CN1224300A - 具有双复位系统的金属氧化物半导体型放大图象传感器 - Google Patents

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Abstract

一种MOS型放大图像传感器用作电子快门并具有双复位系统。本发明能使每个象素容易地具有相同的快门压下时间,并在操作相关双采样电路时便于快门压下操作,以消除在MOS型放大图像传感器中产生的固定图形噪声。

Description

具有双复位系统的金属氧化物半导体型放大图像传感器
本发明涉及起电子快门(electroric shutter)作用的MOS型放大图像传感器，特别涉及具有双复位系统的MOS型放大图像传感器，它能使电子快门的定时对所有象素而言是均匀工作的并便于列相关双采样(Column Correlated double sampling)(CDS)电路，该电路对去除固定图形噪声是重要的。
图1是一个象素的常规MOS型放大图像传感器的电路图，图2是图1的截面图。
如图所示，常规MOS型放大图像传感器的象素包括：光电二极管PD，用于通过光门(photogate)信号PG选择地接收光和积累电子；传输NMOS晶体管NM31，被传输控制信号TG控制并将积累在光电二极管PD中的电子传输到N+形成的浮置扩散(floating diffusion)(FD)；复位NMOS晶体管NM32，用于根据复位信号RG将保留在FD中的电子释放，由此初始化FD；放大NMOS晶体管NM33，用于放大来自FD的电子；热选择(thermoselection)NMOS晶体管NM34，由热选择信号RS开合并输出由放大NMOS晶体管NM33放大的信号；和恒定电流源CC，作为负载电阻，其中在热选择NMOS晶体管NM34和恒定电流源CC之间的输出信号OUT输送到列相关双采样(CDS)电路。
下面说明常现MOS型放大图像传感器的象素的操作。
首先，当光电二极管PD接收到光时，由P-n结形成的耗尽层产生和积累电荷，同时光门信号PG为高电平。这里，当传输NMOS晶体管NM31接通时，和当FD接收电子时，FD的电压的变化取决于接收到的电子的量。FD电压变化影响放大NMOS晶体管NM33的沟道，由此放大FD的电压变化值。
其次，当热选择NMOS晶体管NM34根据热选择信号RS接通时，被放大NMOS晶体管NM33放大的FD的变化值输送给CDS电路。
再其次，当复位NMOS晶体管NM32被复位信号RS接通时，保留在FD中的电子释放，由此初始化FD。
对于每次扫描来说，重复进行上述操作。
为了使常规图像传感器用作电子快门，在读模式开始之前应进行传输NMOS晶体管NM31和复位NMOS晶体管NM32的另外操作，使传输控制信号TG和复位信号RG复杂化。因此，复杂构成的驱动电路邻近象素。即，每个象素具有相同的光积累快门压下(press)时间是很困难的。
因而，本发明的目的是提供具有双复位系统的MOS型放大图像传感器，它能使所有的象素具有相同的光积累快门压下时间而无需提供分离驱动电路。
本发明的其它特点和优点将体现在下面的描述中，其中部分从描述中明显可知，或者可以通过本发明的实施例学习到。本发明的目的和其它优点将通过在文字部分和权利要求书及附图中特别指出的结构来实现。
为了实现本发明的这些和其它优点，根据本发明的目的，作为概括和广义的描述，具有双复位系统的MOS型放大图像传感器包括：光电二极管，用于积累电子；第一复位开关，用于通过逆光释放保留在光电二极管中的或过多积累在其中的电子；传输装置，用于将积累在光电二极管中的电子传输到浮置扩散；第二复位开关，用于释放保留在浮置扩散中的电子，由此初始化浮置扩散；放大装置，用于放大来自浮置扩散的电子；和热选择开关，由热选择信号所开合。
应该明白，上面一般的描述和下面详细的描述都是解释和说明性的，并趋于提供所要求保护的本发明的进一步解释。
所包括的附图为本发明提供了进一步的解释，并结合其构成本说明书的一部分，附图表示了本发明的实施例并和文字描述一起用于解释本发明的原理。
图1是常规MOS型放大图像传感器的象素的电路图；
图2是图1的截面图；
图3是根据本发明具有双复位系统的MOS型放大图像传感器的象素的电路图；
图4是图3的截面图；
图5是图3的布局；
图6A-6F是图3中每个单元的操作定时图；和
图7A-7F是当接收到强逆光时图3中每个单元的操作定时图。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的例子已表示在附图中了。
图3是根据本发明具有双复位系统的MOS型放大图像传感器的象素的电路图，图4和图5分别是图3的截面图和布局。
如图中所示，具有双复位系统的MOS型放大图像传感器包括：光电二极管，用于根据光门信号PG的控制选择接收光和积累电子；第一复位NMOS晶体管NM31，被第一复位信号RG1控制并通过逆光将保留在光电二极管PD中或过多积累在其中的电子释放；传输NMOS晶体管NM32，用于将积累在光电二极管中的电子传输到浮置扩散(FD)，由传输控制信号TG控制；第二复位NMOS晶体管NM32，由第二复位信号RG2控制并释放保留在FD中的电子，由此初始化FD；热选择晶体管NM35，由热选择信号RS控制并具有用于输出输出信号OUT的源；和作为负载电阻的恒定电流源。
现在参照附图描述根据本发明的图像传感器的操作。
当不作为电子快门操作时，根据本发明的图像传感器以与现有技术相同的方式操作。
但是，当作为电子快门而操作时，第一复位NMOS晶体管NM31接通并被第一复位信号RG1初始化，如图6A所示，给光电二极管PD输送光，并输送高电平的光门信号PG，如图6B所示，由此电子积累在光电二极管PD中。这里，如图6C所示，第二复位信号RG2接通第二复位NMOS晶体管NM33，由此初始化FD，在预定时间之后，传输控制信号TG接通传输NMOS晶体管NM32，如图6D所示，由此积累在光电二极管PD中的电子传输到FD。
输送到FD的电子被放大NMOS晶体管NM34放大，此时，热选择NMOS晶体管NM35由热选择信号RS接通，如图6E所示，由此将输出信号OUT输出到相关双采样(CDS)电路。
当接收强逆光时，根据外部信号输入转换到脉冲信号的第一复位信号RG1，这样，第一复位NMOS晶体管NM31接通并释放过量积累在光电二极管PD中的电子，为抑制由强逆光产生的模糊现象，这里，第一复位信号RG1的脉冲数量与逆光强度成比例增加。
如图7A和7B所示，在第一复位信号RG1的脉冲完成时，光门信号PG变为高电平，光电二极管PD积累电子。
这里，第二复位NMOS晶体管NM33由第二复位信号RG2接通，如图7C所示，由此初始化FD，在预定时间之后传输NMOS晶体管NM32由传输门信号TG接通，如图7D所示，由此将积累在光电二极管PD中的电子传输到FD。
传输给FD的电子被放大NMOS晶体管NM34放大，此时，热选择NMOS晶体管NM35被热选择信号RS接通，如图7C所示，由此将模拟输出信号OUT输出到CDS电路，如图7F所示。
如上所述，根据本发明的具有双复位系统的MOS型放大图像传感器具有几个优点。
由于本发明的器件采用了双复位系统，每个象素很容易具有相同的快门压下时间。因此，不需要另外的驱动电路。
而且，根据本发明的图像传感器抑制了由强逆光产生的模糊现象。
另外，在操作CDS电路时便于快门压下操作，以消除在MOS型放大图传感器中产生的固定图形噪声。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明精神和范围的情况上，显然可以对发明的具有双复位系统的MOS型放大图像传感器做出各种修改和变型。这样，本发明趋于覆盖在权利要求书范围内的本发明的修改和变型，并且等效于本发明。

