TW201347529A - 雙源極隨耦器像素單元架構 - Google Patents

雙源極隨耦器像素單元架構 Download PDF

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Cun-Yu Yang
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Abstract

本發明提供用於提供包括兩個源極隨耦器電晶體之一像素單元的技術。在一實施例中,一像素單元之一第一源極隨耦器電晶體與該像素單元之一第二源極隨耦器電晶體彼此並聯地耦合,其中該等源極隨耦器電晶體各自經由其各別閘極耦合至該像素單元之一浮動擴散節點。在另一實施例中,該第一源極隨耦器電晶體及第二源極隨耦器電晶體各自基於該浮動擴散節點之一電壓進行操作以提供一放大信號之一各別分量,其中該像素單元基於該放大信號輸出一類比信號。

Description

雙源極隨耦器像素單元架構
本發明大體上係關於影像感測器,且詳言之但非排他地,係關於CMOS影像感測器。
影像感測器已變得普遍存在。其廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、安全性相機及醫學、汽車及其他應用中。對較高解析度及較低功率消耗之需求已促使對此等影像感測器進行進一步小型化及整合。因而,用以製造影像感測器(例如,CMOS影像感測器(「CIS」))之技術已持續快速地進步。
圖1為展示習知像素陣列之包括兩個四電晶體(「4T」)像素單元Pa 110及Pb 120之像素電路100的電路圖。在圖1中,像素單元Pa 110及Pb 120配置成兩列及一行。Pa 110及Pb 120各自包括相同之習知像素單元架構,其中每一像素單元包括光敏元件PD、轉移電晶體T1、重設電晶體T2、源極隨耦器(「SF」)電晶體T3及選擇電晶體T4。
在Pa 110(或類似地,Pb 120)之操作期間,轉移電晶體T1接收轉移信號TX,其將累積在PD中之電荷轉移至浮動擴散節點FD。T2耦合在電源供應器VDD與FD之間以在重設信號RST之控制下重設像素(例如,以將FD及/或PD放電或充電至預設電壓)。FD亦經耦合以控制T3之閘極。T3耦合在電源供應器VDD與T4之間。T3作為源極隨耦器進行操作,提供通往FD之高阻抗連接。在選擇信號SEL之控制下,T4選 擇性地將像素單元(Pa 110及Pb 120中之一者)之輸出提供至讀出行線。
藉由確證重設信號RST及轉移信號TX來重設PD及FD。藉由解除確證轉移信號TX且准許入射光對PD充電來開始影像累積窗(曝光週期)。隨著光生電子累積於PD上,其電壓減小。PD上之電壓或電荷指示在曝光週期期間入射於PD上之光的強度。在曝光週期之末端處,解除確證重設信號RST以隔離FD,且確證轉移信號TX以允許在PD與FD(且因此T3之閘極)之間交換電荷。電荷轉移使得FD之電壓改變與在曝光週期期間累積於PD上之光生電子成比例之量。此第二電壓加偏壓於T3,此結合確證選擇信號SEL來將來自T4之信號驅動至讀出行線。接著自像素單元(Pa 110及Pb 120中之一者)將資料作為類比信號讀出至讀出行線上。
諸如T3之源極隨耦器電晶體之典型製造在某一階段處跨半導體基板中之作用區域之一部分提供或以其他方式包括摻雜劑(例如,硼)之比較均一濃度,其中該作用區域用於源極隨耦器電晶體,且其中該部分在鄰接該作用區域之隔離結構之間延伸。然而,像素單元製造中之某個稍後階段可減小此摻雜劑濃度之均一性。舉例而言,一或多個熱循環可使得至少一些摻雜劑自作用區域遷移至一或多個鄰接隔離結構中。對於最初位於較接近隔離結構處之摻雜劑較可能發生此遷移,例如與位於較接近作用區域之中部處之摻雜劑相比。因此,可產生作用區域中之比較不均一之摻雜劑濃度,其中在較接近作用區域之中部的位置處之摻雜劑濃度往往會高於在較接近鄰接隔離結構之位置處之作用區域摻雜劑濃度。
