TW586315B - Correlated double sampling circuit and CMOS image sensor including the same - Google Patents

Correlated double sampling circuit and CMOS image sensor including the same Download PDF

Info

Publication number
TW586315B
TW586315B TW091137708A TW91137708A TW586315B TW 586315 B TW586315 B TW 586315B TW 091137708 A TW091137708 A TW 091137708A TW 91137708 A TW91137708 A TW 91137708A TW 586315 B TW586315 B TW 586315B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sampling
capacitor
signal
connection switch
circuit
Prior art date
Application number
TW091137708A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200303142A (en
Inventor
Masatoshi Kokubun
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of TW200303142A publication Critical patent/TW200303142A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TW586315B publication Critical patent/TW586315B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

586315 玖、發明說明 (發明說明應敘明:發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) C發明所Λ之技術領域3 發明領域 本發明係關於一種相關雙重取樣電路以及一種CMOS 5 影像感測器,並且,尤其是關於一種用以處理從被配置為 矩陣式之固態影像感知元件的像素部份所輸出信號的相關 雙重取樣電路以及含有此種相關雙重取樣電路之影像感測 器。 【先前技術3 10 發明背景 目前被使用於數位攝影機、數位視訊攝影機、以及類 似者之固態影像感知元件包含使用電荷耦合元件(CCD)的 影像感測器與使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器 的影像感測器。CMOS影像感測器具有其優點。例如, 15 CMOS影像感測器比CCD消耗較小量之電力,CM0S影像 感測器可被一組單一電源所驅動,以及週邊電路,例如, 時序產生電路和讀取電路,可被形成而與CMOS影像感測 器合而為一。因此’ CMOS影像感測器近年來已廣泛地被 使用。 20 一組CMOS影像感測器包含一組其單位像素含有光二 極體的一組被配置為矩陣式之像素部份、一組用以按順序 地掃描單位像素之掃描電路、以及用以處理從像素部份被 輸出之信號的相關雙重取樣(CDS)電路。 接著將參考圖形而說明這CDS電路。第5圖是一組單 5 玖、發明說明 位像素和CDS電路之電路圖。 單位像素11包含一組光二極體D1、一組重置電晶體 Ml 組驅動電晶體M2、以及一組選擇電晶體m3。各具 有刖述結構的多數個單位像素丨丨被配置為矩陣式以形成一 組像素部份。像素部份按順序地被一組用以在垂直方向掃 瞄之垂直掃描移位暫存器以及用以在水平方向掃描之水平 掃描移位暫存器所掃描。 在像素部份各行中有一組CDS電路60。CDS電路60處 理從被選擇的一列中之單位像素被輸出的一組信號,該列 單位像素利用垂直掃描移位暫存器從CDS電路6〇被連接之 一行中之單位像素間被選擇出。CDS電路60包含一組第一 電容器ci、一組第二電容器C2、一組用以產生參考電位 Vref之電源VREF、用以放大信號之放大sAMpi*AMp2 、一組用以控制與單位像素11連接之切換元件的開關SW1 、一組用以連接第二電容器C2一端點至第一電容器⑴和 電源VREF的切換元件之開關s W2、以及用以輸出被輸出 之信號至輸出匯流排之切換元件的開關SW3。 電流源II被置放以使得單位像素丨丨中之電晶體M2作用 如一組放大器。 接著’將說明上述單位像素和CDS電路之操作。第6 圖是CDS電路之時序圖。 首先’用以選擇第一列中之像素的選擇信號SLCT1利 用垂直掃描移位暫存器被導通(選擇信號SLCT1改變至^^立 準)°接著用以重置第一列中之像素的重置信號RST1於某 586315 玖、發明說明 一時間週期被保持在“H”以進行被稱為啟始重置之第一重 置。此時,光二極體D1陰極側上之電位是vR(固定)。在重 置時間結束之後,重置信號尺叮丨被切換至“L”。利用如此 ’光一極體D1依據光強度開始積分。接著利用導通開關 5 SW2(假設有八行單位像素,且因此為SW2-1至SW2-8)以及 被置放在各行中之CDS電路60的開關SW1,被檢測的信號 依據在光二極體D1積分時之時間被累積而作為在第一電容 器C1中之電荷以及作為第二電容器C2中之電荷。在經過 某一時間週期之後,開關SW1和開關SW2-1至SW2-8被切 10 斷以保持被取樣之檢測信號。依序地,重置信號rst 1被 保持在“H”經過某一時間週期而作為第二重置,在這時間 中開關S W1被導通。利用如此,重置雜訊被累積在第一電 容器C1中。在經過一預定的時間週期之後,開關SW1被切 斷。結果,在第二電容器C2之節點VC2的電位依下面的方 I5 程式(1)而被得到:
Vref-((被檢測信號+重置雜訊)-重置雜訊)............(1) 因此,僅信號成份可被抽取。之後,利用與來自水平掃描 移位暫存器之掃描信號同步地導通在各CDS電路中之開關 SW2和開關SW3(開關SW2-1和開關SW3-1,開關SW2-2和 20 開關SW3-2,…,以及開關SW2-8和開關SW3-8),信號被 傳送至輸出匯流排線。 但是,習見的CDS電路中,一組用以取樣被檢測信號 之切換元件同時也被使用作為用以讀取之切換元件。因此 ,在參考電壓端上作為參考之節點電位,在開關被切斷時 7 玖、發明說明 將移位,因此在輸出影像之中的亮度將不同。 如上所述,當所檢測之信號依據光二極體01積分時之 時間被累積在第一電容器C1以及第二電容器C2中作為取 樣被檢測之仏號之電荷時,在CDS電路60中之開關SW1和 SW2被導通並且在某一時間週期之後被切斷。當開關SW2 被切斷時,在電壓端上作為參考之節點電位,將由於在開 關SW2切換元件閘極和源極之間,以及在閘極和排極之間 的寄生電容之作用而移位。 進一步地,由於佈局所導致的節點電位中將有一移位 。第7A、7B圖展示一種佈局之分解圖和參考電壓之改變 。第7A圖是一種佈局之分解圖。第7B圖是展示一種對應 至開關SW2-1至SW2-8之參考電壓改變的簡單圖形。 參考至第7A圖,作為用以取樣從單位像素丨丨被輸出之 k號的切換元件以及作為用以讀取輸出匯流排之切換元件 的開關SW2被包含在各行之一組。]^^電路中。切換元件61( 例如,SW2-1至SW2-8)被配置在一列令並且被連接到一組 公用之參考電壓信號線62上。各切換元件SW2-1至SW2-8 被一組SW2開關導通/切斷控制電路63所控制。當一組一般 操作之控制信號被輸入至SW2開關導通/切斷控制電路63時 ,對應至各切換元件61之一組導通/切斷控制信號產生部 份64產生一組控制信號。結果,切換元件SW2-1至SW2-8 進行一般操作。切換元件SW2-1至SW2-8以此方式利用一 般操作之控制信號而導通/切斷,但是實際上延遲將發生 。因此,當SW2導通/切斷時,參考電壓將因CDS電路電容 586315 玖、發明說明 之影響而變動。如果8胃2-1至8冒2-8依其順序被切斷,則 多考電C中之移位將由於參考電壓之浮動、參考電壓信號 之接線電阻、以及類似者,而逐漸地變大。假設第7B 圖虛線私示理想參考電壓(參考電位Vref)。則在^ W2_ 1上 5成乎得到理想之參考電壓,但是因電容、接線電阻、以及 類似者之影響,在SW2-8之參考電壓是較低於理想參考電 位(Vref)。參考電壓中之此浮動將導致在參考電壓端上節 點中之電位VC2的移位。結果,被累積在第二電容器C2中 之電荷數目的移位將發生,並且當CDS電路6〇讀取被檢測 10信號時,在所得到結果之間的亮度之差量將發生。假設對 應至SW2-1至SW2-8的像素輸出相同亮度之被檢測的信號 指不。則在第7B圖情況中,對應至SW2-8的一組像素是比 對應至SW2-1的一組像素較模糊的。亦即,亮度差量發生 。在SW2-8之參考電壓是較低於理想參考電位(Vref)之情 15況已被說明。但是,依據如何控制開關,在SW2-8之參考 電壓可以超出理想參考電位(Vref)。在這情況中,在對應 像素之間的亮度差量同時也將產生。 像素部份漸成為細小,因此從像素部份被輸出之信號 的讀取速率必須增加。因此,在讀取時被使用之切換元件 20 SW2上的閘極寬度必須增寬以減低其導通狀態電阻。但是 ’增寬之閘極寬度將加強在那裡所產生之寄生電容的影響 並且使得在參考電壓侧上節點之電位的移位成為較大。 由於參考電壓侧上節點電位中之此移位而導致在輸出 信號之移位被一組置放在CDS電路的下一級放大器所放大 4B4 9 玖、發明說明 。因此,即使從(:1)8電路被輸出信號的移位是小的,在影 像之間的亮度差量終將產生。如果具有放大因數,例如, 16之放大器被置放在下一級中,則1毫伏之移位將被放大 至16毫伏。 5 【發明内容】 發明概要 本發明是在上述之背景環境下所構成。本發明之一目 的是提供一種用以減低由於重置操作所產生之參考電壓側 上節點電位中之移位的相關雙重取樣電路以及含有此種相 10關雙重取樣電路之CMOS影像感測器。 為了達成上述之目的,本發明提供一種用以處理從被 配置為矩陣式的固態影像感知元件之像素部份被輸出信號 的相關雙重取樣電路。這相關雙重取樣電路包含:一組第 一電容器,其用以取樣並且保持對應至利用重置像素部份 15 而被產生的雜訊之重置位準信號;一組第二電容器,其用 以取樣並且保持利用像素部份中之光電轉換所得到之被檢 測信號;一組供取樣之連接開關,其控制在產生預定電位 以取樣以該預定電位作為參考之被檢測的信號之預定電源 供應以及§亥第·一電谷裔之間的連接;以及一組供讀取之連 20 接開關’其依據在第二電容器和第一電容器中被取樣並且 被保持之電荷所得到的被檢測信號和重置位準信號之間的 差量而控制輸出信號的讀取。 更進一步地,為了達成上述目的,本發明所提供之一 組CMOS影像感測器,其包含:一組像素部份,其中含有 10 玖、發明說明 光二極體以及電晶體之單位像素被配置為矩陣式;一組用 以掃描該等像素之掃描電路;以及一組用以處理從該像素 部份被輸出之信號的相關雙重取樣電路。