CN206524900U - 电子系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及电子系统。系统可以包括：中央处理单元；存储器；镜头；输入‑输出电路；和成像装置，其中成像装置包括：以行和列的方式布置的像素阵列以及耦接到像素阵列中的至少一个像素的至少一个列测试信号生成器，其中至少一个像素包括：光电二极管；浮动扩散节点；转移晶体管，耦接在浮动扩散节点与光电二极管之间；重置晶体管，耦接在至少一个列测试信号生成器与浮动扩散节点之间；源极跟随器晶体管，具有耦接到浮动扩散节点的栅极端子；以及电压供应线，电压供应线耦接到源极跟随器晶体管的漏极。根据本公开的实施例，可以提供改进的电子系统。

Description

电子系统

本申请是申请日为2016年5月19日、申请号为201620457569.5、实用新型名称为“图像传感器”的实用新型专利申请的分案申请。

技术领域

本实用新型整体涉及电子系统。还涉及图像传感器和具有成像装置的系统。在某些实施例中，还具体地涉及用于使测试图案直接射入像素阵列内的单个光电二极管中以测试像素阵列中的部件完整性的方法和电路。

背景技术

图像传感器一般用于电子设备(例如，蜂窝电话、照相机和计算机)中以捕捉图像。常规图像传感器是通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术在半导体衬底上制造而成。图像传感器可包括图像传感器像素阵列，每个像素包括光电二极管和其他运行电路，例如衬底中形成的晶体管。

使用CMOS图像传感器捕捉图像通常涉及采用电子卷帘快门(ERS)操作以连续重置、整合和读出图像传感器上的单行图像像素。在常规的ERS操作中，一般在指定时间对单行进行行重置和读出。行重置是指这样的操作，该操作通过将光生电荷积累装置(例如，光电二极管)重置为无电荷状态，从而准备像素以进行光捕捉。行读出是指对已曝光所需持续时间的图像像素进行的操作，该操作涉及对指定行的像素列进行采样并将与曝光期间像素所累积的电荷量相关的值转换成数字信号。

图像传感器在整个电子设备寿命期内可能容易出现故障。常规图像传感器有时会提供在电子设备处于待机模式时检测该图像传感器的功能的方法。然而，在设备主动运行期间可能会出现故障或错误，或在待机模式下可能会出现其他无法检测的故障或错误。

因此期望改进图像传感器，使其能够在待机模式下和主动运行期间均检验成像系统的功能。

实用新型内容

根据本公开的一个方面，提供了一种电子系统，其特征在于，所述系统包括：

中央处理单元；

存储器；

镜头；

输入-输出电路；和

成像装置，其中所述成像装置包括：

以行和列的方式布置的像素阵列以及耦接到所述像素阵列中的至少一个像素的至少一个列测试信号生成器，其中所述至少一个像素包括：

光电二极管；

浮动扩散节点；

转移晶体管，所述转移晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述光电二极管之间；

重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述至少一个列测试信号生成器与所述浮动扩散节点之间；

源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极端子；以及

电压供应线，所述电压供应线耦接到所述源极跟随器晶体管的漏极。

在一个实施例中，所述系统还包括：抗光晕晶体管，所述抗光晕晶体管耦接到所述光电二极管。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器被配置用于根据预定义的模式并基于所述至少一个像素所在的行和列通过所述重置晶体管和所述转移晶体管将选定的测试电压提供至所述光电二极管。

在一个实施例中，所述预定义的模式选自：均匀一致的像素值、交替的列的暗组和亮组、文本和几何形状。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器不连接至所述电压供应线。

根据本公开的方面以及实施例，可以提供改进的电子系统和改进的图像传感器和具有成像装置的系统。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有图像传感器。

图2为根据本实用新型实施例的示例性图像像素电路的示意图，其中光电二极管通过复用器经过抗光晕晶体管连接至测试信号线。

图3A至图3D为根据本实用新型实施例的示例性测试图案(pattern)的示意图，该测试图案可通过图2、图4和图5所示类型的电路被射入图像像素阵列中。

图4为根据本实用新型实施例的示例性图像像素电路的示意图，其中光电二极管通过复用器经过转移晶体管和重置晶体管连接至测试信号线。

图5为根据本实用新型实施例的示例性图像像素电路的示意图，该图像像素电路具有抗光晕(anti-blooming)晶体管和光电二极管，所述光电二极管通过复用器经过转移晶体管和重置晶体管连接至测试信号线。

图6为根据本实用新型实施例的处理器系统的框图，该处理器系统可包括图2、图4和图5所示类型的像素电路。

具体实施方式

具有数字照相机模块的成像系统被广泛用于电子设备(例如，数码相机、计算机、蜂窝式蜂窝电话和其他电子设备)中。数字照相机模块可包括收集入射光以捕捉图像的一个或多个图像传感器。

