TW201503698A - 影像感測器像素小區讀出架構 - Google Patents

影像感測器像素小區讀出架構 Download PDF

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TW201503698A TW102145182A TW102145182A TW201503698A TW 201503698 A TW201503698 A TW 201503698A TW 102145182 A TW102145182 A TW 102145182A TW 102145182 A TW102145182 A TW 102145182A TW 201503698 A TW201503698 A TW 201503698A
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Abstract

一種影像感測器包括一像素陣列，該像素陣列包括複數個像素小區，該複數個像素小區各自包括：一浮動擴散節點；一光敏元件，其經耦接以將影像電荷選擇性地轉移至該浮動擴散節點；以及一回饋耦接電容器，其耦接在該浮動擴散節點與一輸出線之間。一位元線經耦接以選擇性地讀出自該複數個像素小區之一群組中之每一者輸出的影像資料。一積分器電容性地耦接至該位元線。該積分器經耦接以回應於該影像資料而在該輸出線上輸出一輸出信號。該輸出線上之該輸出信號經由該回饋耦接電容器而電容性地耦接至該浮動擴散節點，以回應於該輸出信號而抑制該複數個像素小區之該群組中之每一者的該浮動擴散節點處之一電位擺動。

Description

影像感測器像素小區讀出架構
本發明大體上係關於影像感測器。更具體而言，本發明之實例係關於用低供應電壓自影像感測器像素小區讀出影像資料之電路。
影像感測器已變得普遍存在。它們廣泛用於數位攝影機、蜂巢式電話、安全攝影機以及醫療、汽車及其他應用。用於製造影像感測器且具體而言製造金屬氧化物半導體(「CMOS」)影像感測器之技術已不斷快速進步。舉例而言，對更高解析度及更低電力消耗之需求已促進此等影像感測器之進一步微型化及整合。
在習知之CMOS主動像素感測器中，自光敏裝置(例如，光電二極體)傳送影像電荷，且影像電荷被轉換為浮動擴散節點上之像素小區內之電壓信號。當浮動擴散處之電位高於光敏裝置之釘紮電壓(例如，VPIN)時，影像電荷可以被自光敏裝置有效地傳送至浮動擴散。浮動擴散電壓擺動與釘紮電壓之總和通常將主動像素感測器之供應電壓限制至最小2.5伏特至3伏特。然而，隨著對主動像素感測器之進一步微型化之需要在增加，所以不斷地需要具有小於2.5伏特至3伏特之供應電壓之主動像素感測器。
100‧‧‧實例影像感測器
102‧‧‧像素小區
104‧‧‧光電二極體(PD)/光敏裝置PD
106‧‧‧轉移電晶體
108‧‧‧重設電晶體
110‧‧‧浮動擴散(FD)節點
112‧‧‧源極隨耦器(SF)電晶體/放大器電晶體SF
114‧‧‧列選擇電晶體RS
116‧‧‧回饋耦接電容器
118‧‧‧行位元線
120‧‧‧輸出線
122‧‧‧積分器
124‧‧‧運算放大器
126‧‧‧輸入耦接電容器
128‧‧‧重設開關
130‧‧‧電流源
132‧‧‧A/D轉換器
134‧‧‧取樣及保持電路
200‧‧‧實例成像系統
202‧‧‧像素陣列
218‧‧‧行位元線
220‧‧‧輸出線
236‧‧‧讀出電路
238‧‧‧控制電路
240‧‧‧功能邏輯
306‧‧‧傳輸信號TX
308‧‧‧重設信號RST
310‧‧‧浮動擴散節點電壓或電位
314‧‧‧列選擇信號RS
320‧‧‧輸出線
328‧‧‧重設積分器信號RESET_AMP
332‧‧‧類比轉數位操作
334A‧‧‧SHR
334B‧‧‧SHS
C1、C2、C3、C4、C5……Cx‧‧‧行
CFB‧‧‧回饋耦接電容器
CIN‧‧‧輸入耦接電容器
P1、P2、P3、Pn‧‧‧像素小區
R1、R2、R3、R4、R5……Ry‧‧‧列
T1‧‧‧轉移電晶體
T2‧‧‧重設電晶體
T3‧‧‧源極隨耦器(SF)電晶體/放大器電晶體SF
T4‧‧‧列選擇電晶體RS
參考下圖描述本發明之非限制及非詳盡之實施例，其中所有各圖中相同參考數字指代相同部分，除非另有規定。
圖1為說明根據本發明之教示之具有抑制浮動擴散節點處的電位擺動之讀出架構之影像感測器的一項實例之示意圖。
圖2為說明根據本發明之教示之包括抑制像素陣列中的像素小區的浮動擴散節點處之電位擺動之讀出架構的實例成像系統之方塊圖。
