TW200822706A - Reducing noise in an imager - Google Patents

Description

200822706 九、發明說明： 【么明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於成像裝置，且更特定言之，係關於 降低成像裝置中之瞬時雜訊的方法。 【先前技術】 Γ 々:cM〇w像器電路包括像素單元之一焦平面陣列，該 等早7C中之每—者包括—上覆_基板用於使光生電荷積聚 於該基板之下伏部分中的光感測器，例如，光電閘極、光 導體或光電二極體。每一像素單元具有_包括形成於該基 板中之至J -輸出場效電晶體的讀出電路及一形成於該基 板上的連接至—輸出電晶體之閘極的電荷健存區。可將該 電何儲存區建構為一浮動擴散 卜 予勁擴政£。母一像素可包括用於將 =荷自光感測器轉移至儲存區的諸如電晶體之至少一電子 裝置及-用於在電荷轉移之前將儲存區重設至預定電荷位 準的亦通常為電晶體之裝置。 在一 CMOS成像器中，一德去^ 像素早几之主動元件執行以下 必需功能·（ 1)光子$雷^4么 至電何轉換；（2)影像電荷之積聚；（3) 在電荷轉移至儲存區之前蔣彳淨六 t匕心刖將储存區重設至一已知狀態；（4) 伴隨有電荷放大的雷恭δ彳味六广 冤何至儲存區之轉移；（5)用於讀出之像 素的選擇；及（6)—表示 丁像素電何之信號的輸出及放大。在 光電何自初始電荷藉令f 、_ 仃積移動至儲存區時，可將光電荷放 大。通常藉由一源極跟卩左盟认， 跟Ik為輸出電晶體來將儲存區處之電 荷轉換為像素輸出電壓。 如以引用的方式全邦板 口 并入的頒予Micron Technology，inc H9605.doc 200822706 的（例如）美國專利第6，140,630號、美國專利第6,376,868 號、美國專利第6,31〇,366號、美國專利第6,326,652號、美 國專利第6,204,524號及美國專利第6,333,2〇5號中論述，上 述類型之CMOS成像器為大體上已知的。 圖1说明一習知CMOS成像器1〇之一部分。所說明之成像 器1 〇包括一藉由一像素輸出線32而連接至一行取樣及保持 電路40的像素20( 一像素陣列（未圖示）中之許多者中之一 者）。成像器10亦包括一讀出可程式化增益放大器（pGA)7〇 及一類比數位轉換器（ADC)80。 所說明之像素20包括一光感測器22(例如，插腳式光電 二極體、光電閘極等）、轉移電晶體24、浮動擴散區卩〇、 重設電晶體26、源極跟隨器電晶體28及列選擇電晶體％。 在轉移電晶體24藉由一轉移控制信號τχ而啟動時，光感 測器22藉由轉移電晶體24而連接至浮動擴散區fd。重設電 晶體26連接於浮動擴散區FD與一陣列像素電源電壓％^ pix之間使用一重設控制信號RST來啟動重設電晶體， 其重设浮動擴散區FD(如此項技術中所知）。 源極跟隨器電晶體28使其閘極連接至浮動擴散區fd& 連接於陣列像素電源電壓Vaa—pix與列選擇電晶體3〇之間。 源極跟隨n電晶體2 8將儲存於浮動區F D處之電荷轉換 為:電輸出電壓信號。列選擇電晶體可由用於將源極跟 隨器電晶體28及其輸出電壓信號選擇性地連接至像素輸出 線32的列選擇信號SELECT控制。 订取樣及保持電路4〇包括一由控制電壓Vln—bi^控制之 119605.doc 200822706 偏壓電晶體56，其用於偏麗像素輸出線32。像素輸出線32 亦經由取樣及保持重設信號開關42而連接至第一電容器 44取樣幻呆持重設信號開關42由取樣及保持重設控制信 號SHR控制。像素輸出線32亦經由取樣及保持像素信號開 關52而連接至第二電容_。取樣及保持像素信號開_ 由取樣及保持重像素控制信號SHS控制。開關U、Μ通常 為MOSFET電晶體。 第電A為44之一第二端子經由一帛一行選擇開關^而 連接至放大器70，第一行選擇開關5〇由行選擇信號 COLUMN—SELECT控制。第一電容器44之第二端子亦經由 一第一鉗位開關46而連接至鉗位電壓VCL。