在某些情况下，成像系统可形成较大系统的一部分，例如车辆(如，汽车、公交车或其他车辆)的监视系统或安全系统。在车辆安全系统中，由成像系统捕捉的图像可被车辆安全系统用来确定车辆周围的环境状况。例如，车辆安全系统可包括诸如停车辅助系统、自动或半自动巡航控制系统、自动制动系统、防撞系统、车道保持系统(有时称为车道漂移预防系统)等。至少在一些例子中，成像系统可形成半自动或自动无人驾驶汽车的一部分。此类成像系统可捕捉图像并利用这些图像检测附近的车辆。如果在图像中检测到附近的车辆，车辆安全系统可在某些时候开启警示灯，即一种警报，或可以启动刹车、自动转向或其他主动防撞措施。车辆安全系统可使用由具有数字照相机模块的成像系统连续捕捉的图像，以帮助避免与物体(例如，其他汽车或其他环境的物体)碰撞、帮助避免意外漂移(例如，越过车道标志) 或者是在车辆的任何正常操作模式下辅助车辆的安全操作。

车辆安全标准可要求在车辆操作之前、期间和/或之后验证是否正确操作车辆安全系统的任何部件(包括成像系统部件)。可在操作车辆之前和/ 或之后(如，启动和/或关闭成像系统时)通过成像系统验证成像系统部件的操作。在这些验证操作中，可能不需要同时运行成像系统。然而，可能有利的是在操作成像系统期间连续监测成像系统部件的状态，尤其是在成像系统所提供的成像数据质量可能影响车辆安全的情况下。可提供拥有这种即时 (例如，实时)验证功能的成像系统。

图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，例如将入射光转换成电荷的光电二极管。图像传感器可具有任意数量的像素(例如，数百个、数千个或更多)。典型的图像传感器可以例如具有数百个、数千个或数百万个像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括用于验证图像传感器是否正确操作的验证电路。例如，在图像传感器所捕捉的图像作为输入用于车辆的主动控制系统的情况下，图像传感器中的验证电路可被配置用于生成验证图像数据并将该验证图像数据与预期的结果进行对比，使得错误的图像传感器数据不被输入到主动控制系统中。

在一些配置中，可将验证图像数据与成像系统中存储的、在操作期间成像系统所生成的、或存储在成像系统外部的其他电路上的预定标准进行对比。预定标准可以是经数学计算确定的上限，有时可称为“黄金”标准图像，可在制造成像系统期间或其他合适时间(例如，启动或关闭成像系统期间) 被捕捉到，并且可包括可与验证图像数据进行对比的一个或多个经数学计算或实验确定的范围。

在其他配置中，验证图像数据可包括图案或数据值的序列。验证图像数据中的图案或数据值序列可与预定的图案或数据值序列进行对比。例如，验证图像数据可包括已通过数字方式编码到图像中的帧数。验证图像数据可与已知的帧数进行对比，以验证被编码到图像中的帧数与已知的帧数一致。其他图案或数据值序列也可被编码到将用作验证图像数据的图像数据中。将帧计数通过数字方式编码到图像数据中在本文中有时作为示例描述。

根据验证图像数据与预定标准或预定图案对比的结果，成像系统可以被禁用(例如，在结果超出预定范围或结果与已知帧数不一致的情况下)，也可以继续正常运行(例如，在结果处于预定范围内或结果与已知帧数一致的情况下)。在一些布置中，成像系统可保持运行，但是可能会向用户显示指示，以告知用户成像系统需要进一步检查和/或维修(例如，在验证操作的结果指示成像系统的运行中可能存在问题时，成像系统可显示“检查成像系统”的指示)。

图1为示例性成像和响应系统的示意图，该系统包括使用图像传感器捕捉图像的成像系统。图1的系统100可以是车辆安全系统(例如，主动制动系统或其他车辆安全系统)，可以是监视系统，也可以是电子设备，诸如照相机、蜂窝电话、摄像机或其他捕捉数字图像数据的电子设备。

如图1所示，系统100可包括成像系统(例如成像系统10)和主机子系统(例如主机子系统20)。成像系统10可包括相机模块12。相机模块12 可包括一个或多个图像传感器14和一个或多个镜头。相机模块12中的镜头可以例如包括以M×N阵列排布的M×N个单独镜头。单独的图像传感器14 可例如排布成M×N图像传感器阵列。M和N的值可各自大于或等于1，可各自大于或等于2，可超过10，也可为任何其他恰当的值。

相机模块12中的每个图像传感器可相同，或者，在给定图像传感器阵列集成电路中可以有不同类型的图像传感器。举例来说，每个图像传感器可为分辨率为480×640图像传感器像素的视频图形阵列(VGA)传感器。如果需要，也可为图像传感器使用图像传感器像素的其他布置。例如，可使用分辨率高于VGA分辨率的图像传感器(例如高清图像传感器)、分辨率低于 VGA分辨率的图像传感器、以及/或者其中的图像传感器不完全相同的图像传感器阵列。