圖3說明根據本發明之教示之抑制像素陣列的浮動擴散節點處之電位擺動之實例性讀出架構中的信號之時序圖。
在所有若干圖式中，對應之參考符號指示對應之組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係出於簡單及清楚之目的進行說明，且不一定按比例繪製。舉例而言，圖中之一些元件之尺寸可相對於其他元件進行誇示，從而幫助提高對本發明之各種實施例之理解。而且，在商業可行之實施例中有用或者必需之常見但眾所周知之元件常常不予描繪，以便促進對本發明之此等各種實施例之無障礙的觀看。
在以下描述中，陳述眾多具體細節以便提供對本發明之透徹理解。然而，熟習此項技術者將明白，不需要使用該具體細節來實踐本發明。在其他實例中，未詳細描述眾所周知之材料或方法，以便避免混淆本發明。
貫穿本說明書對「一項實施例」、「一實施例」、「一項實例」或「一實例」之引用係指結合該實施例或實例所描述之特定的特徵、結構或特性包括在本發明之至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書在各處片語「在一項實施例中」、「在一實施例中」、「一項實例」或「一實例」之出現並不一定全部係指同一實施例或實例。此外，特定之特徵、結構或特性可以任何合適之組合及/或子組合而組合在一或多項實施例或實例中。特定之特徵、結構或特性可包括在積體電路、電子電路、組合式邏輯電路或提供所描述之功能性之其他合適組件中。另外，應瞭解，在此提供之圖係出於向熟習此項技術者進行闡釋之目 的，且圖式不一定按比例繪製。
根據本發明之教示的實例描述一種根據本發明之教示之讀出架構，該讀出架構抑制像素陣列之浮動擴散節點處之電位擺動。如將展示，在各種實例中，行層級積分器耦接至積分影像資料，該積分影像資料係自每一像素小區在位元線上輸出。在一項實例中，根據本發明之教示，該積分器回應於浮動擴散節點處之向下電位而在積分器之輸出上驅動正電壓階躍，其因此經由回饋電容器將供應電荷供應給彼浮動擴散節點。在一項實例中，經由回饋電容器自積分器之輸出供應之電荷有助於維持浮動擴散節點上的實質上恆定之電壓，該電壓大於光敏元件上之電壓。根據本發明之教示，藉由抑制電壓擺動以維持浮動擴散節點上之實質上恆定之電壓，像素可因此在較低供應電壓下操作。
為了進行說明，圖1為說明根據本發明之教示之具有抑制浮動擴散節點處的電位擺動之讀出架構之影像感測器100的一項實例之示意圖。在所描繪之實例中，影像感測器100包括配置在像素陣列中之複數個像素小區102。在所描繪之實例中，將像素小區102說明為四電晶體(4T)像素小區。應瞭解，像素小區100係用於實施影像感測器100內之每一像素小區之像素電路架構的一個可能之實例。然而，應瞭解，根據本發明之教示之其他實例不一定受限於4T像素架構。受益於本發明之熟習此項技術者將理解，本教示亦適用於3T設計、5T設計以及根據本發明之教示之其他像素架構。
圖1中所描繪之實例中，像素小區102包括：光敏元件，其亦可被稱作用以累積影像電荷之光電二極體(PD)104；轉移電晶體T1 106；重設電晶體T2 108；浮動擴散(FD)節點110；放大器電晶體，其被說明為源極隨耦器(SF)電晶體T3 112；以及列選擇電晶體T4 114。回饋耦接電容器CFB 116電容性地耦接在浮動擴散節點FD 110與輸出 線120之間。在操作期間，轉移電晶體T1 106接收轉移信號TX，該轉移信號將光敏元件PD 104中所累積之影像電荷選擇性地轉移至浮動擴散FD節點110。
如所說明之實例中所展示，重設電晶體T2 108耦接在供應電壓AVDD與浮動擴散節點FD 110之間，以回應於重設信號RST而重設像素小區102中之位準(例如，將浮動擴散節點FD 110及光敏元件PD 104放電或充電至預設電壓)。浮動擴散節點FD 110經耦接以控制放大器電晶體SF T3 112之閘極。放大器電晶體SF T3 112耦接在供應電壓AVDD與列選擇電晶體RS T4 114之間。放大器電晶體SF T3 112作為源極隨耦器放大器而操作，從而將高阻抗連接提供給浮動擴散節點FD 110。列選擇電晶體RS T4 114回應於列選擇信號RS而將像素小區102之影像資料輸出選擇性地耦接至讀出行位元線118。在所說明之實例中，位元線118經耦接以自影像感測器100中之複數個像素小區102之行選擇性地讀出影像資料。