類似地，第二 電容器54之第二端子藉由一第二行選擇開關6〇而連接至放 大态70，第二行選擇開關6〇由行選擇信號c〇lumn— SELECT控制。第二電容器M之第二端子亦藉由一第二钳 位開關48而連接至鉗位電壓VCL。 鉗位開關46、48由一鉗位控制信號CLAMp控制。如此 項技術中已知，鉗位電壓VCL用於在需要儲存重設信號及 像素k號時（在亦產生適當的取樣及保持控制信號SHR、 SHS時）將一電荷分別置放於兩個電容器44、54上。 參看圖1及2，在操作過程中，將列選擇信號select驅 動為高’此啟動列選擇電晶體30。在被啟動時，列選擇電 晶體30將源極跟隨器電晶體28連接至像素輸出線32。接著 將鉗位控制仏號CLAMP驅動為高以啟動钳位開關μ、 48，從而允許钳位電壓VCL被施加至取樣及保持電容器 119605.doc 200822706 44、54之第二端子。接著脈衝調變重設信號RST以啟動重 设電晶體26，該重設電晶體重設浮動擴散區FD。在脈衝調 k取樣及保持重設控制信號SHR時，接著對來自源極跟隨 器28之信號（基於重設浮動擴散區？〇)進行取樣。此時，第 -一電容器44儲存像素重設信號vm。 此後，脈衝調變轉移電晶體控制信號τχ，從而使來自 光感測器22之電荷轉移至浮動擴散區印。在脈衝調變取樣 (―、Α保持像素控制信號SHS時，對來自源極跟隨器28之信號 (基於轉移至浮動擴散區FD之電荷）進行取樣。此時，第二 電容器54錯存像素影像信號〜。藉由差分放大器產生 -差分信號(vrst-Vsig)。藉由類比數位轉換器8〇來將該差分 信號數位化。類比數位轉換器8〇將數位化像素信號供應至 -影像處理器（未圖示），其形成—數位影像輸出。 像素式瞬時讀取雜訊為一重 门里晋的像素效能參數。歸因於 “…戰(SNR)’高讀取雜訊使影像感測器之低光度 ^ 成像效旎降級。舉例而言，若一像音且古& — ^ 像素具有約六個雷之古志 取雜訊’㈣像素必須俘獲六 (Μ ^ ^ 兀卞Λ運成為—之訊雜比 :除先子射出雜訊)。若可降低讀取雜訊，則 曝光時感測器可達成同—訊雜比，此將改 二之 低光度效能。 Ρ像感測器之 口此，期望及需要減輕成像器中之雜訊 、 時讀取雜訊）的存在。 / ° =如像素式瞬 【發明内容】 本發明係關於—種操作一成像器 像素輸出或行 119605.doc 200822706 ^出線進行之多數重設信號及像素信號取樣操作期間在今 線上具有增加之電容的方法。該增加之電容係藉由在該等 取樣操作期間在多個取樣及保持電容器中切換而 【實施方式】 像素式瞬時雜訊具有許多已知㈣。將與源極跟隨器及 ㈣電晶體相關聯的1/f及熱雜訊認為是像素式讀取雜訊問 題之關鍵組成部分。發明者已判定一主要雜訊源且有高頻 功率譜(在下文中稱為"高頻雜訊”)。使用諸如相關雙取樣 仰8)之習知技術未降低此類型之高頻雜訊。發明者已判 疋有：能藉由將一增加之電容性負載添加至一行輸出⑼ 如，行輸出線）或像素輸出而顯著地降低與高頻功率譜 關聯之雜訊。 θ C； 再-人參看圖1，雖然存在與源極跟隨器電晶體28之輸出 相關聯的-些寄生電容，但在取樣操作期間由源極跟隨器 電晶體28之輸出看出的多數電容為在行取樣及保持電路40 中取樣及保持電容器44、54之結果。因此，有可能藉由增 ，取樣及保持電容器44、54之大小來降低一行上之高頻雜 Λ (亦即，源極跟隨器電晶體28之輸出）。 之缺點為亦將需要增加晶粒面積以增加取樣及 ，持電合為44、54之大小。另外，將需要增加流經偏壓電 曰曰體56之電流以足夠快地對較大電容器44、54充電而避免 :=地衝擊成像器1G之框速率。增加通過偏壓電晶體％之 电流將使功率消耗增加且亦可降低源極跟隨器電晶體2 8之 增益且亦可影響常用於成像器中之抗钱電路（未圖示）。 119605.doc 200822706 八圖3展示一包含4路共用像素12〇之CM〇s成像器ιι〇之—部 刀上述面頻雜訊問題對於圖3之成像器110而言可尤為府 煩。如可看出’成像器110包括-像素120,像素12。含： 配置成拜耳（Bayer)圖樣的四個光感測器Μ⑺、a。、22 〜及轉移電晶體“……、^以達成兩個：色 Gl、G2、一藍色一紅色R像素部分。

