RU2356177C1 - Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов - Google Patents
Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2356177C1 RU2356177C1 RU2008108484/09A RU2008108484A RU2356177C1 RU 2356177 C1 RU2356177 C1 RU 2356177C1 RU 2008108484/09 A RU2008108484/09 A RU 2008108484/09A RU 2008108484 A RU2008108484 A RU 2008108484A RU 2356177 C1 RU2356177 C1 RU 2356177C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- bus
- drain
- source
- gate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в оптических высокоскоростных мышках, видеокамерах и фотоаппаратах. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение чувствительности и уменьшение количества компонентов в столбцовой схеме считывания. Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве схемы считывания сигналов с активных ячеек фотодетекторов предложено первый электрод активного транзистора выполнить истоком, а второй стоком и между его стоком и затвором включить конденсатор обратной связи. В качестве элементов, обслуживающих сигнальную шину и шину постоянного потенциала восстановления, применить первый и второй генераторы втекающего и вытекающего тока, подключенные соответственно к сигнальной шине и шине постоянного потенциала, и транзистор обратной связи того же типа проводимости, что и у активного транзистора, исток которого соединен с шиной постоянного потенциала, сток - с общим выводом, затвор - с сигнальной шиной, являющейся выходом усилителя. Дополнительно предложено между стоком активного транзистора ячейки и ключом адресации каскадно включить транзистор того же типа проводимости. А между истоком транзистора обратной связи и шиной постоянного потенциала включить последовательно один или более транзисторов того же типа проводимости в диодном включении. Первый дополнительный признак улучшает точность предустановки потенциала на интегрирующем конденсаторе, второй расширяет размах выходного сигнала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в оптических высокоскоростных мышках, видеокамерах и фотоаппаратах.
Известны схемы считывания сигналов с активных ячеек фотодетекторов, содержащие расположенные в ячейке транзисторный ключ восстановления потенциала на интегрирующем конденсаторе, активный транзистор, соединенный первым электродом с шиной источника питания, затвором - с интегрирующим конденсатором, вторым электродом - с ключом адресации, соединяющим его с сигнальной шиной, включаемые при замыкании ключей ячейки в схему распределенного усилителя, в которой элементы ячейки образуют входную часть усилитителя, а элементы, обслуживающие сигнальную шину и шину постоянного потенциала восстановления, образуют остальную часть усилителя. См., например: US Патент 6717616 B1, Apr. 6 2004, Morteza Afghahi и др. "Amplifier Assisted active pixel read out structure" и US Патент 7157682 B2, Jan. 2 2007, Kevin E. Brehmer и др. "Method and Apparatus for a CMOS image sensor with a distributed amplifier".
В этих источниках описываются устройства ячеек, содержащих истоковый повторитель, как активный транзистор, подключенный стоком к шине постоянного потенциала, а истоком через транзистор адресации к сигнальной шине, нагруженной на генератор тока, задающий рабочий режим распределенному дифференциальному усилителю, в котором истоковый повторитель при включенном транзисторе адресации становится входной ветвью.
Недостатком этих схем является недостаточная чувствительность при работе на высоких частотах считывания или сложность столбцовой части усилителя, затрудняющая ее размещение при малом шаге матрицы фотодетекторов.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является схема, описанная в US Патент 7157682 B2, Jan. 2 2007, Kevin E. Brehmer и др. "Method and apparatus for a CMOS image sensor with a distributed amplifier", имеющая те же недостатки.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение чувствительности и уменьшение количества компонентов в столбцовой схеме считывания.
Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве схемы считывания сигналов с активных ячеек фотодетекторов предложено:
- первый электрод активного транзистора выполнить истоком, а второй стоком и между его стоком и затвором включить конденсатор обратной связи, в качестве элементов, обслуживающих сигнальную шину и шину постоянного потенциала восстановления, применить первый и второй генераторы втекающего и вытекающего тока, подключенные соответственно к сигнальной шине и шине постоянного потенциала, и транзистор обратной связи того же типа проводимости, что и у активного транзистора, исток которого соединен с шиной постоянного потенциала, сток - с общим выводом, затвор - с сигнальной шиной, являющейся выходом усилителя.
Дополнительно предложено:
- между стоком активного транзистора ячейки и ключом адресации каскодно включить транзистор того же типа проводимости.
- между истоком транзистора обратной связи и шиной постоянного потенциала включить последовательно один или более транзисторов того же типа проводимости в диодном включении.
