浮动扩散区中累积的所述电荷对应的输出信号；

第一切换设备，用于在两种类型的转换增益之间选择性地切换；

复位设备，连接到电源电压，并且用于选择性地复位在所述浮动扩散区中累积的所述电荷；

其中，第一像素单元中第一切换设备与复位设备之间的第一节点连接到一个或多个第二像素单元中第一切换设备与复位设备之间的一个或多个第二节点。

2.根据权利要求1所述的固态成像设备，其特征在于，所述第一像素单元和连接到所述第一像素单元的所述一个或多个第二像素单元共用输出信号线。

3.根据权利要求1或2所述的固态成像设备，其特征在于，所述一个或多个第二像素单元中的每个第二像素单元中的传输设备和复位设备在整个第一周期中关断，在所述第一周期中，所述第一像素单元的读出操作被执行。

4.根据权利要求3所述的固态成像设备，其特征在于，所述一个或多个第二像素单元中的所述第一切换设备在整个第一预定周期中导通，所述第一预定周期在所述第一周期开始之后开始并在所述第一周期结束之前结束。

5.根据权利要求4所述的固态成像设备，其特征在于，所述像素单元中的每个像素单元还包括：

第二切换设备，连接在所述一个或多个第二像素单元中的一个第二像素单元中的第一节点和第二节点之间；

其中，所述第一像素单元中的第二切换设备和所述一个或多个第二像素单元中的第二切换设备在整个所述第一预定周期中导通。

6.根据权利要求5所述的固态成像设备，其特征在于，所述第二切换设备的阈值电压等于或大于所述复位设备或所述第一切换设备的阈值电压。

7.根据权利要求5或6所述的固态成像设备，其特征在于，

在高转换增益模式中，所述第一像素单元中的所述复位设备在整个所述第一周期中导通，所述浮动扩散区中累积的所述电荷通过导通所述第一像素单元中的所述第一切换设备来复位；

在中转换增益模式中，所述第一像素单元中的所述第一切换设备在整个所述第一周期中导通，所述浮动扩散区中累积的所述电荷通过导通所述第一像素单元中的所述复位设备来复位；

在低转换增益模式中，所述第一像素单元中的所述第一切换设备和所述一个或多个第二切换设备在整个所述第一周期中导通，所述浮动扩散区中累积的所述电荷通过导通所述一个或多个第二像素单元中的选择器来复位。

8.根据权利要求7所述的固态成像设备，其特征在于，在所述LCG模式和所述MCG模式中，所述一个或多个第二像素单元中的所述一个或多个选择器中的全部或部分在整个所述第一预定周期中导通，所述第一预定周期在所述第一周期开始之后开始并在所述第一周期结束之前结束。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，

所述第一像素单元中的所述第二切换设备和所述一个或多个第二像素单元中的所述第二切换设备串联连接；或

所述第一像素单元中的所述第二切换设备和所述一个或多个第二像素单元中的所述第二切换设备并联连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，

所述第一像素单元与所述一个或多个第二像素单元设置在相同行、不同列；或

所述第一像素单元与所述一个或多个第二像素单元设置在不同行、相同列；或

所述第一像素单元与所述一个或多个第二像素单元设置在不同行、不同列。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，所述第一像素单元和所述一个或多个第二像素单元连续设置在相同行或相同列。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，所述第一像素单元和所述一个或多个第二像素单元规则间隔设置在相同行或相同列。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，所述像素单元以拜耳色彩滤波模式设置，所述第一像素单元和所述一个或多个第二像素单元具有相同的彩色滤光片。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，所述第二切换设备的源极端子或漏极端子与所述第一切换设备的源极端子或漏极端子共用有源区域。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，所述第二切换设备的长度或宽度等于或小于所述第一切换设备、所述复位设备和所述选择器中的一个或多个的长度或宽度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的固态成像设备，其特征在于，还包括位于以下之间的一个或多个屏蔽元件：连接所述第一像素单元和所述一个或多个第二像素单元的一个集合中的所述第一节点和所述一个或多个第二节点的导线；连接所述第一像素单元和所述一个或多个第二像素单元的一个或多个其它集合中的所述第一节点和所述一个或多个第二节点的导线；所述电源电压；接地电压；输出电压。

17.一种图像传感器，其特征在于，包括根据权利要求1至16中任一项所述的固态成像设备。

18.一种电子装置，其特征在于，包括根据权利要求1至16中任一项所述的固态成像设备。

19.一种用于驱动固态成像设备的方法，其特征在于，包括：

像素阵列，其中一个或多个像素形成像素单元，其中

每个像素单元包括：

一个或多个光电二极管，用于将电磁辐射转换成电荷；

一个或多个传输栅极设备，每个传输栅极设备与所述一个或多个光电二极管中的一个光电二极管对应，并用于选择性地传输所述电荷；

浮动扩散区，用于累积从所述一个或多个传输栅极设备传输的所述电荷；

选择器，用于选择性地输出与所述浮动扩散区中累积的所述电荷对应的输出信号；

第一切换设备，用于在两种类型的转换增益之间选择性地切换；

复位设备，连接到电源电压，并且用于选择性地复位在所述浮动扩散区中累积的所述电荷；

其中，第一像素单元中第一切换设备与复位设备之间的第一节点连接到一个或多个第二像素单元中第一切换设备与复位设备之间的一个或多个第二节点；

所述方法包括：

在整个第一周期中关断所述一个或多个第二像素单元中的每个第二像素单元中的传输设备和复位设备，在所述第一周期中，所述第一像素单元的读出操作被执行；

在整个第一预定周期中导通所述一个或多个第二像素单元中的所述第一切换设备，所述第一预定周期在所述第一周期开始之后开始并在所述第一周期结束之前结束。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述像素单元中的每个像素单元还包括：

第二切换设备，连接在所述一个或多个第二像素单元中的一个第二像素单元中的第一节点与第二节点之间；

所述方法还包括：

在整个所述第一预定周期中导通所述第一像素单元中的第二切换设备和所述一个或多个第二像素单元中的第二切换设备。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括：

在高转换增益模式中，在整个所述第一周期中导通所述第一像素单元中的所述复位设备，通过导通所述第一像素单元中的所述第一切换设备来复位所述浮动扩散区中累积的所述电荷；

在中转换增益模式中，在整个所述第一周期中导通所述第一像素单元中的所述第一切换设备，通过导通所述第一像素单元中的所述复位设备来复位所述浮动扩散区中累积的所述电荷；

在低转换增益模式中，在整个所述第一周期中导通所述第一像素单元中的所述第一切换设备和所述一个或多个第二切换设备，通过导通所述一个或多个第二像素单元中的选择器来复位所述浮动扩散区中累积的所述电荷。