在這CMOS影像 感測器中之相關雙重取樣電路包含有:一組第一電容器, 5其用以取樣並且保持對應至利用重置像素部份而被產生的 雜訊之重置位準信號;一組第二電容器,其用以取樣並且 保持利用像素部份中之光電轉換所得到之被檢測信號;一 組供取樣之連接開關,其控制在產生預定電位以取樣以該 預定電位作為參考之被檢測的信號之預定電源供應以及該 1 Q 笛 乐二電容器之間的連接;以及一組供讀取之連接開關,其 依據在第二電容器和第一電容器中被取樣並且被保持之電 荷所得到的被檢測信號和重置位準信號之間的差量而控制 輪出信號的讀取。 本發明之上述和其他目的、特點和優點,將從下面的 15 。兒明及配合參考利用範例以展示本發明較佳實施例之附圖 而成為更明顯。 圖式簡單說明 第1圖是依據本發明實施例之CDS電路的電路圖。 第2圖是展示一組CMOS影像感測器基本結構的圖形。 第3圖是依據本發明實施例一組CMOS影像感測器中 CDS電路部份之時序圖。 第4圖是展示依據本發明之一組供取樣之連接開關結 構的圖形。 第5圖是單位像素與cds電路之圖形。 11 586315 玖、發明說明 第6圖是一組CDS電路之時序圖。 第7A、7B圖展示佈局之分解圖和參考電壓之變化。 t »施方式3 較佳實施例之詳細說明 5 接著將參考圖形而說明本發明實施例。 第1圖是依據本發明實施例之一組CDS電路的電路圖。 CDS電路20輸入從多數個被配置在水平和垂直方向之 單位像素11被輸出之信號並且處理它們。 單位像素11包含一組光二極體D1和三組卜通道^1〇8電 10晶體。光二極體D1之一陰極被連接到電晶體1^11源 極及電晶體M2之閘極。作為重置電晶體之電晶體M1的一 閘極,被連接到一組重置信號尺訂被供應之重置線,並且 電晶體Μ1之一排極被連接到被供應參考電壓VR之電源供 應線。作為驅動電晶體之電晶體M2之一排極,被連接到 15被供應參考電壓VR之電源供應線。這與電晶體Ml相同。 電晶體M2之一源極被連接到電晶體m3之一排極。作為選 擇電晶體之電晶體M3之一閘極,被連接到一組被供應選 擇、號SLCT之行選擇線。電晶體]y[3之一源極被連接到一 組電流源II以及CDS電路20中之一組開關SW1。 20 接著,將說明單位像素11之操作。當一組重置信號 RST切換至“H”時,在光二極體D1陰極側上之電位成為VR( 常數)。依序地,重置信號RST切換至“L”,接著光照在光 二極體D1上。結果,電荷依據光強度在光二極體di中被 產生。這些電荷將改變在VPd之電位,亦即,電晶體撾2閘 12 586315 玖、發明說明 極之電壓。當選擇信號SLCT切換至“H,,時,依據那時間在 VPD之電位之一組電氣信號經由電晶體m3被傳送至CDS電 路20。 CDS電路20包含用以輸入用以控制從單位像素11被輸 5 出之信號的輸入連接開關SW1、用以取樣並且保持從單位 像素11被輸出之信號的第一和第二電容器C1和C2、用以產 生參考電位Vref之電源供應VREF、一組用以在取樣時間 用以連接第二電容器C2和電源供應VREF之取樣連接開關 21、一組用以在讀取時間用以連接第二電容器C2*電源供 10 應VREF之讀取連接開關22、放大器AMP 1和AMP2、以及 一組連接開關SW3,用以反應於一組來自水平掃描側信號 而控制被輸出至輸出匯流排的輸出。 用以輸入之連接開關SW1被連接到電流源II、單位像 素11中選擇電晶體M3之源極、以及CDS電路20中第一電容 15 器C1之一端點,並且輸入利用單位像素丨丨所檢測之信號進 入CDS電路20中。 第一電容器C1之一端點經由S W1被連接到單位像素1 i 之一輸出端點以及至放大器AMP1並且另一端點被連接到 電源供應VREF且經由供取樣之連接開關21被連接到第二 20電容器C2之一端點。第一電容器C1在啟始重置之後依據 利用從單位像素11被輸出之光二極體D1所檢測的光強度而 取樣並且保持被檢測之信號,並且當第二重置被進行時, 取樣且保持對應至利用一組重置被產生的雜訊之重置位準 信號。 13 玖、發明說明 第二電容器C2之一端點被連接到放大器AMP1並且另 一端點被連接到放大器AMP2以及經由用以取樣之連接開 關21與用以讀取之連接開關22被連接到至電源供應vref 和第一電容器C1。當啟始重置被進行時,第二電容器C2 經由用以取樣21的連接開關而連接電源供應VREF和第一 電容器C1並且取樣及保持從單位像素11被輸出之所檢測的 k號。當第^一重置被進行時’在節點VC2之電位由方程式 (1)而得到。接著用以讀取之連接開關22和用以輸出之連接 開關SW3導通並且輸出信號依據在節點VC2之電位而被傳 送。 用以取樣之連接開關21的一端點被連接到第二電容器 C2之一端點並且用以取樣之連接開關21的另一端點被連接 到第一電容器C1之一端點和電源供應VREF。在取樣時, 用以取樣之連接開關21導通以連接第二電容器C2至第一電 容器C1以及電源供應VREF。當取樣結束時,用以取樣之 連接開關21切斷以將第二電容器C2從第一電容器c i以及 電源供應VREF切斷。如稍後之說明,有足夠之時間以取 樣。因此,比較於用以讀取之連接開關22的閘極寬度,用 以取樣之連接開關21的閘極寬度可被變窄。例如,使用在 半導體製造程序中之技術而被實現之最小寬度可以被選擇 。結果,保持操作可被完成而不會顯著地受到在閘極和源 極之間以及在閘極和排極之間的寄生電容所影響。 用以讀取之連接開關22的一端點被連接到第二電容器 C2之一端點,且用以讀取之連接開關22的另一端點被連接 586315 玖、發明說明 到第電谷器C1之一組端點和電源供應VREF。