Первый дополнительный признак улучшает точность предустановки потенциала на интегрирующем конденсаторе, второй расширяет размах выходного сигнала.
Перечень графических материалов, иллюстрирующих устройство, реализующее заявляемое изобретение.
Фиг.1 иллюстрирует известное устройство схемы считывания (прототип).
Фиг.2 показывает электрическую схему предлагаемой схемы считывания.
Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов (1) состоит из расположенного в ячейке (2) транзисторного ключа (3) восстановления потенциала на интегрирующем конденсаторе (4), активного транзистора (5), соединенного первым электродом - истоком (6) с шиной источника питания (7), затвором (8) с интегрирующим конденсатором (4), вторым электродом - стоком (9) с ключом адресации (10), соединяющим его с сигнальной шиной (11), конденсатора обратной связи (12), включенного между его стоком (9) и затвором (8), при замыкании ключей ячейки (3, 10), образующих входную часть усилитителя, вторая (столбцовая) часть которого состоит из первого (13) и второго (14) генераторов втекающего и вытекающего тока, подключенных соответственно к сигнальной шине (11) и шине постоянного потенциала (15), транзистора (16) обратной связи того же типа проводимости, что и у активного транзистора (5), исток (17) которого соединен с шиной постоянного потенциала (15), сток (18) - с общим выводом (19), затвор (20) - с сигнальной шиной (11), являющейся выходом усилителя (21).
Дополнительно по п.2 формулы изобретения между стоком (9) активного транзистора (5) ячейки и ключом адресации (10) каскодно включен транзистор (22) того же типа проводимости.
Дополнительно по п.3 формулы изобретения между истоком (17) транзистора (16) обратной связи и шиной постоянного потенциала (15) включены последовательно один или более транзисторов (23) того же типа проводимости в диодном включении.
Схема работает следующим образом.
На этапе предустановки:
После включения транзисторных ключей (3 и 10) ячейка соединяется со столбцовыми элементами, образуя усилитель с двумя отрицательными обратными связями: динамической - через конденсатор (12) и статической - через транзистор (16). В установившемся режиме потенциал затвора (8) VA(0)=VDA-VGA(I1), где VGA(I1) - напряжение между истоком и затвором транзистора (5), поддерживающее ток I1. Потенциалы сигнальной шины (11) и точки В соединения конденсатора (12) со стоковой цепью активного транзистора (5) VC(0)=VB(0)=VDA-VGA(I1)-VGD(I2), где VGD(I2) - напряжение между истоком и затвором транзистора (16), поддерживающее ток I2.
На этапе накопления:
После отключения транзисторных ключей (3 и 10) в начале этапа VB=VDA из-за открытого активного транзистора (5). Скачок напряжения на В передается через конденсатор (12) на интегрирующий конденсатор (4) ΔVA=(VGA(I1)+VGD(I2))C1/(C1+CA). В конце этапа накопления длительностью Т напряжение на затворе активного транзистора понизится до VA(t)=VA(0)+ΔVA-IpT/(CA+C1)=VDA-VGA(I1)CA/(CA+CB)-VGD(I2)C1/(CA+C1)-IPT/(CA+C1), VB=VDA.
При считывании:
Ключ (10) замыкается и в образовавшемся усилителе в установившемся режиме в момент t, вследствие действия обратной связи через конденсатор (12), на затворе (8) активного транзистора (5) снова устанавливается начальное напряжение, соответствующее току I1: VA(t)=VDA-VGA(I1). На сигнальной шине (11) установится потенциал VC(t), поэтому изменение потенциала в точке В будет ΔVB(t)=VDA-VC(t) и соответствующее изменение потенциала на затворе активного транзистора будет ΔVA(t)=ΔVB(t) C1/(CA+C1). Учитывая, что ΔVA(t)=VA(T)-(VDA-VGA(I1))=VDA-VGA(I1)CA/(CA+CB)-VGB(I2)C1/(CA+C1)-IPT/(CA+C1)-(VDA-VGA(I1))=(VDA-VC(t))C1/(CA+C1), находим, что считываемый потенциал на сигнальной шине VC(t)=VDA-VGA(I1)-VGB(I2)+IPT/C1-VC(0)+IPT/C1. Относительно уровня черного VC(0) он изменяется в положительном направлении на величину IPT/C1, которая не зависит от величины интегрирующего конденсатора (4) СA. Величина конденсатора (12) C1 может быть сделана во много раз меньшей, чем СA и во столько же раз увеличится чувствительность.