在所說明之成像器110中，第一綠色及藍色像素部分 二、B共用-浮動擴散區叫、重設電晶體mE '源極跟隨 器電晶體128E及列選擇電晶體13〇e，兩個其他像素部分在 成像器110像素陣列之偶數列中。類似地，第二綠色及紅 色像素部分G2、R共用一浮動擴散區FD〇、重設電晶體 126〇、源極跟隨器電晶體128〇及列選擇電晶體13〇〇,兩個 其他像素部分在成像器11〇像素陣列之奇數列中。 一共用行輸出線132連接至一偶數行取樣及保持電路 140E及一奇數行取樣及保持電路14〇〇。偶數取樣及保持電 路14〇e包括一第一電容器144e、第二電容器Η、、取樣及 保持重没信號開關142E、取樣及保持像素信號開關15心及 一鉗位開關146E。應瞭解，亦使用偏壓及行選擇電路（諸 如圖1所不之此等），但未展示於圖3中。取樣及保持重設 信號開關142E由一偶數取樣及保持重設控制信號 SHR—EVEN控制。取樣及保持像素信號開關丨52β由一偶數 取樣及保持像素控制信號SHS一EVEN控制。鉗位開關i46e 用於在需要儲存重設及像素信號時將一電荷分別置放於兩 個電容器144E、154E上。 119605.doc -10- 200822706 奇數取樣及保持電路140〇包括一第一電容器丨440、第二 電容器1 54〇、取樣及保持重設信號開關1420、取樣及保持 像素信號開關152〇及一钳位開關146〇。應瞭解，亦使用偏 壓及行選擇電路’但未展示於圖3中。取樣及保持重設信 號開關142〇由一奇數取樣及保持重設控制信號shR_〇DD 控制。取樣及保持像素信號開關152〇由一奇數取樣及保持 像素控制信號SHS一ODD控制。钳位開關146〇用於在需要 儲存重設及像素扣號時將一電荷分別置放於兩個電容器 144〇、154〇上。取樣及保持電路14〇e、14〇〇連接至放大器 及類比數位轉換級170E、170〇，此形成來自於自取樣及保 持電路140E、140〇接收之差分信號（Vrst、Vsig)的數位信號 輸出。 參看圖3及4，在操作過程中，在藉由確定重設控制信號 RST<n>、RST<n+l>而重設與像素12〇相關聯之兩個浮動 擴散區FDE、FD〇後，脈衝調變偶數取樣及保持重設控制 k號SHR一EVEN以將藉由源極跟隨器128£(基於重設偶數浮 動擴散區FDE)產生之重设^號值儲存於電容器Μ、中（經 由開關142Ε)。接著，脈衝調變奇數取樣及保持重設控制 信號SHR_ODD以將藉由源極跟隨器128以基於重設奇數浮 動擴散區FD〇)產生之重設信號值儲存於電容器144〇中（經 由開關142〇)。 此後，脈衝調變第一轉移閘極控制信號TXA<n+l>以允 許將來自藍色部分Β之電荷轉移（經由電晶體24β)至偶數浮 動擴散區FDE及將來自第二綠色部分仍之電荷轉移⑽由電 119605.doc -11 - 200822706 曰曰體24g2)至奇數浮動擴散區FD〇。脈衝調變偶數取樣及保 持像素控制信號SHS_EVEN以將藉由源極跟隨器犯（基 於偶數浮動擴散區FDE中儲存之電荷）產生之藍色像素ϋ 錢存於電容器％中（經由開關152ε)。接著，脈衝調^ 2取樣及保持像素控制信號SHS—刪以將藉由源極跟 隨器128〇(基於奇數浮動擴散區FD〇中儲存之電荷）產生之 第二綠色像素信號㈣存於電容器154。中（經由 152〇) 〇