當在此作用區域上方形成用於源極隨耦器電晶體之習知多晶矽閘極時,電晶體之操作可受跨作用區域之摻雜劑濃度變化之影響,例如,其中閘極之靠近作用區域之邊緣的一部分所具有之臨限電壓可能 低於較接近作用區域之中部的另一部分之臨限電壓。因而,此電晶體之操作可由三個不同通道區表徵,其中一個通道區沿著作用區域之中部部分延伸,且其他兩個通道區各自沿著作用區域之不同各別邊緣延伸。沿著作用區域之中部部分延伸之通道區所具有的臨限電壓可能高於其他兩個通道區中之任一者的臨限電壓。沿著邊緣通道區載運之電流具有沿著作用區域與鄰接隔離區之間的界面發生電荷捕集/釋放之增大的可能性。此捕集係電晶體中之隨機電報信號(RTS)雜訊之一來源。
一般而言,影像感測器之小型化產生較小之光電二極體,其針對較小量之入射光產生較小量之電荷,其中又產生較小電壓及/或電流位準之信號以用於表示所俘獲之影像。此些較小信號較容易受到各種類型之雜訊(諸如RTS雜訊)的影響。有效地產生並處理此些信號對下一代影像感測器構成一個挑戰。
100‧‧‧像素電路
110‧‧‧像素單元
120‧‧‧像素單元
200‧‧‧成像系統
201‧‧‧光學器件
202‧‧‧影像感測器
204‧‧‧像素陣列
206‧‧‧列
208‧‧‧行
210‧‧‧信號讀取及處理電路
212‧‧‧信號調節器
214‧‧‧類比轉數位轉換器
216‧‧‧數位信號處理器
218‧‧‧儲存單元
220‧‧‧顯示單元
300‧‧‧像素單元
305‧‧‧光敏元件
310‧‧‧轉移電晶體
320‧‧‧重設電晶體
330‧‧‧浮動擴散節點
340a‧‧‧第一源極隨耦器電晶體
340b‧‧‧第二源極隨耦器電晶體
350‧‧‧選擇電晶體
400‧‧‧像素單元
405‧‧‧光敏元件
410‧‧‧轉移電晶體
420‧‧‧汲極
425‧‧‧閘極
430‧‧‧浮動擴散節點
440a‧‧‧閘極
440b‧‧‧閘極
442‧‧‧源極
444a‧‧‧汲極
444b‧‧‧汲極
450‧‧‧重設電晶體
452‧‧‧第一源極隨耦器電晶體
454‧‧‧第二源極隨耦器電晶體
460‧‧‧作用區域
465‧‧‧側邊
500‧‧‧用於操作包括雙源極隨耦器之像素單元之過程
FD‧‧‧浮動擴散節點
PD‧‧‧光敏元件
RST‧‧‧重設信號
SEL‧‧‧選擇信號
SF‧‧‧源極隨耦器
T1‧‧‧轉移電晶體
T2‧‧‧重設電晶體
T3‧‧‧源極隨耦器電晶體
T4‧‧‧選擇電晶體
TX‧‧‧轉移信號
VDD‧‧‧電源供應器/電力軌
在附圖之圖式中以實例方式而非以限制方式說明本發明之各種實施例,在附圖中:
圖1為說明習知影像感測器中之具有兩個4T像素之像素電路的電路圖。
圖2為說明根據一實施例之成像系統之元件的方塊圖。
圖3為說明根據一實施例之像素單元之元件的電路圖。
圖4為說明根據一實施例之像素單元之元件的佈局圖。
圖5為說明根據一實施例之用於操作影像感測器之像素單元的方法之元素之流程圖。
本文中不同地論述之某些實施例提供包括兩個源極隨耦器電晶體之像素單元架構,該兩個源極隨耦器電晶體各自用以作用於像素單 元之放大信號。舉例而言,像素單元之一對源極隨耦器電晶體可彼此並聯耦合,其中源極隨耦器電晶體之各別閘極各自耦合至像素單元之浮動擴散節點。在此實施例中,雙源極隨耦器電晶體之操作可基於浮動擴散節點轉變至對應於累積於像素單元之光電二極體中的電荷之量之電壓位準。在一實施例中,像素單元之並聯源極隨耦器電晶體可共用用於像素單元之半導體基板中的作用區域(例如,包括擴散井或其他此類結構),例如,其中第一及第二源極隨耦器電晶體之各別結構不同地形成在同一作用區域中及/或上。在一實施例中,作用區域由鄰近於其之一或多個隔離結構定界,例如,包括形成於半導體基板中之一或多個淺渠溝隔離(STI)結構。在另一實施例中,像素單元之兩個源極隨耦器電晶體可各自包含形成於半導體基板之不同各別作用區域中及/或上之結構。
經耦合以彼此並聯操作之兩個源極隨耦器電晶體可提供根據一實施例之對RTS雜訊之效應具有有限易感性(例如,與習知像素單元相比)的像素單元。兩個此類源極隨耦器電晶體可具有各別長度(每一長度係沿著各別電晶體源極與各別電晶體汲極之間的線來量測的),其在組合時大於習知像素單元架構中之單個源極隨耦器電晶體的對應長度(例如,為其之兩倍)。相應地,該兩個源極隨耦器電晶體可一起具有該兩個源極隨耦器電晶體之作用區域與鄰接該(等)作用區域之一或多個隔離結構之間的比較大之總界面區。