在图像捕捉操作的过程中，每个镜头可将光聚集到相关的图像传感器 14上。图像传感器14可包括将光转换成数字数据的光敏元件(即，像素)。图像传感器可具有任意数量的像素(例如，数百个、数千个、数百万个或更多)。典型的图像传感器可以例如具有数百万个像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如缓冲器电路)、寻址电路等。

可将来自相机传感器14的静态图像数据和视频图像数据通过路径26提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，例如数据格式化、调节白平衡和曝光率、实现视频图像稳定、脸部检测等。图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组格式或简称JPEG格式)。在典型的布置(有时称为片上系统)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在公共半导体衬底上实现(例如，公共单硅图像传感器集成电路裸片)。如果需要，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在不同的半导体衬底上。例如，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在已经堆叠的不同衬底上。

成像系统10(例如，图像处理和数据格式化电路16)可以经由路径18 将采集的图像数据传送到主机子系统20。主机子系统20可包括发送控制信号的主动控制系统，所述控制信号用于控制车辆功能，例如针对外部装置进行的制动或转向。主机子系统20可包括处理软件，用于检测图像中的物体、检测物体在图像帧之间的运动、确定图像中物体的距离、过滤或以其他方式处理成像系统10提供的图像。主机子系统20可包括报警系统，该报警系统被配置成在与图像传感器相关的验证图像数据指示图像传感器未正常运行的情况下禁用成像系统10和/或生成警告(例如，汽车仪表盘上的警告灯、声音警告或其他警告)。

如果需要，系统100可向用户提供众多高级功能。举例来说，在计算机或高级蜂窝电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为了实现这些功能，系统100的主机子系统20可具有输入-输出装置22，例如键盘、输入输出端口、操纵杆、显示器、以及存储和处理电路24。存储和处理电路24 可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器，等等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路，等等。

在成像系统10的运行期间，相机模块12可以连续捕捉图像帧，并将图像帧提供给主机子系统20。在图像捕捉操作期间，与图像传感器14相连的验证电路可能会偶尔运行(例如，每个图像帧捕捉之后、每隔一个图像帧捕捉之后、每五个图像帧捕捉之后、图像帧的一部分捕捉期间等)。验证电路运行时捕捉的图像可包括验证图像数据，该验证图像数据包含验证信息。可将验证图像数据提供给图像处理电路16和/或存储和处理电路24。图像处理电路16可被配置用于将验证图像数据与存储在图像处理电路16上的预定数据进行对比。对比后，图像处理电路16可将状态信息或其他验证信息发送至主机子系统20。

图2为可用于图像传感器14中的示例性图像像素电路。图2的示例性像素可包括根据一个实施例的光电二极管，该光电二极管通过复用器经过抗光晕晶体管连接至测试信号线。如图2所示，图像像素200可以是以行和列的方式布置的像素阵列的一部分，可包括光电二极管(PD)202、抗光晕晶体管204、列复用器208、转移晶体管220、浮动扩散(FD)节点222、重置晶体管224、源极跟随器晶体管228、行选择晶体管230和列输出线232。浮动扩散节点222可通过转移晶体管220耦接到光电二极管202。源极跟随器晶体管228可具有漏极端子、栅极端子、和源级端子，漏极端子连接至像素供电电压，像素供电电压在像素电压节点226处生成像素电压VAAPIX，栅极端子连接至浮动扩散节点222，源级端子通过行选择晶体管230耦接到列输出线232。

列复用器208可以从与图像传感器14相连的验证电路接收测试信号 210，并且可将测试电压210的所选测试电压传递到复用器输出节点206，该节点通过抗光晕晶体管204耦接到光电二极管202。复用器输出节点206可具有电压VABDRAIN，并且可以连接至以单列像素阵列排布的多个像素。像素阵列中的每一行可采用电子卷帘快门方法单独读出。由于每一行单独读出，并且每一列可通过列复用器208分别控制，因此像素阵列中的每个像素可接收唯一的测试信号。

在正常运行期间，抗光晕晶体管204可保持关闭，并且列复用器208可选择VABDRAIN以具有与VAAPIX相同的电压水平。重置晶体管224的栅极端子可接收重置信号RST。行选择晶体管230的栅极端子可被配置用于接收行选择信号RS。抗光晕晶体管204的栅极端子可接收信号AB。在测试操作期间，信号AB可响应于重置信号RST，或者可以独立于重置信号RST 被驱动。在该示例测试操作期间，根据图像像素200的行列位置并基于预定图案，VABDRAIN可被设置为测试电压210的所选测试电压。