雖然未展示於圖4中，但藉由確定重設控制信號 RST<n>、RST<n+1>來再次重設兩個浮動擴散區、 FD〇。接著將來自紅色及第—綠色部分之重設信號及像素 信號值讀出且對其進行取樣。重設㈣值之順序取樣的時 序及紅色及第-綠色像素信號值之轉移及取樣遵照圖4之 時序圖（除了產生TXB<n+1>而非TXA<n+1^ )。在圖3電路 之一較佳操作中，將第一及第二綠色像素部分導 引至同一取樣及保持電路140〇，而將紅色及藍色部分r、b 導引至取樣及保持電路14(^ ;因此形成—紅色/藍色通道及 一綠色通道。A 了實現此，使用另一選擇信號及額外：樣 及保持輸入開關（未圖示）以將信號導引至所要取樣及保持 電容器。 ”、 如上所述，成像器1 1 〇遭受高頻雜訊問題。亦如上 述，增加電容器144E、144(3、1 54E、 問題’但並非為一適合之解決方案。 可藉由以不同於圖4所示之方式的方式來操 154〇之大小可減輕 然而，根據本發明 所 此 作成像器110而 119605.doc -12- 200822706 在不增加電容器大小之情況下大體上減輕高頻雜訊問題。 圖5說明根據本發明之一示範性操作方法，其經設計成使 多個取樣及保持電容器在多數取樣操作期間連接至行輸出 線。因此，極大地增加在行輸出線上看出之有效電容而不 增加晶粒大小或取樣及保持電容器之大小（或將其他電容 器添加至成像器110)。 根據本發明之示範性實施例，在藉由確定重設控制信號 RST<n>、RST<n+l>來重設兩個浮動擴散區FDe、FD〇後， 大體上同時確定所有四個取樣及保持控制信號。亦即，同 時啟動偶數及奇數取樣及保持重設控制信號SHR_EVEN、 SHR—ODD與偶數及奇數取樣及保持像素控制信號 SHS—EVEN、SHS —ODD。所有四個取樣及保持控制信號 SHR—EVEN、SHR—ODD、SHS—EVEN、SHS—ODD之啟動 使電晶體142E、142〇、152E、152〇啟動，此使所有四個取 樣及保持電谷器144E、144〇、154E、154〇同時連接至行輸 出線132。實質上，將電容器14½、144〇、154E、154〇之 電谷加在起且將其施加至行輸出線132，此大體上減輕 南頻雜訊。 將一來自源極跟隨器128e之重設信號值（基於重設偶數 汙動擴散區fde)儲存於電容器144£中(經由開關142e)。此 後否疋偶數取樣及保持重設控制信號SHR_EVEN。此將 取樣及保持電谷裔144e自共用行輸出線Η〕移除。接著將 來^源極跟隧器丨28〇之重設信號值（基於重設奇數浮動 擴政區FD〇)儲存於電容器14心中（經由開關⑷〇)。在此取 119605.doc -13 - 200822706 樣期間’三個取樣及保持電容器144〇、154e、154〇連接至 線132。隨後’否定奇數取樣及保持重設控制信號 SHR—ODD ’此將取樣及保持電容器144。自線132移除。

此後’脈衝調變第一轉移閘極控制信號ΤΧΑ<η+1>以允 許將來自Μ色部分Β之電荷轉移（經纟電晶體24β)至偶數浮 動擴散區FDE及將來自第二綠色部分⑺之電荷轉移（經由電 晶體24G2)至奇數浮動擴散區叫。請注意，此時，偶數及 奇數取樣及保持像素控制信號SHS—_N、sh、〇DD仍維 持於w位準’此意謂電容器15〜、i54〇仍連接至行線 ⑴（分別經由„152e、152〇)。—旦將來自偶數浮動擴散 區FDE之電何轉移，則藉由源極跟隨器產生之 素信號值儲存於電容琴154 φ . u I 象 电谷為154Et。在此取樣期間，兩個取樣 及保持電容器154E、154〇連接至線132。 者否疋偶數取樣及保持像素控制信號邮』，此 ==:Γ154ε_移除。將來自源極跟隨 :广：Γ 素信號值(基於奇數浮動擴散區阳。中 =存^轉《細存於電容器154。中（經由咖勢同 夕電谷為不連接至行輸出線132之唯一時間 數像素信號值（例如，綠色像素G2)之取樣期間。、，、可 發明者已判定藉由根據圖5之時序圖 良之讀出及大大改良之影像輸出。圖=雜訊導致改 ⑴之安定時間，因為在多數序將增加行線 對在該線上看出之較大“的時間來 然而，此通常並非為一 119605.doc -14- 200822706 問題，因為對於低光度條件，成像器11〇以—降低之框速 率來執行（其中可增加像素時序寬度而不會對框速率產生 任何〜I )。在売光度條件下，像素讀出可回復至圖4所說 明之時序，因為在亮光度條件τ不需要改良之讀取雜訊效 能（其中光子射出雜訊為主要雜訊源）。 此外，藉由最佳化取樣及保持控制信號之寬度，發明者 判定安定時間要求小於圖4之時序之要求的兩倍。此係因