然而,兩個源極隨耦器電晶體之閘極可具有各別寬度(例如,每一寬度係橫跨各別電晶體長度來量測的),其在組合時大於習知像素單元架構中之單個源極隨耦器電晶體閘極的寬度(例如,為其之兩倍)。即使在兩個源極隨耦器電晶體閘極中之一者或兩者並不個別地比習知像素單元中之源極隨耦器電晶體閘極寬的情況下,亦可如此。根據一實施例之像素單元中之源極隨耦器電晶體閘極之大總寬度可實 現兩個源極隨耦器電晶體之大驅動電流。此大驅動電流可歸因於作用區域與鄰接隔離結構之間的相對較大總界面區而足以抵銷RTS雜訊之任何增加。替代地或另外,該兩個源極隨耦器電晶體可各自作用於各別RTS雜訊分量,該等雜訊分量至少部分地彼此消除,但某些實施例不限於此。
對於兩個源極隨耦器電晶體中之每一者,源極隨耦器電晶體之用以向放大信號提供各別作用之操作可基於源極隨耦器電晶體之閘極與該源極隨耦器電晶體之源極之間的電壓差Vgs之各別值。各種實施例之至少一個優點係為了提供具有給定放大位準之放大信號,該兩個源極隨耦器電晶體之各別Vgs值可各自小於習知像素單元中之單個源極隨耦器電晶體之用以提供此放大信號的對應Vgs值(例如,為其之一半)。電荷捕集事件及自此些事件產生之RTS雜訊之數目往往會隨著電晶體之Vgs值增加而增加。因此,當提供具有給定放大位準之放大信號時,根據實施例之像素單元可至少在其各別源極隨耦器電晶體中發生之總電荷捕集(及RTS雜訊)方面提供優於習知像素單元之比較優點。
圖2說明根據實施例之成像系統200之元件。光學器件201(其可包括折射、繞射或反射光學器件或此等光學器件之組合)可耦合至影像感測器202以將影像聚焦至影像感測器之像素陣列204中的像素上。像素陣列204可俘獲影像,且成像系統200之其餘部分可處理來自該影像之像素資料。作為說明而非限制,影像感測器202可包含像素陣列204及信號讀取及處理電路210。舉例而言,影像感測器202可包括像素陣列204,其包含配置成若干列206及若干行208之多個像素。在像素陣列204之用以俘獲影像之操作期間,像素陣列204中之一或多個像素可在某個曝光週期期間俘獲入射光(亦即,光子)且將所收集之光子轉換成電荷。如本文中所論述,像素陣列204之一或多個像素可各自 包括各別雙源極隨耦器電晶體。由每一像素產生之電荷可被作為類比信號讀出,例如,其中類比信號之特性(諸如其電荷、電壓或電流)表示在曝光週期期間入射於像素上之光的強度。所說明之像素陣列204經規則地成形,但在其他實施例中,該陣列可具有與所展示之配置不同之規則或不規則配置,且可包括比所展示之像素、列及行多或少之像素、列及行。此外,在不同實施例中,像素陣列204可為經設計以在光譜之可見部分中俘獲影像之包括紅色、綠色及藍色像素之彩色影像感測器,或可為黑白影像感測器及/或經設計以在光譜之不可見部分(諸如紅外光或紫外光)中俘獲影像之影像感測器。
在一實施例中,影像感測器202包括信號讀取及處理電路210。電路210尤其可包括有系統地自每一像素讀取類比信號、對此等信號進行濾波、校正有缺陷像素等之電路及邏輯。在其中電路210僅執行一些讀取及處理功能之實施例中,該等功能之其餘部分可由一或多個其他組件(諸如信號調節器212或DSP 216)執行。雖然在圖2中展示為與像素陣列204分離之元件,但在一些實施例中,讀取及處理電路210可與像素陣列204整合在同一基板上或可包含嵌入在像素陣列內之電路及邏輯。然而,在其他實施例中,讀取及處理電路210為在像素陣列204外部之元件,如圖2中所示。在其他實施例中,讀取及處理電路210可為不僅在像素陣列204外部且在影像感測器202外部之元件。
信號調節器212可耦合至影像感測器202以接收並調節來自像素陣列204及讀取及處理電路210之類比信號。在不同實施例中,信號調節器212可包括用於調節類比信號之各種組件。可在信號調節器中找到之組件的實例包括濾波器、放大器、抵銷電路、自動增益控制等。在其中信號調節器212僅包括此等元件中之一些元件且僅執行一些調節功能之實施例中,其餘功能可由一或多個其他組件(諸如電路210或DSP 216)執行。類比轉數位轉換器(ADC)214可耦合至信號調節器212 以接收來自信號調節器212之對應於像素陣列204中之每一像素的經調節類比信號,且將此等類比信號轉換為數位值。