圖1中所描繪之實例亦說明行層級處之積分器122，其經由輸入耦接電容器CIN 126而選擇性地耦接至位元線118，如圖所示。如實例中所展示，積分器122之輸出耦接至輸出線120，輸出線120經由回饋耦接電容器CFB 116而電容性地耦接至浮動擴散節點FD 110。在所說明之實例中，借助輸入耦接電容器CIN 126提供之電容性耦接支援積分器122之輸入與位元線118之間的不同DC電壓位準，同時允許AC信號或高頻率信號在位元線118與積分器122之輸入之間通過。類似地，借助回饋耦接電容器CFB 116提供之電容性耦接支援浮動擴散節點FD 110與輸出線120之間的不同DC電壓位準，同時允許AC信號或高頻率信號在浮動擴散節點FD 110與輸出線120之間通過。
在一項實例中，具有高內部阻抗之電流源130耦接至位元線118以將電流吸收至接地，如圖所示。在該實例中，重設開關128亦耦接至 積分器122，如圖所示，該重設開關回應於RESET_AMP信號而耦接至積分器122之重設位準，如圖所示。在所說明之實例中，積分器122包括作為積分器而耦接之運算放大器124。因此，運算放大器124之反相輸入耦接至輸入耦接電容器CIN 126，且運算放大器124之非反相輸入耦接至接地，如圖所示。在一項實例中，可將運算放大器124實施為單分支共源放大器以減少晶粒大小及電力消耗。
在操作中，積分器122經耦接以回應於經由輸入耦接電容器CIN 126自位元線118接收之影像資料之積分而在輸出線120上輸出一輸出信號。如圖1中所描繪之實例中所展示，經由回饋耦接電容器CFB 116將輸出線120上之輸出信號回饋至像素小區102。具體而言，在一項實例中，積分器122之運算放大器124回應於浮動擴散節點FD 110處之向下電位而在輸出線120上驅動正電壓階躍，其經由回饋耦接電容器CFB 116將電荷供應給浮動擴散節點FD 110。結果，用運算放大器124之開放迴路增益來抑制由於將影像電荷自光敏元件PD轉移至浮動擴散節點FD 110而引起之浮動擴散節點FD 110上之向下電壓擺動。換言之，根據本發明之教示，運算放大器124之開放迴路增益經耦接以回應於將影像電荷自光敏元件FD 104轉移至浮動擴散節點FD 110而在輸出線120上驅動正電壓階躍，以經由回饋耦接電容器CFB 116將電荷供應給浮動擴散節點FD 110，從而將浮動擴散節點FD 110處之實質上恆定之電壓維持在光敏元件FD 104處的電壓以上。因此，在一項實例中，根據本發明之教示，由於用如圖所示之積分器122將浮動擴散節點FD 110處之電壓維持在實質上恆定之電壓，所以可將較低之供應電壓用於AVDD，例如約1.8伏特。
在一項實例中，輸出線120上之輸出信號亦經耦接以用A/D轉換器132自類比轉換為數位。在一項實例中，輸出線120上之輸出信號位準亦經耦接以用如圖所示之取樣及保持電路134進行取樣及保持。在 一項實例中，如下文更詳細地論述，可藉由取得在將影像電荷轉移至浮動擴散節點FD 110之後輸出信號之經取樣輸出位準值與在重設之後輸出信號之經取樣輸出位準之間的差來判定來自像素小區102之輸出值。
圖2為說明根據本發明之教示之包括抑制像素陣列中的像素小區的浮動擴散節點處之電位擺動之讀出架構的實例成像系統200之方塊圖。如所描繪之實例中所展示，成像系統200包括耦接至控制電路238及讀出電路236之像素陣列202，讀出電路236耦接至功能邏輯240。
在一項實例中，像素陣列202係成像感測器或像素小區(例如，像素小區P1、P2……Pn)之二維(2D)陣列。在一項實例中，每一像素小區係CMOS成像像素。應注意，像素陣列202中之像素小區P1、P2……Pn可為圖1之像素小區102的實例，且下文參考之類似命名及編號的元件與上文所描述之元件類似地耦接並起作用。如所說明，每一像素小區配置至列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)中，以獲取人、地方、物件等之影像資料，該影像資料可隨後用於再現人、地方、物件等之2D影像。
在一項實例中，在每一像素小區已累積其影像資料或影像電荷之後，該影像資料由讀出電路236經由讀出行位元線218讀出，且隨後被轉移至功能邏輯240。在一項實例中，讀出電路236可包括耦接至每一行C1至Cx之積分器，該積分器經由輸出線220提供回饋，如圖所示。應注意，耦接至每一行C1至Cx之積分器以及輸出線220中之每一者可為圖1之積分器122及輸出線120的實例。返回參看圖2，在各種實例中，讀出電路236亦可包括額外之放大電路、額外之類比轉數位(ADC)轉換電路，或其他電路。功能邏輯240可簡單地儲存影像資料，或甚至藉由應用後影像效應(例如，修剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一項實例中，讀出 電路236可沿著讀出行位元線218(已說明)一次讀出一列影像資料，或可使用多種其他技術(未說明)讀出影像資料，例如對所有像素之串行讀出或同時全並行讀出。