在测试期间，可触发重置信号RSY以开启重置晶体管224和抗光晕晶体管204两者，同时使VABDRAIN连接至用于生成测试电荷的光电二极管 202，并使浮动扩散节点222重置为接近VAAPIX的电压。在VAAPIX连接至浮动扩散节点222且VABDRAIN连接至光电二极管202后，可触发重置信号RST以关闭抗光晕晶体管204和重置晶体管224。然而，可以独立于信号RST触发信号AB(例如，在RST激活之前或之后)。在触发RST后，可触发行选择信号RS，从而允许通过源极跟随器晶体管228和行选择晶体管230从列输出线232中读出浮动扩散节点222的重置电势。在读出浮动扩散节点222的重置电势后，可触发转移信号TX以激活转移晶体管220，从而将来自光电二极管202的测试电荷转移到浮动扩散节点222。在将测试电荷传递到浮动扩散节点222后，可关闭转移晶体管220，并可触发RS以通过源极跟随器晶体管228和行选择晶体管230读出与来自列输出线232的测试电荷对应的信号。重置信号和测试读出信号均可通过熟知的CDS操作进行合并，以确定注入光电二极管中的确切测试信号水平。

在读出像素阵列中每个像素的测试信号后，可使用与图像传感器14相连的验证电路测定像素阵列的性能。所进行的性能测定可包括检测光电二极管202或浮动扩散节点222的过度漏电、错误的像素控制电压、错误的行/ 列寻址和模拟读出路径错误。由于采用了逐行的方法和所述的计时，上述测试方法对光极不敏感。

在另选的测试模式中，在电压VABDRAIN被调制为影响暗电流时，抗光晕晶体管204可保持关闭。另选测试模式的操作可以与上文所述的测试操作类似，不同之处在于注入光电二极管202中的测试电荷是在关闭抗光晕晶体管204时流过抗光晕晶体管204的暗电流导致的。

图3A至图3D为根据一个实施例的示例性测试图案的示意图，与图2、图4和图5中的示例性图像像素电路相对应。图3A示出暗平场测试图案300，其中C1-C5列均设置为与暗像素302对应的测试电压(例如，图2中的 VAAPIX)。图3B示出第一交替列测试图案310，其中C1、C3和C5列被设置为与暗像素312对应的测试电压(例如，图2中的VAAPIX)，而C2 和C4列被设置为与亮像素314对应的测试电压。图3C示出第二交替列测试图案320，其中C1、C3和C5列被设置为与光测试电压324，而C2和C4列被设置为与暗像素322对应的测试电压(例如，图2中的VAAPIX)。图3D 示出平场测试图案330，其中C1-C5列均设置为与亮像素334对应的测试电压。应当指出的是，这些测试图案仅为示例性的，并且可使用其他测试图案，包括但不限于沿测试图像对角线划分为亮半部和暗半部的测试图像、包括复杂几何形状的测试图像、国际标准化组织(ISO)测试卡测试图像、文本和任何彩色图像(对于彩色图像传感器而言)。ISO测试卡测试图案可以用于将因镜头效果而导致的图像劣化与因图像处理效果而导致的图像劣化区分开来。

可通过在光集成期间将测试图案应用于图像传感器像素，从而将测试图案用作图像传感器(例如，图像传感器14)所捕捉图像的水印。通过这种方式，所选图像传感器像素由于光集成而生成的电荷在被读出前可与测试图案电荷进行合并。该水印功能使用户能将预定义图像合并到所捕捉的图像中，可用于真伪鉴别和预防伪造应用。

作为另外一种选择，可通过在光集成之后但在读出操作之前将测试图案应用于图像传感器像素，从而将测试图案作为叠层施加到图像传感器(例如，图像传感器14)所捕捉的图像上。通过这种方式，所选图像传感器由于光集成而生成的电荷在被读出前可被替换为测试图案电荷。该叠加功能使用户能在独立于图像的捕捉图像上添加文本或图形。如果需要，指定行内的图像传感器像素可具有共享控制电路，使得可在整行上而不是单个像素上进行叠加操作。

许多图像传感器包含像素阵列，该像素阵列针对每行像素仅有一组行控制线。对于此类构造，可对整行而非单个像素进行叠加操作，但置于每个像素中的测试数据可按列变动。例如，在集成期间结束时，应用于指定行像素的叠加数据可覆盖该行中的像素所累积的所有图像数据。

在其他图像传感器中，像素阵列可具有控制电路，该控制电路被配置成单独控制指定行中的每个像素。在这些类型的布置中，真实图像数据可选择性地保留在一行中的某些像素中，而该行中的其他像素中的图像数据可在集成期间结束时被叠加数据覆盖。