為雖然存在一較重的電容性負載，但、SHS EVEN及SHS—ODD信號之寬度亦增加，此允許其相關聯之 電容器比其使用圖4之時序時通常出現的情況更早地開始 充電。 圖6為包含2路共用像素220之CM0S成像器21〇之一部分 的圖。亦即，每一像素220包含兩個光感測器222〇、222!及 轉移電晶體224〇、22心。在所說明之成像器210中，光感測 器2220、222〗及轉移電晶體224〇、224!共用一浮動擴散區 FD、重設電晶體226、源極跟隨器電晶體228及列選擇電晶 體230。一共用像素輸出線32連接至一行取樣及保持電路 4〇(在上文中參看圖1來描述）。 為了降低及/或大體上減輕高頻雜訊，根據圖7中說明之 示範性時序圖來操作成像器210以在重設及像素信號取樣 及保持操作之至少一部分期間將多個取樣及保持電容器連 接至線32。 現在參看圖6及7，將列選擇信號SElECT驅動為高，此 啟動列選擇電晶體230。在被啟動時，列選擇電晶體230將 119605.doc -15 - 200822706 源極跟卩过器電晶體2 2 8連接至線3 2。接著將甜位控制彳古號 CLAMP驅動為南以啟動甜位開關46、48，從而允許钳位 電壓VCL被施加至取樣及保持電容器44、54之第二端子。 接著脈衝調變重設信號RST以啟動重設電晶體226，該重 .設電晶體226重設浮動擴散區FD。接著，同時啟動取樣及 保持重α控制k號SHR及取樣及保持像素控制信號shs。 在進行此之情況下，取樣及保持電路4〇中之兩電容器料、 〇 54之電容連接靡。 〇 在浮動擴散區FD上之信號藉由源極跟隨器228而轉換為 一重設信號vrst且接著儲存於第一電容器44中。一旦儲存 vrst，則否定取樣及保持重設控制信號SHR，此將電容器 44自線32移除（經由斷開開關42)。此後，脈衝調變第一轉 移電晶體控制信號TX0，使來自帛—光感測器222〇之電荷 轉移至浮動擴散區FD。接著將來自源極跟隨器228之像素 信號vsig(基於浮動擴散區FD上之轉移電荷）儲存於第二電 ί / 谷⑽54中藉由差分放大器70產生一差分信號（Vrst-Vsig)。 藉由類比數位轉換器80來將該差分信號數位化。類比數位 轉換器8G將數位化像素信號供應至—影像處理器（未圖 示），其形成一數位影像輸出。 雖然未展示於圖6中，但藉由確定重設控制信號RST來 再次重設浮動擴散區FD。接著使用上述之同一時序（除了 產生TX1而非TX〇外）來讀出來自第二光感測器⑵1之重設 信號Vm及像素信號Vsig且對其取樣。 圖為根據本發明之另一示範性實施例的圖丨之成像器工0 119605.doc 16 200822706 之操作的時序圖。為了降低及/或大體上減輕高頻雜訊， 根據圖8中說明之示範性時序圖來操作成像器1〇以在重設 及像素信號取樣及保持操作之至少一部分期間將多個取樣 及保持電容器連接至線32。 現在參看圖1及8，將列選擇信號SELECT驅動為高，此 啟動列選擇電晶體30。在被啟動時，列選擇電晶體3〇將源 極跟隨器電晶體28連接至線32。接著將鉗位控制信號 CLAMP驅動為尚以啟動鉗位開關46、48，從而允許钳位 電壓VCL被施加至取樣及保持電容器44、54之第二端子。 接著脈衝調變重設信號RST以啟動重設電晶體26，該重設 電晶體26重設浮動擴散區FD。接著，同時啟動取樣及保持 重认控制^唬SHR與取樣及保持像素控制信號SHS。在進 行此之f月況下，取樣及保持電路4〇中之兩電容器、Μ之 電容連接至線32。 在沣動擴散區FD上之信號藉由源極跟隨器28而轉換為 〇 重没^號Vrst且接著儲存於第一電容器44中。一旦儲存 vrst，則否定取樣及保持重設控制信號SHR，此將電容器 44自線32移除（經由斷開開關42)。此後，脈衝調變轉移電 曰曰體控制信號τχ，從而使來自光感測器22之電荷轉移至 浮動擴散區FD。接著將來自源極跟隨器28之像素信號 vsig(基於浮動擴散區FD上之轉移電荷）儲存於第二電容器ϋ 2比數位轉換器80來將該差分信號數位化。類比數位轉換 器80將數位化像素信號供應至一影像處理器（未圖示），其 H9605.doc 200822706 形成一數位影像輸出。 圖9說明一更完整2CM〇s成像器4〇〇的一方塊圖。成像 器400包括一像素陣列41〇。像素陣列41〇包含配置成預定 數目之行及列的複數個像素。陣列4丨〇可使用圖i、4或6中 說明之像素組態中之一者。藉由一列選擇線來同時全部開 啟陣列410中每一列的像素且藉由一行選擇線來選擇性地 輸出每一行之像素。為整個陣列41〇提供複數個列及行 線。 C，％ 藉由列驅動器432來選擇性地啟動列線以回應於列位址 解碼器430，且藉由行驅動器434來選擇性地啟動行選擇線 以回應於行位址解碼器436。因此，為每一像素提供一列 及行位址。CMOS成像器400係藉由以下來操作：控制電路 420，其控制用於選擇適當的列及行線以供像素讀出的位 址解碼器430、436 ;及列及行驅動器電路432、434，其將 驅動電壓施加至所選列及行線之驅動電晶體。 G 每一行含有與讀取所選像素之一像素重設信號Vrst及一 像素影像信號Vsig之行驅動器434相關聯的取樣及保持電路 440差刀仏號（Vrst-Vsig)係對於每一像素由差分放大器470 產生且由類比數位轉換器480(ADC)而數位化。類比數位轉 ‘換器480將數位化像素信號供應至一影像處理器49〇，其形 成一數位影像輸出。在一較佳實施例中，控制電路42〇根 據本發明之適當時序來操作陣列420。如上所述，必要 日守’控制電路420有可能在低光度條件下使用多個電容器 取樣及保持操作及在亮光度條件下使用標準單一電容器取 119605.doc -18- 200822706 樣及保持操作。 圖10展示系統700，一 έ 、、、工修改以包括根據本發明之一實 方也例而建構及操作 ... 、 成像波置400的典型處理器系統。處 理态糸統700為一且右 认么 〃 I括影像感測器裝置之數位電路 的糸統的示範。未經 德么从 制，此糸統可包括一電腦系統、相 “ 械為視覺、車輛導航、視訊電話、監督 糸、、先、自動聚焦系統、 ^ 旦 體跟蹤器糸統、運動偵測系統、