數位信號處理器(DSP)216可耦合至類比轉數位轉換器214以接收來自ADC 214之經數位化之像素資料,且處理該數位資料以產生最終數位影像。DSP 216可包括處理器及內部記憶體,在該內部記憶體中,其可儲存及擷取資料。在由DSP 216處理影像之後,該影像可被輸出至儲存單元218(諸如快閃記憶體或光學或磁性儲存單元)及顯示單元220(諸如LCD螢幕)中之一者或兩者。
圖3為展示根據一實施例之具有雙源極隨耦器電晶體之像素單元300之電路300的電路圖。在圖3中,像素單元300可經配置以向讀出行信號線提供輸出,但某些實施例不限於此。在一實施例中,說明性像素單元300包括光敏元件PD 305、轉移電晶體310、重設電晶體320、第一源極隨耦器電晶體340a、第二源極隨耦器電晶體340b及選擇電晶體350。然而,像素單元300可根據不同實施例包括多種替代像素單元架構中之任一者,其中兩個源極隨耦器電晶體以與第一源極隨耦器電晶體340a及第二源極隨耦器電晶體340b之組態類似之組態耦合至浮動擴散節點。
在像素單元300之操作期間,轉移電晶體310可接收轉移信號TX,其將累積於PD 305中之電荷轉移至浮動擴散節點FD 330。重設電晶體320可耦合在電源供應器VDD與FD 330之間以在重設信號RST之控制下重設該像素(例如,以將FD 330及/或PD 305放電或充電至預設電壓)。FD 330亦可經耦合以控制第一源極隨耦器電晶體340a之閘極。第一源極隨耦器電晶體340a可耦合在電源供應器VDD與選擇電晶體350之間。第一源極隨耦器電晶體340a可作為源極隨耦器進行操作,提供通往FD 330之高阻抗連接。此外,FD 330亦可經耦合以控制第二源極隨耦器電晶體340b之閘極,該第二源極隨耦器電晶體340b亦 耦合在電源供應器VDD與選擇電晶體350之間。第二源極隨耦器電晶體340b可作為第二源極隨耦器進行操作,其經耦合以與第一源極隨耦器電晶體340a電並聯地進行操作,以提供通往FD 330之另一高阻抗連接。
在一實施例中,第一源極隨耦器電晶體340a及第二源極隨耦器電晶體340b各自提供放大信號之各別分量,例如,其中由選擇電晶體350接收放大信號。作為說明而非限制,選擇電晶體350可在選擇信號SEL之控制下選擇性地接收放大信號,且將像素單元300之輸出提供至讀出行線。在替代實施例中,像素單元不包括任何選擇電晶體,例如,其中來自像素單元之雙源極隨耦器電晶體之各別分量信號經組合並直接輸出至讀出行線。在此實施例中,雙源極隨耦器電晶體各自作用於之放大信號本身為像素單元之類比輸出信號。
可藉由暫時確證重設信號RST及轉移信號TX來重設PD 305及FD 330。可藉由解除確證轉移信號TX且准許入射光對PD 305充電來開始影像累積窗(曝光週期)。隨著光生電子累積於PD 305上,其電壓可降低。PD 305上之電壓或電荷可指示在曝光週期期間入射於PD 305上之光的強度。在曝光週期之末端處,可解除確證重設信號RST以隔離FD 330,且可確證轉移信號TX以允許在PD 305與FD 330之間交換電荷,且因此去往第一源極隨耦器電晶體340a及第二源極隨耦器電晶體340b兩者之各別閘極。電荷轉移使得FD 330之電壓改變與在曝光週期期間累積於PD 305上之光生電子成比例之量。此第二電壓加偏壓於第一源極隨耦器電晶體340a及第二源極隨耦器電晶體340b兩者,此連同彼此並結合確證選擇信號SEL可將來自選擇電晶體350之信號驅動至讀出行線。可接著將資料作為類比信號自像素單元300讀出至讀出行線上。
圖4展示根據一實施例之具有雙源極隨耦器電晶體之像素單元 400中的某些電路元件之佈局。舉例而言,像素單元400可在具有像素陣列204之一些或所有特徵之像素陣列中進行操作。在一實施例中,像素單元400包括像素單元300之一些或所有特徵。