在一項實例中，控制電路238耦接至像素陣列202以控制像素陣列202之操作特性。舉例而言，控制電路238可產生用於控制影像獲取之快門信號。在一項實例中，快門信號係用於同時啟用像素陣列202內之所有像素以在單個獲取窗期間同時俘獲其各別影像資料之全域快門信號。在另一實例中，快門信號係滾動快門信號，使得在連續獲取窗期間循序地啟用每一列、行或群組之像素。
圖3說明根據本發明之教示之抑制像素陣列的浮動擴散節點處之電位擺動之實例性讀出架構中的信號之時序圖。應瞭解，圖3中所說明之實例信號說明與圖1中所示之實例影像感測器100相關聯的信號之各種波形，且下文類似命名及編號之元件如上文所描述進行耦接及起作用。如該實例中所示，重設發生在時間T0處。在圖3中所描繪之實例中，在該重設期間確證列選擇信號RS 314、重設信號RST 308及重設積分器信號RESET_AMP 328。因此，浮動擴散節點電壓或電位310被設定至接近供應電壓AVDD之電壓，或輸出線320上之電壓或電位被設定至接地附近之電壓，如圖所示。在一項實例中，應注意，可藉由確證重設信號RST 308及傳輸信號TX 306兩者以重設光敏元件(未圖示)中之影像電荷位準而在時間T0之前單獨地重設光敏裝置PD 104。
在一項實例中，在T0處之重設完成之後，解除確證重設信號RST 308、重設積分器信號RESET_AMP 328及傳輸信號TX 306。如圖所示，已如圖所示重設了浮動擴散電位310處之電壓以及輸出線320上之電位。在一項實例中，此時，可發生類比轉數位操作332，且可用取樣及保持電路134獲得輸出線320處之位準之第一取樣。在所說明之實例中，用SHR 334A事件指示第一取樣，SHR 334A事件指示已在重設 之後獲得輸出線處之輸出信號位準的第一樣本。在此時間期間，解除確證轉移信號TX 306，且光敏裝置PD 104亦可累積影像電荷。
在時間T1處，隨後確證轉移信號TX 306，且在光敏裝置PD 104中累積之影像電荷隨後被轉移至浮動擴散節點FD 110。在將影像電荷轉移至浮動擴散節點FD 110之情況下，如FD電位310中所示，浮動擴散節點FD 110上之電位開始在時間T1處向下擺動。然而，開始在時間T1處在FD電位310中發生之向下擺動由積分器122經由位元線118及輸入電容器CIN 126偵測到，此導致輸出線320上之輸出信號升高，如圖所示。結果，積分器122在輸出線120上驅動正電壓階躍，其經由回饋耦接電容器CFB 116將電荷供應給浮動擴散節點FD 110，此抑制了浮動擴散節點FD 110上之向下電壓擺動。因此，運算放大器124之開放迴路增益經耦接以維持浮動擴散節點FD 110處之實質上恆定之電壓，如圖所示。
在此時間期間，在已解除確證轉移信號TX 306之後，可發生另一類比轉數位操作332，且可用取樣及保持電路134進行對輸出線320之第二取樣。在所說明之實例中，用SHS 334B事件指示第二取樣，SHS 334B事件指示已獲得輸出線320上之輸出信號值之第二樣本。在一項實例中，可藉由找到第二樣本與第一樣本之間的差來導出像素之輸出值(亦即，輸出值=SHS-SHR)。
本發明之所說明實例之以上描述(包括摘要中所描述之內容)無意係詳盡的或受限於所揭示之精確形式。雖然出於說明之目的在本文中描述了本發明之具體實施例及實例，但在不脫離本發明之更廣精神及範疇之情況下，各種等效之修改係可能的。
可鑒於以上詳細描述對本發明之實例作出此等修改。所附申請專利範圍中所使用之術語不應被解釋為將本發明限於說明書及申請專利範圍中所揭示之具體實施例。而是，範疇將完全由所附申請專利範 圍來判定，所附申請專利範圍將根據申請專利範圍解譯之已確立原則來解釋。本說明書及圖因此將被視為說明性的，而非限制性的。
100‧‧‧實例影像感測器
102‧‧‧像素小區
104‧‧‧光電二極體(PD)/光敏裝置PD
106‧‧‧轉移電晶體
108‧‧‧重設電晶體
110‧‧‧浮動擴散(FD)節點
112‧‧‧源極隨耦器(SF)電晶體/放大器電晶體SF
114‧‧‧列選擇電晶體RS
116‧‧‧回饋耦接電容器
118‧‧‧行位元線
120‧‧‧輸出線