衫像穩定系統及資料壓縮系統。 t先7〇°(例如’相機系統)通常包含-經由匯流排704而 ”輸入/輸出⑽）裝置706通信的中央處理單元（cpu)7〇2， 老如—微處理11 °成像裝置_亦經由匯流排7G4而與cpu 之可移除記憶體71 5 一處理器（諸如CPU、 5己1思體儲存在或不在 理器之晶片上。 702通。處理器系統700亦包括隨機存取記憶體 (RAM)71G，且可包括亦經由匯流排·而與c叩7〇2通信 ’諸如快閃記憶體。成像裝置400可與 數位化號處理器或微處理器）組合， 單一積體電路上或在或不在不同於處 上述之過程及裝置說明可使用及生產之許多較佳方法及 典型裝置。上文之描述及圖式說明達成本發明之目標、特 徵及優勢的實施例。然而，不意欲將本發明嚴格限於上文 描述及說明之實施例。雖然當前不可預見，但應將落入下 述申請專利範圍之精神及範疇内的本發明之任何修改認為 是本發明之部分。 【圖式簡單說明】 119605.doc -19- 200822706 圖1為一典型CMOS成像器之一部分的圖； 圖2為圖1之成像器之操作的時序圖； 圖3為包含4路共用像素之（：馗〇8成像器之一部分的圖； 圖4為圖3之成像器之典型操作的時序圖，· 圖5為根據本發明之示範性實施例的圖3之成像器的操 的時序圖； ’、 圖6為包含2路共用像素之〇%〇8成像器之一部分的圖； - 圖7為根據本發明之示範性實施例的圖6之成像器的 的時序圖； 、 圖8為根據本發明之示範性實施例的圖丨之成像器的操作 的時序圖； 、 圖9况明根據本發明之任一示範性實施例之成像器；及 圖1〇展不併有根據本發明之一實施例而建構的至少_成 像裝置的處理器系統。 【主要元件符號說明】 CMOS成像器 像素 光感測裔 光感測恭 光感測為 光感測裔 光感測器 轉移電晶體 轉移電晶體 J 10 20 22 22b 22g1 22G2 22r 24 24b 119605.doc 20- 200822706 24G1 轉移電晶體 24〇2 轉移電晶體 24r 轉移電晶體 26 重設電晶體 28 源極跟隨器電晶體/源極跟隨器 30 列選擇電晶體 32 像素輸出線 40 行取樣及保持電路 42 取樣及保持重設信號開關 44 第一電容器 46 第一鉗位開關 48 第二射位開關 50 第一行選擇開關 52 取樣及保持像素信號開關 54 第二電容器 56 偏壓電晶體 60 第二行選擇開關 70 讀出可程式化增益放大器 (PGA)/差分放大器 80 類比數位轉換器（ADC) 110 CMOS成像器 126 E重設電晶體 126〇 重設電晶體 128e 源極跟隨器電晶體/源極跟隨器 119605.doc -21 - 200822706 128〇 13〇e 130〇 132 140e 140〇 142e 、 142〇