Дополнительный транзистор (22) стабилизирует составляющую уровня черного VGA(I1) ввиду постоянства напряжения на стоке активного транзистора (5) при больших изменениях напряжения на сигнальной шине (11).
Каждый дополнительный транзистор в диодном включении в цепи истока (17) транзистора (16) изменяет составляющую уровня черного (-VGB(I2)) на такую же величину, увеличивая допустимый размах полезного сигнала
Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.
Claims (3)
1. Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов, содержащая расположенные в ячейке транзисторный ключ восстановления потенциала на интегрирующем конденсаторе, активный транзистор, соединенный первым электродом с шиной источника питания, затвором с интегрирующим конденсатором, вторым электродом с ключом адресации, соединяющим его с сигнальной шиной, включаемые при замыкании ключей ячейки в схему распределенного усилителя, в которой элементы ячейки образуют входную часть усилитителя, а элементы, обслуживающие сигнальную шину и шину постоянного потенциала восстановления, образуют остальную часть усилителя, отличающаяся тем, что первый электрод активного транзистора является истоком, а второй стоком, между его стоком и затвором включен конденсатор обратной связи, элементами, обслуживающими сигнальную шину и шину постоянного потенциала восстановления, являются первый и второй генераторы втекающего и вытекающего тока, подключенные соответственно к сигнальной шине и шине постоянного потенциала, транзистор обратной связи того же типа проводимости, что и у активного транзистора, исток которого соединен с шиной постоянного потенциала, сток - с общим выводом, затвор - с сигнальной шиной, являющейся выходом усилителя.
2. Схема считывания по п.1, отличающаяся тем, что между стоком активного транзистора ячейки и ключом адресации каскодно включен транзистор того же типа проводимости.
3. Схема считывания по п.1, отличающаяся тем, что между истоком транзистора обратной связи и шиной постоянного потенциала включены последовательно один или более транзисторов того же типа проводимости в диодном включении.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008108484/09A RU2356177C1 (ru) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008108484/09A RU2356177C1 (ru) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2356177C1 true RU2356177C1 (ru) | 2009-05-20 |
Family
ID=41021882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008108484/09A RU2356177C1 (ru) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2356177C1 (ru) |
-
2008
- 2008-03-06 RU RU2008108484/09A patent/RU2356177C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6321182B2 (ja) | 一定の電圧でバイアスされたフォトダイオードを有する画素回路及び関連する撮像方法 | |
| KR100660193B1 (ko) | 자기-보상 상관 이중 샘플링 회로 | |
| US9369649B2 (en) | Imaging apparatus, imaging system, and method for driving imaging apparatus | |
| US9129879B2 (en) | Solid state imaging device and camera system | |
| US7133074B1 (en) | Image sensor circuits including sampling circuits used therein for performing correlated double sampling | |
| JP4854410B2 (ja) | 半導体装置 | |
| TWI587699B (zh) | 感光電路及其控制方法 | |
| JPH0927883A (ja) | 画像読取信号処理装置 | |
| WO2018001014A1 (zh) | 像素电路及其驱动方法、图像传感器及图像获取装置 | |
| US9549138B2 (en) | Imaging device, imaging system, and driving method of imaging device using comparator in analog-to-digital converter | |
| US11006062B2 (en) | Pixel sensing circuit and driving method thereof, image sensor and electronic device | |
| US20140016007A1 (en) | Readout circuit, solid-state imaging apparatus, and method for driving readout circuit | |
| US10991735B2 (en) | Optical detection pixel unit, optical detection circuit, optical detection method and display device | |
| CN108391071A (zh) | 一种采用二次相关双采样技术的spad阵列级读出电路 | |
| JP2015097304A (ja) | 比較回路およびそれを用いた撮像素子並びに比較回路の制御方法 | |
| US6791613B2 (en) | Signal processing apparatus | |
| Gruev et al. | Linear current mode imager with low fix pattern noise | |
| JPWO2007066762A1 (ja) | 固体撮像装置 | |
| TW201106688A (en) | Clamp circuit and solid-state image sensing device having the same | |
| US6191412B1 (en) | Gain and error correction circuitry | |
| JP5106596B2 (ja) | 撮像装置 | |
| RU2356177C1 (ru) | Схема считывания сигналов из ячеек матрицы фотодетекторов | |
| US9080914B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus using fixed pattern noises of sensor and memory cells | |
| JP3610144B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JPH1023336A (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110307 |