图4为根据一个实施例的示例性图像像素电路的示意图，其中光电二极管通过复用器经过转移晶体管和重置晶体管连接至测试信号线。如图4所示，图像像素400可是以行和列的方式布置的像素阵列的一部分，可包括光电二极管(PD)402、列复用器408、转移晶体管420、浮动扩散(FD)节点422、重置晶体管424、源极跟随器晶体管428、行选择晶体管430和列输出线432。浮动扩散节点422可通过转移晶体管420耦接到光电二极管402。源极跟随器晶体管428可具有漏极端子、栅极端子、和源级端子，漏极端子连接至像素供电电压，像素供电电压在像素电压节点426处生成像素电压VAAPIX，栅极端子连接至浮动扩散节点422，源级端子通过行选择晶体管430耦接到列输出线432。

列复用器408可接收测试信号410，并且可将测试电压410的所选测试电压传递到复用器输出节点406，该节点通过重置晶体管424和转移晶体管 420耦接到光电二极管402。复用器输出节点406可具有电压VRSTDRAIN，并且可以连接至以单列像素阵列排布的多个像素。像素阵列中的每一行可采用ERS操作单独读出。由于每一行单独读出，并且每一列可通过列复用器 408分别控制，因此像素阵列中的每个像素可接收唯一的测试信号。

在正常运行期间，列复用器408可选择VRSTDRAIN以具有与VAAPIX 相同的电压水平。重置晶体管424的栅极端子可被配置用于接收重置信号 RST。转移晶体管420的栅极端子可被配置用于接收转移信号TX。行选择晶体管430的栅极端子可被配置用于接收行选择信号RS。在该示例测试操作期间，根据图像像素400的行列位置并基于预定图案，VRSTDRAIN可被设置为测试电压410的所选测试电压。

在测试期间，可同时触发重置信号RST和转移信号TX，以开启重置晶体管424和转移晶体管420，使VRSTDRAIN连接至光电二极管402从而生成测试电荷。在光电二极管402生成测试电荷后，可触发重置信号RST以关闭转移晶体管420和重置晶体管424。在触发RST后，可使用列复用器408 将VRSTDRAIN设置为与VAAPIX相同。在将VRSTDRAIN设置为VAAPIX 后，可触发重置信号RST以将VRSTDRAIN连接至浮动扩散节点422。在将浮动扩散节点422重置为与VRSTDRAIN接近的重置电势后，可触发行选择信号RS，从而允许通过源极跟随器晶体管428和行选择晶体管430从列输出线432中读出浮动扩散节点422的重置电势。

在读出浮动扩散节点422的重置电势后，可触发转移信号TX以激活转移晶体管420，以将来自光电二极管402的测试电荷转移到浮动扩散节点 422。在将测试电荷传递到浮动扩散节点422后，可关闭转移晶体管420并可触发RS，以通过源极跟随器晶体管428和行选择晶体管430读出与来自列输出线432的测试电荷对应的电势。在读出像素阵列中每个像素的与测试电荷相对应的电势后，可利用熟知的CDS操作将读出重置信号和测试信号合并，以确定光电二极管中注入的确切测试信号水平。

在读出测试信号后，可使用性能验证电路测定像素阵列的性能。所进行的性能测定可包括检测光电二极管402或浮动扩散节点422的过度漏电、错误的像素控制电压、错误的行/列寻址和模拟读出路径错误。

在将测试图案直接射入浮动扩散节点422中而非光电二极管402中的另选测试模式中，可将VRSTDRAIN设置为与VAAPIX相同。在测试期间，可触发重置信号RST以将VRSTDRAIN连接至浮动扩散节点422。在 VRSTDRAIN连接至浮动扩散节点422后，可触发行选择信号RS，从而允许通过源极跟随器晶体管428和行选择晶体管430从列输出线432中读出浮动扩散节点422的重置电势。在读出浮动扩散节点的重置电势后，可使用列复用器408根据图像像素400的行列位置并基于预定义图案将VRSTDRAIN 设置为与测试电压410的所选测试电压相同。在将VRSTDRAIN设置为所选测试电压后，可触发重置信号RST以将测试电压连接至浮动扩散节点422。在测试电压将浮动扩散节点422设置为测试电势后，可触发行选择信号RS，从而允许通过源极跟随器晶体管428和行选择晶体管430从列输出线432中读出测试电压水平。读出重置信号和测试信号可通过熟知的CDS操作进行合并，以确定浮动扩散节点422中设置的确切测试信号水平。

在读出像素阵列中每个像素的测试电压后，可使用性能验证电路测定像素阵列的性能。将测试图案直接应用于浮动扩散节点的测试方法是有利的，因为这种方法尽管不允许对光电二极管402和转移栅极420进行测试，但其对光完全不敏感。结合图3A至图3D描述的测试图案也可应用于图像像素电路400。