隨著用以 輸出之連接開關SW3,用以讀取之連接開關22依據節點 VC2之電位一起導通/切斷而傳送被輸出之信號。像素部份 ⑺已成為較細小,因此讀取速率必須被增加。因此,用以 5讀取之連接開關22的閘極寬度必須被增寬。 用以輸出之連接開關SW3與水平掃描信號同步地導通 乂僅傳送k號成份至輸出匯流排線,該信號成份是$電 路20利用從被單位像素u所檢測之信號且移除雜訊而產生 的。 _ 1〇 上述之CDS電路20被合併入一組CMOS影像感測器中 。第2圖是展示一組CM0S影像感測器基本結構的圖形。相 同於第1圖之部份以相同數字被表示並且其說明將被省略。 一組CMOS影像感測器包含一組其中單位像素u被配 置為矩陣式之像素部份10、一組用以處理從像素部份1〇被 15輸出之#號的電路20、一組掃描電路,其含有在垂直 方向掃描像素部份1 〇且用以控制重置信號之垂直掃描移位 暫存器/重置控制電路31以及一組用以控制水平掃描之水 修 平掃描移位暫存器32、以及一組用以產生供掃描和取樣之 時序信號的時序產生電路(TG電路)40。 20 TG電路40產生一組用以選擇在像素部份1〇中一列之 選擇信號SLCT*、一組重置信號RST*、以及一組用以控制 連接像素部份10和CDS電路20之開關SW1-**和SW21-**的 控制信號,其中指示一任意列並且“**”指示一任意的 列和行。 15 44« 玖、發明說明 CDS電路20被置放在各行中。cds電路20 ,隨著從水 平掃描移位暫存器32被輸出之水平掃描信號,而按順序地 輸出被垂直掃描移位暫存器/重置控制電路3丨所選擇一列 中被單位像素11所檢測之信號。 放大器50放大信號,其從CDS電路20被輸出並且其被 傳送至一組輸出匯流排線,並且傳送它們至下一個電路。 接著’在具有上面結構之CDS電路以及具有上面結構 之CMOS影像感測器中之操作將被說明。第3圖是依據本發 明實施例之CMOS影像感測器中CDS電路部份的時序圖。 選擇# 5虎SLCT被導通’並且像素部份1 〇中之一列被 垂直掃描移位暫存器/重置控制電路3 1所選擇。第3圖中, SLCT1被導通並且列1被選擇。在SLCT1被選擇之後時刻, 一組RST端點被導通並且RST1改變至“H”。結果,光二極 體D1之陰極電位被重置至啟始電位Vr。在重置時間結束 之後,RST端點被切斷並且RST1改變至“L”。當RST1改變 至“L”時,光二極體D1依據光強度開始積分。 接著,一組用以輸入之連接開關SW1以及一組用以在 CDS電路20中取樣之連接開關21(SW21)被導通以依據在第 一電容器C1充電時之積分時間而累積被檢測之信號。在這 時間,電荷同時也在第二電容器C2中被累積。在經過某一 時間週期之後,SW1和用以取樣之連接開關21(SW21)被切 斷以保持被取樣之被檢測的信號。用以取樣之連接開關21 的閘極寬度變窄,因此這持續操作將被完成而不會顯著地 受到在閘極和源極之間以及在閘極和排極之間的寄生電容 586315 玖、發明說明 所影響。此時,用以讀取之連接開關22(SW22-1至SW22-8)被保持在切斷狀態。 接著,為累積第一電容器C1中之重置雜訊,RST端點 再次地被導通並且SW1被導通。在經過某一時間週期之後 5 ’ RST端點被切斷並且SW1同時也被切斷。由於這操作結 果’對應至重置雜訊的電荷被累積在第一電容器C1中。因 此,如方程式(1)之展示,在第二電容器C2之節點的電位 由(Vref-被檢測信號)所給予,並且僅信號成份被抽取出。 接著利用依序地與水平掃描信號同步而導通一組用以 10 輸出之連接開關SW3(SW3-1至SW3-8)以及用以讀取之連接 開關22(SW22-1至SW22-8),信號被傳送至輸出匯流排線。 如上所述,利用在進行取樣情況中置放用以連接第二 電容器C2和電源供應VREF之取樣的連接開關21以及利用 窄化其閘極寬度,在參考電壓側上節點之電位的浮動可被 15減低。以此方式,利用進行使用其中參考電壓中之浮動被 減低之一種信號的程序,在輸出影像之間的亮度差量可被 減小。 進一步地,用以讀取之連接開關22與用以取樣之連接 開關21分開地被置放。結果,用以讀取之連接開關”的閘 20 極寬度可被增寬而增加讀取速率。 更進一步地,上述用以取樣之連接開關21包含一組適 當的切換兀件。但是,一組另外的假性切換元件也可被連 接。第4圖是展不依據本發明之供取樣連接開關的結構圖 形。相同於第1圖之部份以相同數字被表示並且其說明將 17 447 586315 玖、發明說明 被省略。 主要切換元件(主要SW)211之排極和源極分別地被連 接到電源供應VREF以及假性切換元件(假性SW)212之排極 。主要元件SW211之閘極被連接至用以控制主要元件 5 SW211和假性SW212之導通/切斷的控制信號。 假性切換元件212之源極被連接到第二電容器C2之一 端點以及其排極。假性切換元件212之排極被連接到主元 件SW211之源極。假性SW212之閘極被連接到利用反相一 組控制信號所得到的信號而用以控制主元件SW211之導通/ 10 切斷。 如前面的說明,依據本發明之CDS電路包含一組用以 具有任意電位作為參考而被取樣的保持電荷之電容器,及 一組用以取樣且保持被一組像素部份所檢測之信號的取樣 連接開關,以及一組用以讀取的連接開關,其用以讀取作 15為用以連接或者中斷用以產生任意電位的電源供應之切換 元件的輸出信號。這減低在取樣結束時由於切斷一組開關 而導致在參考電壓側上節點之電位中的浮動。 利用依據本發明含有此種CDS電路之一組CMOS影像 感測器’在被像素部份所檢測抽取信號,在參考電壓中之 20 浮動是小之情況中,其輸出信號可利用CDS電路而被得到 。結果’可得到小亮度差量之良好輸出影像。 上面所述僅作為本發明原理之展示。進一步地,熟習 本技術者將明白本發明可有許多的修改和變化,其不欲限 制本發明於所展示及說明之確切構造和應用,並且因此, 18 586315 玖、發明說明 所有適當的修改和等效者皆在所附加之申請專利範圍與其 等效者之本發明範禱之内。 【圖式簡半説明】 第1圖是依據本發明實施例之CDS電路的電路圖。 第2圖是展示一組CMOS影像感測器基本結構的圖形。 第3圖是依據本發明實施例一組CMOS影像感測器中 CDS電路部份之時序圖。