144e 144〇 146e 146〇 152e 152〇 154e 154〇 170e 170〇 210 220 226 228 源極跟隨器電晶體/源極跟隨器 列選擇電晶體 列選擇電晶體 共用行輸出線 偶數行取樣及保持電路 奇數行取樣及保持電路 取樣及保持重設信號開關/電晶 體 取樣及保持重設信號開關/電晶 體 第一電容器 第一電容器 鉗位開關 鉗位開關 取樣及保持像素信號開關/電晶體 取樣及保持像素信號開關/電晶體 第二電容器 第二電容器 放大器及類比數位轉換級 放大器及類比數位轉換級 CMOS成像器 共用像素 重設電晶體 源極跟隨器電晶體/源極跟隨器 119605.doc 22- 200822706 230 列選擇電晶體 400 CMOS成像器/成像裝置 410 像素陣列 420 控制電路 430 列位址解碼器 432 列驅動器 434 行驅動器 436 行位址解碼器 440 取樣及保持電路 470 差分放大器 480 類比數位轉換器 490 影像處理器 700 處理器系統 702 中央處理單元（CPU) 704 匯流排 706 輸入/輸出（I/O)裝置 710 隨機存取記憶體（RAM) 715 可移除記憶體 12〇4 路共用像素 222〇 光感測器 222i 光感測器 224〇 轉移電晶體 224! 轉移電晶體 B 藍色像素部分 119605.doc - 23 - 200822706

CLAMP

COLUMN_SELECT

FD FDe FD〇 G1 G2

R

RST RST<n+l> RST<n>

SELECT

SHR

SHR_EVEN SHR_ODD c SHS

SHS_EVEN

SHS_ODD

TX

TXO

TXA

Vaa-pix

VCL

Vln_bias 鉗位控制信號 行選擇信號 浮動擴散區 浮動擴散區 浮動擴散區 綠色像素部分 綠色像素部分 紅色像素部分 重設控制信號 重設控制信號 重設控制信號 列選擇信號 取樣及保持重設控制信號 偶數取樣及保持重設控制信號 奇數取樣及保持重設控制信號 取樣及保持重像素控制信號 偶數取樣及保持像素控制信號 奇數取樣及保持像素控制信號 轉移電晶體控制信號 第一轉移電晶體控制信號 第一轉移閘極控制信號 陣列像素電源電壓 甜位電壓 控制電壓 119605.doc -24- 200822706

Vrst 像素重設信號 Vsig 像素影像信號 119605.doc 25-

Claims (1)

1. 200822706 、申請專利範圍： 1. 一種#作一成像裝置之方法， μ方法包含以下行為： 重纟又一像素浮動擴散區； 將複數個電容連接至一像素輸出線； 自該線對一來自該重設浮動 ^ 勒振政區之第一信號取樣； 將該複數個電容中之一第—電容自該線移除；

   U 將電荷自一第一光敏裝置轉移至該浮動擴散區；及 自該線對一來自該浮動擴散區之第二信號取樣。 2. :請求:Μ之方法’其中該經取樣之第—信號係儲存於 吳u亥弟一電容相關聯之第一電容器中。 3. 2請求項2之方法’纟中該經取樣之第二信號係儲存於 一與該複數個電容中之另一者相關聯的第二電容器中。 4. 如請求項1之方法，其進一步包含以下行為： 重設該像素浮動擴散區； 將該複數個電容連接至該像素輸出線； 自该線對一來自該重設浮動擴散區之第三信號取樣； 將該複數個電容中之該第一電容自該線移除； 將電荷自一第二光敏裝置轉移至該浮動擴散區；及 自該線對一來自該浮動擴散區之第四信號取樣。 5·如請求項4之方法，其中該經取樣之第三信號係儲存於 該第一電容器中。 6·如請求項5之方法，其中該經取樣之第四信號係儲存於 該第二電容器中。 7· 一種操作一成像裝置之方法，該方法包含以下行為： 119605.doc 200822706 重設第一及第二像素浮動擴散區； 將複數個電容連接至一電連接至該等浮動擴散區之像 素輸出線； 自該線對一來自該重設第一浮動擴散區之第一信號取 樣； 將該複數個電容中之一第一電容自該線移除； 自該線對一來自該重設第二浮動擴散區之第二信號取 樣；