Claims (11)

1．一种具有双复位系统的MOS型放大图像传感器，包括：
光电二极管，用于通过接收光积累电子；
第一复位开关，用于通过逆光将保留在光电二极管中或过量积累在其中的电子释放；
传输装置，用于将积累在光电二极管中的电子传输到浮置扩散；
第二复位开关，用于将积累在浮置扩散中的电子释放，由此初始化浮置扩散；
放大装置，用于放大来自浮置扩散的电子；
热选择开关，可由热选择信号所开合。
2．如权利要求1的器件，其特征在于第一和第二复位开关分别接收分离的脉冲。
3．如权利要求1的器件，其特征在于，当给第一复位开关提供强光时，第一复位开关具有多个开关操作。
4．如权利要求1的器件，其特征在于，快门压下时间定义为：从第一复位开关的开关操作完成到传输装置开始操作。
5．如权利要求1的器件，其特征在于第一复位开关邻近光电二极管设置。
6．如权利要求1的器件，其特征在于第二复位开关邻近浮置扩散。
7．如权利要求1的器件，其特征在于传输装置是被外部控制信号控制的开关。
8．如权利要求1的器件，其特征在于，所述第一和第二复位开关、传输装置、放大装置、和热选择开关分别由NMOS晶体管形成。
9．如权利要求1的器件，其特征在于第一和第二复位开关具有共同漏极。
10．如权利要求9的器件，其特征在于所述漏极形成为U、C或L形。
11．如权利要求9的器件，其特征在于所述漏极是N+区域。
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