图5为根据一个实施例的示例性图像像素电路的示意图，该图像像素电路具有抗光晕晶体管和光电二极管，所述光电二极管通过复用器经过转移晶体管和重置晶体管连接至测试信号线。如图5所示，图像像素500可以是以行和列的方式布置的像素阵列的一部分，可包括光电二极管(PD)502、抗光晕晶体管504、列复用器508、转移晶体管520、浮动扩散(FD)节点522、重置晶体管524、源极跟随器晶体管528、行选择晶体管530和列输出线532。浮动扩散节点522可通过转移晶体管520耦接到光电二极管502。抗光晕晶体管504可具有连接至光电二极管的源极端子。源极跟随器晶体管528可具有漏极端子、栅极端子、和源级端子，漏极端子连接至像素供电电压，像素供电电压在像素电压节点526处生成像素电压VAAPIX，栅极端子连接至浮动扩散节点522，源级端子通过行选择晶体管530耦接到列输出线532。

列复用器508可接收测试信号510，并且可通过复用器输出节点506、重置晶体管524和转移晶体管520将测试电压510的所选测试电压传递至光电二极管502。复用器输出节点506可具有电压VRSTDRAIN，并且可以连接至以单列像素阵列排布的多个像素。像素阵列中的每一行可采用ERS操作单独读出。由于每一行单独读出，并且每一列可通过列复用器508分别控制，因此像素阵列中的每个像素可接收唯一的测试信号。

图像像素电路500的测试操作可能与结合图4中图像像素电路400所述的操作类似。由于增加了抗光晕晶体管504，图像像素电路500可在LFM (LED闪烁缓解)模式下运行。LED闪烁缓解操作在提交于2013年8月28 日的美国专利申请No.20150009375A1中有所描述，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。结合图3A至图3D描述的测试图案也可应用于图像像素电路500。

应当指出的是，结合图2、图4和图5所述的实施例需要测试图像传感器中的所有像素，然而也可采用其中仅将图像传感器中的所选像素用于测试的其他实施例。仅测试图像传感器中的部分像素可向系统提供关于像素平均性能的反馈，同时与测试图像传感器中所有像素的实施例所耗费的资源更少。

应当指出的是，图2、图4和图5所示实施例中所用的复用器可替换为其他为VABDRAIN或VRSTDRAIN线提供测试信号的测试信号生成电路。这类电路的例子可包括数字模拟转换器(DAC)。

图6是根据一个实施例的处理器系统的框图，该处理器系统采用图2、图4和图5中的图像像素电路。装置684可包括装置10的多个元件(图1) 或该元件的任何相关子集。处理器系统600是可包括成像设备684的具有数字电路的示例性系统。在不进行限制的前提下，这种系统可包括计算机系统、静态或视频摄像机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、视频电话、监控系统、自动对焦系统、星体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统，以及其他采用成像设备的系统。

处理器系统600可以是数字静态或视频摄像机系统，其可包括由镜头 696所表示的一个或多个镜头，所述镜头用于在快门释放按钮698被按下时将图像聚焦到图像传感器、图像传感器阵列或多个图像传感器阵列例如图像传感器16(图1)上。处理器系统600可包括中央处理单元，诸如中央处理单元(CPU)694。CPU 694可以是微处理器，它控制相机功能和一个或多个图像流功能，并通过总线(诸如总线690)与一个或多个输入/输出(I/O)设备686通信。图像装置684也可经由总线690与CPU 694通信。系统600可包括随机存取存储器(RAM)692和可移动存储器688。可移动存储器688可包括通过总线690与CPU 694通信的闪存存储器。成像设备684可在单个集成电路或不同芯片上与CPU 694相组合，也可具有或没有存储器。尽管总线690被示为单总线，但该总线也可以是一个或多个总线或桥接器或其他用于互连系统组件的通信路径。

已描述了示出包括成像系统和主机子系统的成像系统(例如，图1的系统100)的各种实施例。成像系统可包括一个或多个图像传感器。每个图像传感器可包括图像像素阵列。每个图像像素可包括一个或多个被配置用于将入射光转换成电荷的光敏元件。

每个图像传感器可包括以行和列的方式布置的像素阵列。可将能生成多个测试信号的至少一个列测试信号生成器耦接到相关列之一的每个像素。测试信号生成器可以是复用器和/或数字模拟转换器。所述至少一个列测试信号生成器可经由测试电压线将测试电势提供给像素阵列中的像素，所述测试电压线根据阵列中每个像素的行位置和列位置并基于预定义的测试图案进行选择。预定义的测试图案可从下列中进行选择：标准像素值、按列交替的暗组和亮组、以及复杂几何形状。每一列可包括转移晶体管以及耦接到转移晶体管的光电二极管。所述至少一个列测试信号生成器可通过第二晶体管耦接到光电二极管。

根据一个例子，抗光晕晶体管可耦接在光电二极管与至少一个列测试信号生成器之间。浮动扩散节点可通过转移晶体管耦接到光电二极管。重置晶体管可以耦接到浮动扩散节点。源极跟随器晶体管可具有耦接到浮动扩散节点的栅极。重置晶体管和源极跟随器晶体管可被配置用于接收像素电压。行选择晶体管可以耦接到源极跟随器晶体管。