作為說明而非限制,像素單元400可包括光敏元件PD 405、轉移電晶體410、重設電晶體450、第一源極隨耦器電晶體452及第二源極隨耦器電晶體454。然而,像素單元400可根據不同實施例包括多種替代像素單元架構中之任一者,其中兩個源極隨耦器電晶體各自經由其各別閘極耦合至同一浮動擴散節點。在一實施例中,PD 405、轉移電晶體410、重設電晶體450、第一源極隨耦器電晶體452及第二源極隨耦器電晶體454之功能性分別對應於PD 305、轉移電晶體310、重設電晶體320、第一源極隨耦器電晶體340a及第二源極隨耦器電晶體340b之功能性。像素單元400可進一步包括選擇電晶體(未圖示),例如包括選擇電晶體350之一些或所有特徵之電晶體,但某些實施例不限於此。
在像素單元400之操作期間,轉移電晶體410可接收轉移信號TX,其將累積在PD 405中之電荷轉移至浮動擴散節點FD 430。舉例而言,重設電晶體450之汲極420可耦合至電源供應器VDD(未圖示)。在一實施例中,重設電晶體450可進一步直接耦合至FD 430,例如,其中重設電晶體450之源極(未圖示)將電荷直接輸出至包括FD 430之作用區域中。在此組態中,重設電晶體450可為可操作以在提供至重設電晶體450之閘極425之重設信號的控制下重設像素單元400(例如,以將FD 430及/或PD 405放電或充電至預設電壓)。FD 430亦可經耦合以控制源極隨耦器電晶體452之閘極440a及源極隨耦器電晶體454之閘極440b兩者,例如經由延伸越過轉移電晶體410之金屬跡線。針對像素單元400展示之各種跡線之各別金屬層僅為說明性的,且對某些實施例不具限制性。
源極隨耦器電晶體452及源極隨耦器電晶體454可各自耦合在電源供應器VDD(未圖示)與共同源極隨耦器輸出跡線之間。作為說明而非限制,源極隨耦器電晶體452之汲極444a及源極隨耦器電晶體454之汲極444b可各自耦合至用於電源供應器VDD之金屬跡線。在一實施例中,源極隨耦器電晶體452及源極隨耦器電晶體454可進一步共用單個源極442以供各自輸出各別電流分量。
源極隨耦器電晶體452及源極隨耦器電晶體454可各自作為各別源極隨耦器進行操作,提供通往FD 430之高阻抗連接。在一個實施例中,共用之源極442可將來自像素單元400之直接輸出提供至讀出位元線(未圖示)。在另一實施例中,共用之源極442可耦合至像素單元400之選擇電晶體(未圖示),例如,其中在此選擇電晶體之閘極處提供之選擇信號SEL選擇性地將像素單元400之輸出提供至讀出位元線。
源極隨耦器電晶體452及源極隨耦器電晶體454可共用安置在用於像素單元400之半導體基板中的作用區域460,但某些實施例不限於此。作為說明而非限制,源極隨耦器電晶體452及源極隨耦器電晶體454可各自具有一或多個各別組件,其不同地形成於作用區域460中及/或上。作用區域460可鄰接像素單元400之一或多個淺渠溝隔離結構(未圖示)。作用區域460之特定大小及形狀僅為說明性的,且對某些實施例不具限制性。在一實施例中,源極隨耦器電晶體452之用以提供第一放大信號分量之操作可形成用以在作用區域460中在第一方向上載運電流之通道,例如,其中電流穿過在閘極440a下方之通道自共用之源極442流動至汲極444a。另外或替代地,源極隨耦器電晶體454之用以提供第二放大信號分量之操作可形成用以在作用區域460中在第二方向上載運電流之通道,該第二方向與第一方向相反,例如,其中電流穿過在閘極440b下方之通道自共用之源極442流動至汲極444b。
源極隨耦器電晶體452、454之各別通道中之任一者或每一者可具有各別通道長度,其短於習知像素單元架構中之單獨源極隨耦器電晶體之通道長度。作為說明而非限制,PD 405可包括側邊465,其為PD 405之側邊中最接近源極隨耦器電晶體452、454之側邊,例如,其中源極隨耦器電晶體452、454沿著與側邊465平行之線彼此成一直線。在一實施例中,側邊465之長度可至少與源極隨耦器電晶體452、454之組合長度一樣長,如沿著與側邊465平行之路徑所量測。在此實施例中,源極隨耦器電晶體452、454之各別通道可各自具有小於側邊465之一半(例如,小於側邊465之長度之25%)之長度,如沿著與側邊465平行之路徑所量測。