第4圖是展示依據本發明之一組供取樣之連接開關結 構的圖形® 第5圖是單位像素與CDS電路之圖形。 第6圖是一組CDS電路之時序圖。 第7A、7B圖展示佈局之分解圖和參考電壓之變化 【圖式之主要元件代表符號表】 1〇…像素部份 50…放大器 11…單位像素 20、60......CDS 電路 21…取樣連接開關 22…讀取連接開關 3 1…垂直掃描移位暫存器 /重置控制電路 32…水平掃描移位暫存器 40…TG電路 61…切換元件 62…參考電壓信號線 63…SW2開關導通/切斷 控制電路 64…導通/切斷控制信號 產生部份 2Π·••主要切換元件 212···假性切換元件 19 444

Claims (1)

  1. 586315 拾、申請專利範圍 1. 一種用以處理從被配置為矩陣式之固態影像感知元件 的像素部份被輸出之信號的相關雙重取樣電路,該電 路包含·· 一組第一電容器,其用以取樣並且保持對應至利 5 用重置像素部份而被產生的雜訊之重置位準信號; 一組第二電容器,其用以取樣並且保持利用像素 部份中之光電轉換所得到之被檢測信號; 組供取樣之連接開關’其控制在產生預定電位 以取樣以該預定電位作為參考之被檢測的信號之預定 10 電源供應以及該第二電容器之間的連接;以及 一組供t買取之連接開關’其依據在第二電容器和 第一電容器中被取樣並且被保持之電荷所得到的被檢 測6號和重置位準信號之間的差量而控制輸出信號的 讀取。 15 2 ·依據申請專利範圍第1項之相關雙重取樣電路,其中包 含在供取樣之連接開關中的切換元件之閘極寬度是較 窄於包含在供讀取之連接開關中之切換元件的閘極寬 度。 3·依據申請專利範圍第1項之相關雙重取樣電路,其中包 20 含在供取樣之連接開關中的切換元件之閘極寬度是在 半導體製造程序中被形成之最小寬度。 4·依據申請專利範圍第1項之相關雙重取樣電路,其中包 含在供取樣之連接開關中的切換元件被連接到一組假 性切換元件上,該假性切換元件之閘極被提供一組信 44:ς 20 拾、申請專利範圍 號’其具有相位相反於被提供至包含在供取樣之連接 開關中之切換元件的閘極之輸入信號的相位,且該假 性切換元件之源極和排極彼此連接。 5. —種用以處理從被配置為矩陣式之固態影像感知元件 的像素部份被輸出之信號的相關雙重取樣電路,該電 路包含: 一組第一電容器,其用以取樣並且保持對應至利 用重置像素部份而被產生的雜訊之重置位準信號,在 取樣時,該第一電容器之第一端點被連接到該像素部 份之一組輸出端點,並且該第一電容器的第二端點被 連接到用以產生供取樣之預定參考電位的預定電源供 應;以及 一組第二電容器,其與該第一電容器平行地連接 並且、由組供取樣之連接開關以及一組與該供取樣 之連接開關平行地被置放之供讀取的連接開關而被連 第電谷器之第一端點以及該預定電源供應而 用以取樣並且保持利用像素部份中光電轉換而得到之 被檢測信號, 其中: 田"亥第一電容器取樣被檢測之信號時,供取樣之 連接開關連接該第二電容器至該第一電容器以及預定 電源供應;並且 當依據在第二電容器和第―電容器中被取樣並且被 、電荷所得到的被檢測信號和重置位準信號之間的 586315 拾、申請專利範圍 差量之輸出k说被讀取時,供讀取之連接開關連接該第 二電容ϋ至該第-電容器以及該預定電源供應。 6·依據申請專利範圍第5項之相關雙重取樣電路,其中包 含在供取樣之連接開關中之切換元件的問極寬度是較 窄於包含在供讀取之連接開關中的切換元件之閘極寬 ‘ 度。 , 7· —種CMOS影像感測器,其包含: 一組像素部份,其中含有光二極體以及電晶體之 單位像素被配置為矩陣式; · 組用以和r描該等像素之掃描電路;以及 一組用以處理從該像素部份被輸出之信號的相關 雙重取樣電路,該電路含有: 一組第一電容器’其用以取樣並且保持對應至利 用重置像素部份而被產生的雜訊之重置位準信號; 一組第二電容器’其用以取樣並且保持利用像素 部份中之光電轉換所得到之被檢測信號; 一組供取樣之連接開關,其控制在產生預定電位 以取樣以該預定電位作為參考之被檢測的信號之預定 電源供應以及該第二電容器之間的連接;以及 v 一組供讀取之連接開關,其依據在第二電容器和 · 第一電容器中被取樣並且被保持之電荷所得到的被檢 測信號和重置位準信號之間的差量而控制輸出信號的 讀取。 22
TW091137708A 2002-02-07 2002-12-27 Correlated double sampling circuit and CMOS image sensor including the same TW586315B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002030613A JP4251811B2 (ja) 2002-02-07 2002-02-07 相関二重サンプリング回路とこの相関二重サンプリング回路を備えたcmosイメージセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200303142A TW200303142A (en) 2003-08-16