   將該複數個電容中之一第二電容自該線移除； 將電荷自一第一光敏裝置轉移至該第一浮動擴散區； 將電荷自一第二光敏裝置轉移至該第二浮動擴散區； 自該線對一來自該第一浮動擴散區之第三信號取樣； 將該複數個電容中之一第三電容自該線移除；及 自該線對一來自該第二浮動擴散區之第四信號取樣。

   8 ·如請求項7之方法，其十該經取樣之第 一與該第一電容相關聯之第一電容器中 一信號係儲存於 、、、工π κ罘二信號係儲^ 一與该第二電容相關聯之第二電容器中。 10.如請求項9之方法，其中該經取樣之第三信號她 一與该第三電容相關聯之第三電容器中。 η.如請求制之方法，其巾該縣樣之第四信號係^ -與該複數個電容中之另-者相關聯的第四電容器中 12_如請求項7之方法，其進—步包含以下行為： 重設該第一及該第二像素浮動擴散區； 119605.doc 200822706 將該複數個電容連接至一電連接至該等浮動擴散區之 像素輸出線； 自該線對一來自該重設第一浮動擴散區之第五信號取 樣； 將该第一電容自該線移除； 自該線對一來自該重設第二浮動擴散區之第六信號取 樣； 將該第二電容自該線移除； Γ、 將電荷自一第三光敏裝置轉移至該第一浮動擴散區； 將電荷自一第四光敏裝置轉移至該第二浮動擴散區； 自該線對一來自該第一浮動擴散區之第七信號取樣； 將該第三電容自該線移除；及 自該線對一來自該第二浮動擴散區之第八信號取樣。 13 ·種操作一成像裝置之方法，其包含以下行為： 在複數個電容器連接至一連接至一像素電路之行輸出 〇 線時，自該線對一第一信號取樣； 將該複數個電容器中之一者自該線移除；及 自該線對一第二信號取樣。 14·如明求項丨3之方法，其進一步包含以下行為： •將該複數個電容器中之一第二者自該線移除；及 自該線對一第三信號取樣。 15·如請求項14之方法，其進一步包含以下行為： 將4複數個電容器中之一第三者自該線移除；及 自該線對一第四信號取樣。 119605.doc 200822706 16· —種成像裝置，其包含： 複數個像素，其經組織成列及行； 取樣及保持電路，其經由行輸出線而連接至該等 行；及 一=電路，其詩控制該取樣及保持電路以在複數 個電谷器連接至一第一行輸出線時自該線 取樣，將該複數個電容器中之一者自^ ^ — 电合為甲之者自该線移除及自該線 對一弟二信號取樣。 17·:=Γ之裝置，其中該控制電路進-步控制該取樣 二保：電路以將該複數個電容器中之—第二者自該線移 除，及自該線對一第三信號取樣。 除及自該線對一第四信號取樣 18·17之裝置，其中該控制電路進—步控制該取樣 Γ!?路以將該複數個電容器中之-第三者自該線移 19. 種 理器系統，其包含： 處理器；及 成像裝置，其相接至該處理琴& 禮數侗你主 ^ 地里益该成像裝置包含： ?個像素，其組織成列及扞· 由行輪出崎而& ，取樣及保持電路，其經 出旅而廷接至該等行；及— 制該取揭 工制电路，其用於控 :樣及保持電路以在複數個電 輸出線時自該線對一第一芦栌弟订 中之一者自_ ^ " ，，將該複數個電容器 考自垓線私除及自該線對一 瓜如請求項19之系統，其中該弟—以取樣。 及保持電路以將纺…* 工電路進一步控制該取樣 〒電路以將垓稷數個電容 ^ 弟一者自該線移 I19605.doc 200822706 除，及自該線對一第三信號取樣。 2 1.如請求項20之系統，其中該控制電路進一步控制該取樣 及保持電路以將該複數個電容器中之一第三者自該線移 除，及自該線對一第四信號取樣。

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