圖5為說明根據一實施例之用於操作包括雙源極隨耦器之像素單元之過程500之元素的流程圖。舉例而言,過程500可實施像素單元300之操作。在一實施例中,過程500可用像素陣列204中之多個各別像素依序或同時地執行,例如取決於係使用滾動快門或是全域快門。一些或所有處理區塊出現在過程500中之次序不應被視為限制性的。實情為,受益於本發明之一般熟習此項技術者將理解,可按未說明之多種次序來執行一些處理區塊。
在處理區塊510中,可重設光電二極體(例如,光電二極體區PD 305)。重設可包括將光電二極體放電或充電至預定電壓電位。可藉由確證重設信號及轉移信號(例如,用以啟用重設電晶體320之重設信號RST及用以啟用轉移電晶體310之轉移信號TX)兩者來達成此重設。啟用像素單元之重設電晶體及轉移電晶體可將像素單元之光電二極體及浮動擴散節點電耦合至重設電力線,例如電力軌VDD。
在重設光電二極體之後,在處理區塊520處,可開始光電二極體之影像獲取。舉例而言,可解除確證重設信號及/或轉移信號以電隔離光電二極體以在其中實現電荷累積。在一實施例中,入射於像素單 元上之光可由微透鏡聚焦及/或穿過彩色濾光片層到達光電二極體區上。此彩色濾光片可操作以將入射光濾為多種分量顏色(例如,使用拜耳濾光片馬賽克(Bayer filter mosaic)或彩色濾光片陣列)。入射光子可使得電荷累積在光電二極體內。
一旦影像獲取窗已期滿,光電二極體內之累積電荷便可在處理區塊530處被轉移至浮動擴散節點,例如,藉由確證去往轉移電晶體之閘極之轉移信號。在全域快門之情況下,可在處理區塊520期間向像素陣列204內之所有像素作為轉移信號同時確證全域快門信號。此可導致將由每一像素累積之各別影像資料全域地轉移至像素之對應浮動擴散區450中。
一旦轉移了影像資料,便可解除確證轉移信號以隔離浮動擴散節點與光電二極體,以為在處理區塊540處自像素單元讀出影像資料作準備。在一實施例中,在區塊540處之讀出可包括浮動擴散節點之電壓激活耦合至其之雙源極隨耦器電晶體(例如,源極隨耦器電晶體340a、340b)。舉例而言,此些源極隨耦器電晶體可彼此並聯地耦合至位元線以用於將影像資料作為類比信號直接讀出至位元線。在各種實施例中,可經由行線每列地、經由列線每行地、每像素地或藉由其他邏輯分組進行讀出。一旦已讀出所有像素之影像資料,過程500便可在一實施例中返回至處理區塊510以為下一個影像作準備。
本文中描述用於產生影像資料之技術及架構。在以上描述中,出於闡釋之目的,陳述大量具體細節以便提供對某些實施例之透徹理解。然而,熟習此項技術者將明白,可在無此等具體細節之情況下實踐某些實施例。在其他例子中,以方塊圖形式展示結構及器件,以便避免混淆該描述。
說明書中對「一實施例」之參考意味著結合該實施例而描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一實施例中。片語「在一 實施例中」在說明書中各處之出現不一定全部指代同一實施例。
依據對電腦記憶體內之資料位元之操作之演算法及符號表示來呈現本文之詳細描述之一些部分。此等演算法描述及表示為熟習計算領域之技術者用以向其他熟習此項技術者最有效地傳達其工作之本質的手段。演算法在此處且通常被設想為導致所要結果之自相一致之步驟序列。該等步驟係需要對物理量之物理操縱之彼等步驟。通常,但非必然地,此等量採取能夠被儲存、傳送、組合、比較及以其他方式操縱之電信號或磁信號之形式。主要出於常見使用之原因,已不時證明將此等信號稱為位元、值、元素、符號、字元、項、數字等係便利的。
然而,應記住,所有此等及類似術語均將與適當之物理量相關聯,且僅為應用於此等量之便利標籤。除非另有具體陳述,如自本文之論述明白,否則應瞭解,在整個描述中,利用諸如「處理」或「計算」或「估算」或「判定」或「顯示」之術語之論述指代電腦系統或類似電子計算器件之動作及處理,該電腦系統或類似電子計算器件操縱表示為電腦系統之暫存器及記憶體內之物理(電子)量之資料,並將其變換為類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其他此類資訊儲存、傳輸或顯示器件內之物理量之其他資料。