在列提供了可通过抗光晕晶体管在光电二极管中生成测试电荷的所选测试电压时，浮动扩散节点可设置为重置电压。可通过激活源极跟随器晶体管和行选择晶体管从浮动扩散节点中读出重置电压。可通过激活转移晶体管将测试电荷从光电二极管转移至浮动扩散节点。源极跟随器晶体管和行选择晶体管可被激活，以读出与浮动扩散节点中的测试电荷对应的电压。读出操作可在卷帘快门模式下进行。

根据另一个例子，浮动扩散节点可通过转移晶体管耦接到光电二极管。所述至少一个列测试信号生成器可通过重置晶体管耦接到浮动扩散节点。源极跟随器晶体管可具有栅极和漏极，栅极耦接到浮动扩散节点，漏极耦接到像素电压线。行选择晶体管可以耦接到源极跟随器晶体管。像素电压线可以与所述至少一个列测试信号生成器分隔开。抗光晕晶体管可以耦接到光电二极管。

在转移晶体管和重置晶体管被激活时，光电二极管可在通过至少一个列测试信号生成器连接至所选测试电压线时累积测试电荷。在重置晶体管被激活时，浮动扩散节点可以接收来自所述至少一个列测试信号生成器的重置电压。源极跟随器晶体管和行选择晶体管可被激活以读出重置电压。可通过激活转移晶体管将测试电荷从光电二极管转移至浮动扩散节点。源极跟随器晶体管和行选择晶体管可被激活，以读出与浮动扩散节点中的测试电荷对应的电压。可在卷帘快门操作中进行读出。

根据另一个例子，注入光电二极管中的测试电荷可保留在光电二极管中，而无需重置以进行整个像素的集成和读出，并且除了可在光电二极管中积累的任何光生电荷外，所述测试电荷也可在ERS读取操作期间被读出。该操作模式可以为所捕捉的图像提供用于识别的水印信息，所述水印信息可以是文本、图形或文本和图形的组合并且与原始图像数据合并，类似于打印纸上的水印。

根据另一个例子，光电二极管光集成电荷可在ERS读取期间针对特定像素闪烁，且测试电荷可注入光电二极管中，以便替换已经积累在光电二极管中的电荷，这与前述的水印操作相似。这类操作可以为所采集的图像提供叠加的测试图像，所述测试图像替换了原始图像数据并且可以是文本、一些其他图形或文本和图形两者的组合。

根据本公开的一个方面，还提供了一种用于测试图像传感器中的像素的方法，其中所述图像传感器中的至少一列像素包括列测试信号生成器，所述列测试信号生成器在测试信号线上输出多个测试信号，所述方法包括：

将浮动扩散节点重置为重置电压，并将测试信号线连接至所述像素中的光电二极管，以将所选的所述测试信号之一提供至所述光电二极管并在所述光电二极管中生成相应的测试电荷；

从所述浮动扩散节点中读出所述重置电压；

将所述测试电荷从所述光电二极管转移至所述浮动扩散节点；并且

通过行选择晶体管和具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极的源极跟随器晶体管，从所述浮动扩散节点读出与所述测试电荷相对应的电压。

在一个实施例中，所述测试信号线通过抗光晕晶体管耦接到所述光电二极管，并且其中像素电压供应线耦接到所述重置晶体管和所述源极跟随器晶体管。

在一个实施例中，将所述浮动扩散节点重置为所述重置电压并将所述测试信号线连接至所述光电二极管以在所述光电二极管中生成所述测试电荷的步骤还包括：

利用重置信号，同时开启所述抗光晕晶体管和所述重置晶体管，以通过所述重置晶体管将来自所述像素电压供应线的重置电压应用于所述浮动扩散节点，将所述测试信号线连接至所述光电二极管，并通过所述抗光晕晶体管生成所述测试电荷。