122‧‧‧積分器
124‧‧‧運算放大器
126‧‧‧輸入耦接電容器
128‧‧‧重設開關
130‧‧‧電流源
132‧‧‧A/D轉換器
134‧‧‧取樣及保持電路
CFB‧‧‧回饋耦接電容器
CIN‧‧‧輸入耦接電容器
T1‧‧‧轉移電晶體
T2‧‧‧重設電晶體
T3‧‧‧源極隨耦器(SF)電晶體/放大器電晶體SF
T4‧‧‧列選擇電晶體RS

Claims (29)

  1. 一種影像感測器，其包含：一像素陣列，其包括複數個像素小區，其中該複數個像素小區中之每一者包括：一浮動擴散節點；一光敏元件，其經耦接以將影像電荷選擇性地轉移至該浮動擴散節點；以及一回饋耦接電容器，其耦接在該浮動擴散節點與一輸出線之間；一位元線，其經耦接以選擇性地讀出自該複數個像素小區之一群組中之每一者輸出的影像資料；以及一積分器，其電容性地耦接至該位元線，其中該積分器經耦接以回應於該影像資料而在該輸出線上輸出一輸出信號，其中該輸出線上之該輸出信號經由該回饋耦接電容器而電容性地耦接至該浮動擴散節點，以回應於該輸出信號而抑制該複數個像素小區之該群組中之每一者的該浮動擴散節點處之一電位擺動。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個像素小區之該群組包括該像素陣列之一行。
  3. 如請求項1之影像感測器，其進一步包含一輸入耦接電容器，該輸入耦接電容器耦接在該積分器之一第一輸入與該位元線之間，使得該位元線電容性地耦接至該積分器之該第一輸入。
  4. 如請求項3之影像感測器，其中該輸入耦接電容器經耦接以支援該位元線與該積分器之該第一輸入之間的不同DC電壓位準。
  5. 如請求項1之影像感測器，其中該積分器包含作為一積分器而耦 接之一運算放大器，且其中該積分器之該第一輸入包含該運算放大器之一反相輸入。
  6. 如請求項5之影像感測器，其中該運算放大器之一開放迴路增益經耦接以在該輸出線上驅動一正電壓階躍，以經由該回饋電容器將電荷供應至該浮動擴散節點，從而將該浮動擴散節點處之一電壓維持在該光敏元件處之一電壓以上。
  7. 如請求項5之影像感測器，其進一步包含耦接在該運算放大器之該反相輸入與一接地端子之間的一電流源，其中該電流源經耦接以將電流吸收至該接地端子。
  8. 如請求項1之影像感測器，其進一步包含一類比轉數位轉換器，該類比轉數位轉換器耦接至該輸出線以回應於該輸出線上之一類比信號而產生一數位信號。
  9. 如請求項1之影像感測器，其進一步包含一取樣及保持電路，該取樣及保持電路耦接至該輸出線以對該輸出線上之該輸出信號進行取樣及保持。
  10. 如請求項9之影像感測器，其中該取樣及保持電路經耦接以在一重設之後輸出該輸出線之一第一樣本，且其中該取樣及保持電路進一步經耦接以回應於該影像資料而輸出該輸出線之一第二樣本，其中該複數個像素小區中之每一者之一輸出值回應於該第二樣本與該第一樣本之間的一差。
  11. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個像素小區中之每一者進一步包括一重設電晶體，該重設電晶體耦接在該浮動擴散節點與一供應電壓之間，以選擇性地重設該浮動擴散節點及該光敏元件中之該影像電荷。
  12. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個像素小區中之每一者進一步包括一轉移電晶體，該轉移電晶體耦接在該光敏元件與該 浮動擴散節點之間，以將該影像電荷自該光敏元件選擇性地轉移至該浮動擴散節點。
  13. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個像素小區中之每一者進一步包括一放大器，該放大器耦接至該浮動擴散節點以回應於該浮動擴散節點處之該影像電荷而產生該影像資料。
  14. 如請求項13之影像感測器，其中該複數個像素小區中之每一者進一步包括一選擇電晶體，該選擇電晶體耦接在該放大器與該位元線之間，以將該影像資料自該放大器選擇性地轉移至該位元線。
  15. 一種成像系統，其包含：一像素陣列，其包括複數個像素小區，其中該複數個像素小區中之每一者包括：一浮動擴散「FD」節點；一光敏元件，其經耦接以將影像電荷選擇性地轉移至該浮動擴散節點；以及一回饋耦接電容器，其耦接在該浮動擴散節點與一輸出線之間；控制電路，其耦接至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；以及讀出電路，其包括一積分器，該積分器電容性地耦接至一位元線以選擇性地讀出自該複數個像素小區之一群組中之每一者輸出的影像資料，其中該積分器經耦接以回應於該影像資料而在該輸出線上輸出一輸出信號，其中該輸出線上之該輸出信號經由該回饋耦接電容器而電容性地耦接至該浮動擴散節點，以回應於該輸出信號而抑制該複數個像素小區之該群組中之每一者的該浮動擴散節點處之一電位擺動。
  16. 如請求項15之成像系統，其中該複數個像素小區之該群組包括該像素陣列之一行，其中該積分器係該讀出電路中所包括之複數個積分器中之一者。
  17. 如請求項15之成像系統，其進一步包含一輸入耦接電容器，該輸入耦接電容器耦接在該積分器之一輸入與該位元線之間，使得該位元線電容性地耦接至該積分器之該輸入。
  18. 如請求項17之成像系統，其中該輸入耦接電容器經耦接以支援該位元線與該積分器之該輸入之間的不同DC電壓位準。
  19. 如請求項15之成像系統，其中該積分器經耦接以在該輸出線上驅動一正電壓階躍，以經由該回饋電容器將電荷供應至該浮動擴散節點，從而將該浮動擴散節點處之一電壓維持在該光敏元件處之一電壓以上。
  20. 如請求項15之成像系統，其進一步包含功能邏輯，該功能邏輯耦接至該讀出電路以儲存自該複數個像素小區讀出之該影像資料。
  21. 一種操作一影像感測器之方法，該方法包含：重設一影像感測器像素小區中之一光敏元件及一浮動擴散節點；在該光敏元件中累積影像電荷；將該影像電荷自該光敏元件轉移至該浮動擴散節點；回應於該浮動擴散節點處之該影像電荷而在一位元線上產生影像資料；回應於該影像資料，用一積分器對該位元線上之該影像資料進行積分，以在該積分器之一輸出線上產生一輸出信號；以及用該輸出線與該浮動擴散節點之間的電容性回饋耦接來抑制該浮動擴散節點處之一電位擺動。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包含在重設該影像感測器像素小區中之該光敏元件及該浮動擴散節點的同時重設該積分器。
  23. 如請求項21之方法，其進一步包含在重設該影像感測器像素小區中之該光敏元件及該浮動擴散節點之後且在將該影像電荷自該光敏元件轉移至該浮動擴散節點之前，產生該輸出線上之該輸出信號之一第一樣本。
  24. 如請求項23之方法，其進一步包含在回應於該影像資料而用該積分器對該位元線上之該影像資料進行積分以在該積分器之該輸出線上產生該輸出信號之後，產生該輸出線上之該輸出信號之一第二樣本。
  25. 如請求項21之方法，其進一步包含回應於該輸出信號之該第二樣本與該輸出信號之該第一樣本之間的一差而產生一輸出值。
  26. 如請求項21之方法，其進一步包含將該輸出信號之一類比值轉換為該輸出信號之一數位值。
  27. 如請求項21之方法，其進一步包含用一放大器電晶體放大該浮動擴散節點處之該影像電荷以在該位元線上產生該影像資料。
  28. 如請求項21之方法，其進一步包含用該位元線與該積分器之一輸入之間的一電容性耦接來支援該位元線與該積分器之該輸入之間的不同DC電壓。
  29. 如請求項21之方法，其中用該輸出線與該浮動擴散節點之間的該電容性回饋耦接來抑制該浮動擴散節點處之該電位擺動包含：用該積分器在該輸出線上驅動一正電壓階躍，以經由該回饋電容器將電荷供應至該浮動擴散節點，從而將該浮動擴散節點處之一電壓維持在該光敏元件處之一電壓以上。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI750696B (zh) * 2019-07-11 2021-12-21 荷蘭商特勵達達而視有限公司 影像感測器及包括影像感測器之成像系統

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6832649B2 (ja) * 2016-08-17 2021-02-24 ブリルニクス インク 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
US10062722B2 (en) * 2016-10-04 2018-08-28 Omnivision Technologies, Inc. Stacked image sensor with shield bumps between interconnects
US10375338B2 (en) * 2017-02-01 2019-08-06 Omnivision Technologies, Inc. Two stage amplifier readout circuit in pixel level hybrid bond image sensors