TW586315B true TW586315B (en) 2004-05-01

Family

ID=27654751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW091137708A TW586315B (en) 2002-02-07 2002-12-27 Correlated double sampling circuit and CMOS image sensor including the same

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6977363B2 (zh)
EP (1) EP1343310B1 (zh)
JP (1) JP4251811B2 (zh)
KR (1) KR100864037B1 (zh)
CN (1) CN1242608C (zh)
TW (1) TW586315B (zh)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100411307B1 (ko) * 2002-03-12 2003-12-24 주식회사 하이닉스반도체 자동으로 리셋 전압을 제한하는 기능을 갖는 이미지센서및 이미지센서의 리셋 전압 자동 제어 방법
JP2005012752A (ja) * 2003-02-26 2005-01-13 Seiko Instruments Inc 信号処理回路、イメージセンサーicおよび信号処理方法
KR100523233B1 (ko) 2003-08-23 2005-10-24 삼성전자주식회사 씨모스 이미지 센서 및 이미지 센싱 방법
US7501669B2 (en) 2003-09-09 2009-03-10 Cree, Inc. Wide bandgap transistor devices with field plates
US7446806B2 (en) * 2003-12-19 2008-11-04 Symbol Technologies, Inc. Single chip, noise-resistant, one-dimensional, CMOS sensor for target imaging
JP2005303746A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 撮像装置
KR100644032B1 (ko) 2004-04-21 2006-11-10 매그나칩 반도체 유한회사 고속 아날로그신호 처리를 위한 cmos 이미지센서
JP2005312025A (ja) * 2004-04-21 2005-11-04 Magnachip Semiconductor Ltd 高速アナログ信号処理可能なcmosイメージセンサ
KR100585005B1 (ko) * 2004-05-06 2006-05-29 매그나칩 반도체 유한회사 셋틀링 타임을 줄인 시디에스 회로
KR100656666B1 (ko) 2004-09-08 2006-12-11 매그나칩 반도체 유한회사 이미지 센서
KR100660858B1 (ko) 2005-01-28 2006-12-26 삼성전자주식회사 선 블랙 현상을 방지하는 시모스 이미지 센서의 칼럼 adc
EP1902584B1 (en) * 2005-04-13 2011-11-09 Panasonic Corporation Resampling detection apparatus, resampling detection method, resampling apparatus, and resampling method
KR100775009B1 (ko) 2005-08-03 2007-11-09 한국과학기술원 상관 이중 샘플링 회로 및 이를 구비한 시모스 이미지 센서
KR100719370B1 (ko) * 2005-08-03 2007-05-17 삼성전자주식회사 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 씨모스 이미지센서, 그리고 씨모스 이미지 센서의 동작 방법
US7573519B2 (en) * 2005-10-26 2009-08-11 Eastman Kodak Company Method for correcting eclipse or darkle
KR100746197B1 (ko) * 2005-12-08 2007-08-06 삼성전자주식회사 공급 전원 및 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 이미지센서의 기준 전압 발생기, 칼럼 아날로그-디지털 변환장치, 이미지 센서, 및 칼럼 아날로그-디지털 변환방법
US7864229B2 (en) 2005-12-08 2011-01-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Analog to digital converting device and image pickup device for canceling noise, and signal processing method thereof