在一个实施例中，从所述浮动扩散节点读出所述重置电压还包括：

使用所述行选择晶体管，将所述重置电压从所述浮动扩散节点转移至所述列读出电路。

在一个实施例中，将所述测试电荷从所述光电二极管转移至所述浮动扩散节点还包括：

使用所述转移晶体管，将所述测试电荷从所述光电二极管转移至所述浮动扩散节点。

在一个实施例中，作为卷帘快门操作的一部分，激活所述行选择晶体管。

在一个实施例中，在所述抗光晕晶体管关闭时以及在调制所述列测试信号生成器的所述输出处的信号时，将所述测试信号线连接至所述光电二极管。

在一个实施例中，提供至所述光电二极管的所述测试信号根据所述像素所在的行和列并基于预定义的测试图案进行选择。

在一个实施例中，所述列测试信号生成器具有耦接到所述重置晶体管的输出。

在一个实施例中，将所述浮动扩散节点重置为所述重置电压并将所述测试信号线连接至所述光电二极管以在所述光电二极管中生成所述测试电荷的步骤还包括：

在所述重置晶体管开启并且所述转移晶体管开启时，将所述测试信号线连接至所述光电二极管以在所述光电二极管中生成所述测试电荷；以及

在所述重置晶体管开启并且所述转移晶体管关闭时，通过所述列测试信号生成器将来自像素电压供应线的重置电压提供至所述浮动扩散节点。

在一个实施例中，将所述测试信号线连接至所述光电二极管还包括：

在光集成期间之前将所述测试信号线连接至所述光电二极管，其中所述光电二极管在所述光集成期间积累光生电荷。

在一个实施例中，读出所述电压还包括：

读出与所述测试电荷和所述光生电荷的总和相对应的组合电压以形成具有水印信息的图像，其中所述水印信息选自文本、图形以及文本和图形的组合。

在一个实施例中，所述光电二极管在光集成期间积累光生电荷，并且其中将所述测试信号线连接至所述光电二极管包括：

在所述光集成期间之后将所述测试信号线连接至所述光电二极管，以将所述光生电荷替换为所述测试电荷。

在一个实施例中，读出所述电压包括：

读出与所述测试电荷相对应的电压以形成包括叠加信息的图像，其中所述叠加信息选自：文本、图形以及文本和图形两者的组合。

根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器具有以行和列的方式布置的像素阵列，并具有至少一个列测试信号生成器，所述至少一个列测试信号生成器耦接到相关联的所述列之一中的每个像素，其中所述列中的每个像素包括：

第一晶体管；

第二晶体管；以及

光电二极管，所述光电二极管耦接在所述第一晶体管与所述第二晶体管之间，其中所述列测试信号生成器通过所述第二晶体管耦接到所述光电二极管。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器是具有测试信号输入的复用器。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器是数字模拟转换器。

在一个实施例中，所述列中的每个像素还包括：

浮动扩散节点，所述浮动扩散节点通过所述第一晶体管耦接到所述光电二极管；

重置晶体管，所述重置晶体管耦接到所述浮动扩散节点；以及

源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极。

在一个实施例中，所述重置晶体管和所述源极跟随器晶体管被配置用于接收像素电压。

在一个实施例中，所述图像传感器还包括：

行选择晶体管，所述行选择晶体管耦接到所述源极跟随器晶体管。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器被配置用于根据预定义模式并基于每个像素所在的行和列通过所述第二晶体管将选定的测试电压提供至所述光电二极管。

根据本公开的一个方面，提供了一种具有成像装置的系统，所述系统包括：

中央处理单元；

存储器；

镜头；

输入-输出电路；和

成像装置，其中所述成像装置包括：

以行和列的方式布置的像素阵列以及耦接到所述像素阵列中的至少一个像素的至少一个列测试信号生成器，其中所述至少一个像素包括：

光电二极管；

浮动扩散节点；

转移晶体管，所述转移晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述光电二极管之间；

重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述至少一个列测试信号生成器与所述浮动扩散节点之间；

源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极端子；以及

电压供应线，所述电压供应线耦接到所述源极跟随器晶体管的漏极。

在一个实施例中，所述系统还包括：

抗光晕晶体管，所述抗光晕晶体管耦接到所述光电二极管。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器被配置用于根据预定义模式并基于所述至少一个像素所在的行和列通过所述重置晶体管和所述转移晶体管将选定的测试电压提供至所述光电二极管。

在一个实施例中，所述预定义测试图案选自：标准像素值、交替的列的暗组和亮组、文本和几何形状。

在一个实施例中，所述至少一个列测试信号生成器未连接至所述电压供应线。

根据本公开的方面以及实施例，可以提供改进的图像传感器和具有成像装置的系统。

前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的实质和范围的前提下进行多种修改。上述实施例可单独地或以任意组合方式实施。

Claims (5)

1.一种电子系统，其特征在于，所述系统包括：

中央处理单元；

存储器；

镜头；

输入-输出电路；和

成像装置，其中所述成像装置包括：

以行和列的方式布置的像素阵列以及耦接到所述像素阵列中的至少一个像素的至少一个列测试信号生成器，其中所述至少一个像素包括：

光电二极管；

浮动扩散节点；

转移晶体管，所述转移晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述光电二极管之间；

重置晶体管，所述重置晶体管耦接在所述至少一个列测试信号生成器与所述浮动扩散节点之间；

源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极端子；以及

电压供应线，所述电压供应线耦接到所述源极跟随器晶体管的漏极。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：

抗光晕晶体管，所述抗光晕晶体管耦接到所述光电二极管。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个列测试信号生成器被配置用于根据预定义的模式并基于所述至少一个像素所在的行和列通过所述重置晶体管和所述转移晶体管将选定的测试电压提供至所述光电二极管。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述预定义的模式选自：均匀一致的像素值、交替的列的暗组和亮组、文本和几何形状。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个列测试信号生成器不连接至所述电压供应线。