US10473798B2 (en) * 2017-06-16 2019-11-12 Varex Imaging Corporation Counting and integrating pixels, detectors, and methods
TWI644107B (zh) 2017-11-23 2018-12-11 財團法人工業技術研究院 感測器的讀取電路及其讀取方法
US10750111B2 (en) * 2018-02-23 2020-08-18 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with divided bit lines
US11399150B2 (en) * 2020-11-13 2022-07-26 Omnivision Technologies, Inc. Auto-zero techniques for lateral overflow integrating capacitor (LOFIC) readout image sensor
DE102021128022B3 (de) * 2021-10-27 2023-02-02 Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg Bildsensor
US11956557B1 (en) 2022-10-17 2024-04-09 BAE Systems Imaging Solutions Inc. Pixel architecture with high dynamic range
CN117097339A (zh) * 2023-10-20 2023-11-21 南京天易合芯电子有限公司 一种具有高性能动态环境光抑制的接近光检测传感器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5636270A (en) * 1979-09-03 1981-04-09 Hitachi Ltd Image pickup device
US7183531B2 (en) * 2004-03-31 2007-02-27 Micron Technology, Inc. Amplification with feedback capacitance for photodetector signals
JP2008042674A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Canon Inc 固体撮像装置
JP5012188B2 (ja) * 2007-05-14 2012-08-29 コニカミノルタホールディングス株式会社 固体撮像装置
US8294077B2 (en) 2010-12-17 2012-10-23 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having supplemental capacitive coupling node
US8618459B2 (en) * 2011-04-27 2013-12-31 Aptina Imaging Corporation Image sensor array for the back side illumination with junction gate photodiode pixels
TWI477086B (zh) * 2011-10-06 2015-03-11 Issc Technologies Corp 雙模態δ－△類比至數位轉換器與其電路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI750696B (zh) * 2019-07-11 2021-12-21 荷蘭商特勵達達而視有限公司 影像感測器及包括影像感測器之成像系統
US11477398B2 (en) 2019-07-11 2022-10-18 Teledyne Dalsa B.V. Image sensor and imaging system comprising the same

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