JP2007184368A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP4887079B2 (ja) * 2006-06-06 2012-02-29 富士フイルム株式会社 光電変換膜積層型固体撮像素子
US8203629B2 (en) * 2006-10-26 2012-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing apparatus and correction method
US20080122962A1 (en) * 2006-11-29 2008-05-29 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors with output noise reduction mechanisms
CN101197921B (zh) * 2006-12-07 2010-11-03 比亚迪股份有限公司 一种图像信号采样电路及其方法
JP4305507B2 (ja) * 2006-12-18 2009-07-29 ソニー株式会社 撮像装置およびカメラ
EP2075909A3 (en) 2007-12-26 2016-10-12 TPO Displays Corp. Current sampling method and circuit
TWI375465B (en) 2008-02-27 2012-10-21 Pixart Imaging Inc Correlation double sampling circuit for image sensor
JP5317591B2 (ja) * 2008-09-01 2013-10-16 キヤノン株式会社 撮像装置
CN101674416B (zh) * 2008-09-11 2012-01-04 深圳市奥尼克斯实业有限公司 一种低照度摄像机降低噪声提升增益的方法
KR101566406B1 (ko) * 2008-10-22 2015-11-16 삼성전자주식회사 이미지센서 불량검출방법 및 상기 방법을 사용하는 이미지센서
CN101742131B (zh) * 2008-11-25 2011-07-20 上海华虹Nec电子有限公司 Cmos图像传感器的光电转换器
JP5511203B2 (ja) * 2009-03-16 2014-06-04 キヤノン株式会社 撮像素子及び撮像装置
KR101029619B1 (ko) * 2009-12-30 2011-04-15 주식회사 하이닉스반도체 Cmos 이미지 센서
KR101241471B1 (ko) * 2011-04-11 2013-03-11 엘지이노텍 주식회사 픽셀, 픽셀 어레이, 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서 및 이미지센서의 구동방법
EP2579575A1 (en) * 2011-10-06 2013-04-10 FEI Company Method for acquiring data with an image sensor
CN104137421B (zh) * 2012-03-01 2016-09-28 株式会社尼康 A/d转换电路及固体成像装置
JP6459025B2 (ja) * 2014-07-07 2019-01-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 固体撮像装置
US20180098015A1 (en) * 2015-04-14 2018-04-05 Center For Integrated Smart Sensors Foundation Method and apparatus for embodying adc and pga using common amplifier
US9762824B2 (en) * 2015-12-30 2017-09-12 Raytheon Company Gain adaptable unit cell
WO2021138838A1 (zh) * 2020-01-08 2021-07-15 华为技术有限公司 一种图像读取电路、图像传感器以及终端设备
WO2024076130A1 (ko) * 2022-10-05 2024-04-11 삼성전자 주식회사 카메라를 포함하는 전자 장치

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06326933A (ja) * 1993-03-17 1994-11-25 Sharp Corp 撮像装置
JP3351192B2 (ja) * 1995-07-12 2002-11-25 富士ゼロックス株式会社 画像読取信号処理装置
US6166766A (en) * 1997-09-03 2000-12-26 Motorola, Inc. Sensing circuit for capturing a pixel signal
JP4098884B2 (ja) * 1998-07-08 2008-06-11 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