某些實施例亦係關於用於執行本文之操作的裝置。此裝置可為所需目的而特殊地構造,或此裝置可包含由儲存在電腦中之電腦程式選擇性地激活或重新組態之通用電腦。此電腦程式可儲存在電腦可讀儲存媒體中,諸如(但不限於)適合儲存電子指令且耦合至電腦系統匯流排之任何類型之磁碟(包括軟性磁碟、光碟、CD-ROM及磁光碟)、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)(諸如動態RAM(DRAM))、EPROM、EEPROM、磁性或光學卡,或任何類型之媒體。
本文所呈現之演算法及顯示並不固有地與任何特定電腦或其他裝置有關。各種通用系統可結合根據本文教示之程式使用,或可證明便於構造較專用之裝置來執行所需方法步驟的。多種此等系統所需之結構將起於本文之描述。另外,不參考任何特定程式設計語言來描述某些實施例。將瞭解,可使用多種程式設計語言來實施如本文所述的此些實施例之教示。
除本文所述的內容之外,亦可在不脫離本發明之範疇的情況下對所揭示之本發明之實施例及實施進行各種修改。因此,應在說明性而非限制性意義上解釋本文之說明及實例。應僅參考所附申請專利範圍來量測本發明之範疇。
300‧‧‧像素單元
305‧‧‧光敏元件
310‧‧‧轉移電晶體
320‧‧‧重設電晶體
330‧‧‧浮動擴散節點
340a‧‧‧第一源極隨耦器電晶體
340b‧‧‧第二源極隨耦器電晶體
350‧‧‧選擇電晶體
FD‧‧‧浮動擴散節點
PD‧‧‧光敏元件
RST‧‧‧重設信號
SEL‧‧‧選擇信號
TX‧‧‧轉移信號
VDD‧‧‧電源供應器/電力軌

Claims (20)

  1. 一種像素陣列,其包含:一像素單元,其用以基於一放大信號輸出一類比信號,該像素單元包含:一光電二極體,其用以回應於入射於該光電二極體上之光而累積電荷;一轉移電晶體,其耦合在該光電二極體與一浮動擴散節點之間,該轉移電晶體用以基於該累積電荷而將該浮動擴散節點置於一電壓位準;一第一源極隨耦器電晶體,其包括耦合至該浮動擴散節點之一第一閘極,該第一源極隨耦器電晶體用以基於該電壓位準輸出該放大信號之一第一分量;及一第二源極隨耦器電晶體,其包括耦合至該浮動擴散節點之一第二閘極,該第二源極隨耦器電晶體用以基於該電壓位準輸出該放大信號之一第二分量。
  2. 如請求項1之像素陣列,其中該第一源極隨耦器電晶體之一端子在一第一節點處直接耦合至該第二源極隨耦器電晶體之一端子,其中該放大信號係在該第一節點處提供。
  3. 如請求項1之像素陣列,其中該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體沿著與該光電二極體之一第一側邊平行之一線彼此成一直線,其中該第一側邊為該光電二極體之任何側邊中之最接近該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體之側邊。
  4. 如請求項3之像素陣列,其中用以輸出該放大信號之該第一分量的該第一源極隨耦器電晶體包括用以沿著一第一方向在該第一 電晶體之一第一通道中載運電荷之該第一源極隨耦器電晶體,其中用以輸出該放大信號之該第二分量的該第二源極隨耦器電晶體包括用以沿著與該第一方向相反之一第二方向在該第二電晶體之一第二通道中載運電荷之該第二源極隨耦器電晶體。
  5. 如請求項1之像素陣列,其中該類比信號為該放大信號。
  6. 如請求項1之像素陣列,其進一步包含耦合至該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體之一列選擇電晶體,該列選擇電晶體包括用以接收一列選擇信號之一第三閘極,該列選擇電晶體用以接收該放大信號且基於該列選擇信號輸出該類比信號。
  7. 如請求項1之像素陣列,其中該第一源極隨耦器電晶體與該第二源極隨耦器電晶體共用一共同源極端子。
  8. 一種影像感測器系統,其包含:一像素陣列,其包括:一像素單元,其用以基於一放大信號輸出一類比信號,該像素單元包含:一光電二極體,其用以回應於入射於該光電二極體上之光而累積電荷;一轉移電晶體,其耦合在該光電二極體與一浮動擴散節點之間,該轉移電晶體用以基於該累積電荷而將該浮動擴散節點置於一電壓位準;一第一源極隨耦器電晶體,其包括耦合至該浮動擴散節點之一第一閘極,該第一源極隨耦器電晶體用以基於該電壓位準輸出該放大信號之一第一分量;及一第二源極隨耦器電晶體,其包括耦合至該浮動擴散節點之一第二閘極,該第二源極隨耦器電晶體用以基於該電 壓位準輸出該放大信號之一第二分量;及讀出電路,其經耦合以自該像素陣列讀出影像資料。
  9. 如請求項8之影像感測器系統,其中該第一源極隨耦器電晶體之一端子在一第一節點處直接耦合至該第二源極隨耦器電晶體之一端子,其中該放大信號係在該第一節點處提供。
  10. 如請求項8之影像感測器系統,其中該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體沿著與該光電二極體之一第一側邊平行之一線彼此成一直線,其中該第一側邊為該光電二極體之任何側邊中之最接近該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體之側邊。
  11. 如請求項10之影像感測器系統,其中用以輸出該放大信號之該第一分量的該第一源極隨耦器電晶體包括用以沿著一第一方向在該第一電晶體之一第一通道中載運電荷之該第一源極隨耦器電晶體,其中用以輸出該放大信號之該第二分量的該第二源極隨耦器電晶體包括用以沿著與該第一方向相反之一第二方向在該第二電晶體之一第二通道中載運電荷之該第二源極隨耦器電晶體。
  12. 如請求項8之影像感測器系統,其中該類比信號為該放大信號。
  13. 如請求項8之影像感測器系統,該像素單元進一步包含耦合至該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體之一列選擇電晶體,該列選擇電晶體包括用以接收一列選擇信號之一第三閘極,該列選擇電晶體用以接收該放大信號且基於該列選擇信號輸出該類比信號。
  14. 如請求項8之影像感測器系統,其中該第一源極隨耦器電晶體與該第二源極隨耦器電晶體共用一共同源極端子。
  15. 一種在一像素陣列之一像素單元處進行之方法,該方法包含: 回應於入射於一光電二極體上之光而在該光電二極體處累積電荷;藉由耦合在該光電二極體與一浮動擴散節點之間的一轉移電晶體,基於該累積電荷將該浮動擴散節點置於一電壓位準;自一第一源極隨耦器電晶體輸出一放大信號之一第一分量,該第一源極隨耦器電晶體包括耦合至該浮動擴散節點之一第一閘極,該輸出該第一分量係基於該浮動擴散節點被置於該電壓位準;及自一第二源極隨耦器電晶體輸出該放大信號之一第二分量,該第二源極隨耦器電晶體包括耦合至該浮動擴散節點之一第二閘極,該輸出該第二分量係基於該浮動擴散節點被置於該電壓位準;其中該像素單元基於該放大信號輸出一類比信號。
  16. 如請求項15之方法,其中該第一源極隨耦器電晶體之一端子在一第一節點處直接耦合至該第二源極隨耦器電晶體之一端子,其中在該第一節點處提供該放大信號。
  17. 如請求項15之方法,其中該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體沿著與該光電二極體之一第一側邊平行之一線彼此成一直線,其中該第一側邊為該光電二極體之任何側邊中之最接近該第一源極隨耦器電晶體及該第二源極隨耦器電晶體之側邊。
  18. 如請求項15之方法,其中該類比信號為該放大信號。
  19. 如請求項15之方法,其進一步包含:將一列選擇信號提供至耦合至該第一源極隨耦器電晶體且進一步耦合至該第二源極隨耦器電晶體之一列選擇電晶體之一第三閘極,其中基於該列選擇信號,該列選擇電晶體接收該放大 信號且輸出該類比信號。
  20. 如請求項15之方法,其中該第一源極隨耦器電晶體與該第二源極隨耦器電晶體共用一共同源極端子。
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