EP0986250B1 (en) * 1998-09-10 2004-03-17 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) Photodiode array
KR100434806B1 (ko) * 1999-10-05 2004-06-07 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 액티브 화소 센서를 갖는 시간 지연 적분 촬상 장치 및 방법
KR20020038047A (ko) * 2000-11-16 2002-05-23 윤종용 영상 신호 처리 장치의 오프셋 보정 회로
JP4187502B2 (ja) * 2002-07-25 2008-11-26 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 画質を向上させたイメージセンサ

Also Published As

Publication number Publication date
US20030146369A1 (en) 2003-08-07
CN1242608C (zh) 2006-02-15
JP4251811B2 (ja) 2009-04-08
EP1343310A3 (en) 2005-01-05
EP1343310A2 (en) 2003-09-10
TW200303142A (en) 2003-08-16
JP2003234962A (ja) 2003-08-22
KR20030067490A (ko) 2003-08-14
US6977363B2 (en) 2005-12-20
KR100864037B1 (ko) 2008-10-16
EP1343310B1 (en) 2013-03-27
CN1437392A (zh) 2003-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW586315B (en) Correlated double sampling circuit and CMOS image sensor including the same
JP2965777B2 (ja) 固体撮像装置
TW550942B (en) CMOS image sensor having chopper type comparator to perform analog correlated double sampling
TWI335076B (en) Physical quantity detecting device and imaging apparatus
US8125550B2 (en) Correlation double sampling circuit for image sensor
US20080018763A1 (en) Imaging device
US20030010896A1 (en) Image sensing apparatus capable of outputting image by converting resolution by adding and reading out a plurality of pixels, its control method, and image sensing system
US7116367B2 (en) Solid-state image pickup apparatus having a reset transistor controlled by an output line
EP0977427A2 (en) Signal processing apparatus
JP2006032374A (ja) 固体撮像装置
JP2001268443A (ja) Cmosイメージセンサーのアクティブピクセル回路
TW200906173A (en) Sample and hold circuits for CMOS imagers
CN110383823A (zh) 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法和电子设备
EP1677522A1 (en) Photo detecting apparatus
JP2001251558A (ja) 高感度cmos画像センサのためのインタレース型交互ピクセル設計
JP3563971B2 (ja) 信号処理装置及びそれを用いた撮像装置
US6414292B1 (en) Image sensor with increased pixel density
JP2000022118A (ja) 撮像装置
JP2005020483A (ja) 固体撮像装置およびその駆動方法
US7936388B2 (en) Apparatus and a method for low noise sensing
JP7419500B2 (ja) 撮像装置および内視鏡システム
JP2006060294A (ja) 固体撮像素子
JP2006237944A (ja) ノイズを低減したイメージセンサ
EP2254330A1 (en) Method and system for operating an image data collection device
US20120002091A1 (en) Solid-state image pickup device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees