WO2001001674A1 - Pixel reading electronic device in particular for matrix image sensor with active cmos pixels - Google Patents

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WO2001001674A1
WO2001001674A1 PCT/FR2000/001757 FR0001757W WO0101674A1 WO 2001001674 A1 WO2001001674 A1 WO 2001001674A1 FR 0001757 W FR0001757 W FR 0001757W WO 0101674 A1 WO0101674 A1 WO 0101674A1
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WO
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signal
column
pixel
switch
csig
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Application number
PCT/FR2000/001757
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French (fr)
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Yavuz Degerli
Jean Farre
Francis Lavernhe
Pierre Magnan
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Ecole Nationale Superieure De L'aeronautique Et De L'espace (Supaero)
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    • H04N25/78Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Definitions

  • the invention is in the field of electronic image acquisition devices. It relates more particularly to a device for reading the variation in electrical potential of each pixel receiving a light signal.
  • the invention lies in the field of light signal acquisition by photosensitive pixel. It can be used for many types of signal sensors, for example image signal in the visible, UV, infrared, X range, as well as pressure sensors or fingerprint reading, etc.
  • imager is used to denote an image sensor formed from a matrix of photosensitive pixels, which consist of a photosensitive detector alone or associated with transistors.
  • An imager usually has several thousand to several million pixels, the states of which under the effect of a light signal are transformed by a signal processing device into a final image which can be used, for example in a computer system before visualization and / or storage and printing.
  • one of the natural objectives is to improve the performance of the pixel signal acquisition chain, that is to say the electronic device which reads for each pixel the variation in potential at the output of the pixel, which results reception by said pixel of a certain number of photons (light signal).
  • FPN Field Noise Noise
  • Correlated Double Sampling (CDS) double sampling methods are conventionally used to: - remove the kT / C type noise from the node performing the charge voltage conversion in the pixel or at the output of the imager (often called "floating scattering"),
  • the CDS correlated double sampling method consists in first sampling the reference level Vref of the pixel to be read, then the signal level Vsig representative of the number of incident photons received by the pixel.
  • a first capacitor 2 (Cref) is preloaded, by means of a transistor forming a switch 4 (the term “switch” will be used interchangeably for such switches controlled in the rest of the description) controlled by an SHR signal.
  • This capacity 2 therefore serves to "memorize” the initial voltage value of the pixel Vref.
  • switch 13 (controlled by an RST signal), being then open, the charge-voltage conversion is carried out by a capacitor 3, the output voltage at point A changes to Vsig, and the difference Vref - Vsig is characteristic of the signal intensity received.
  • This potential is in turn stored in a second capacitance 5 Csig, by means of a second transistor forming a switch 6 controlled by a signal SHS.
  • the purpose of the reading chain is then to measure a potential difference ⁇ V which is a function of the difference between the reference signal Vref and the light level signal Vsig. It is desirable, as we understand, that this measurement be carried out in the least noisy possible, and as quickly as possible.
  • the components M1, M2, M'1, M'2 are PMOS transistors
  • Polarization transistors Mb and Mb ' charge of the amplifiers M1, M'1 are conventionally introduced into such output architectures of these PMOS follower blocks. They are common to all columns, and VLP is the voltage used to polarize them.
  • the disadvantages of this architecture are as follows. 1 /
  • the first drawback is that the non-uniformities of the threshold voltages of the transistors M1, M'1, Mb, M'b P channel of the follower blocks cause FPN noise. This column FPN noise is dominant in the total FPN noise of the imager.
  • DDS from the English Delta-Difference Sampling or Delta-Double Sampling: double sampling
  • Cref and Csig capacities between the signal outputs Vref and Vsig
  • Voutl and Vout2 must be sampled twice for each pixel.
  • CMOS active Pixel image sensors for highly integrated imaging Systems
  • IEEE Journal of Solid-State Circuits Vol 32, n ° 2, 1997, pp 187-197.
  • a reading method of this type can further reduce the pixel reading frequency by a factor of two.
  • CDS correlated double sampling architectures have been proposed in the literature for CCD (Charge Coupled Device) type sensors and infrared imagers.
  • CDS correlated double sampling architectures with multiple buffers (buffers) and amplifiers are not applicable for CMOS active pixel imagers.
  • CMOS active pixel imagers require one CDS circuit per column, and such circuits still create FPN noise.
  • CMOS imagers of the photodiodes type have been used for CMOS imagers of the photodiodes type.
  • the object of the present invention is therefore to propose a new measurement chain for the pixel potential difference (a new correlated double sampling circuit for CMOS active pixel image acquisition matrix), which overcomes the preceding drawbacks, and in particular which reduces the measurement noise and the number of components required.
  • this device allows a much faster measurement of the pixels, and this speed gain is preferably even more significant in the case of matrices comprising a high number of pixels.
  • a new circuit of CDS type is proposed, which can be used for a CMOS active pixel imager. This device minimizes FPN noise sources and the number of active components necessary for reading pixels.
  • the invention provides an electronic device for reading pixels from an image matrix sensor, in particular for a CMOS type active pixel sensor, said sensor comprising N rows and M columns of active pixels, characterized in that it comprises signal acquisition means, adapted to send directly, for each pixel of each column, to an output bus a signal representative of the potential difference between a reference signal Vref and a light level signal Vsig of this pixel the signal acquisition means being constituted by switches and capacitors. This potential difference is proportional to the light energy incident on the pixel.
  • the signal acquisition means comprise for each column at the output of the column bus according to FIG. 3:
  • the device comprises a single output buffer / amplifier, common to all the columns of the sensor.
  • the invention relates in another aspect to a method of reading pixels from an image matrix sensor, in particular for a CMOS type active pixel sensor, said sensor comprising N rows and M columns of active pixels, characterized in that it involves the following steps:
  • FIG. 1 is a simplified diagram of a conventional acquisition chain for measuring the voltage at the output of an active pixel of the prior art
  • FIG. 2 is a more complete diagram of this same circuit of the prior art
  • FIG. 3 schematically represents an assembly in accordance with the invention
  • FIG. 4 represents the mounting of an output buffer / amplifier
  • FIG. 5 is an example of a timing diagram of the levels of the different control and output signals of a circuit as a function of time, according to the invention.
  • FIG. 3 shows a circuit according to the invention comprising a single output buffer / amplifier 14, common to all the columns of an imager.
  • the assembly has two capacities 2 Cref and 5 Csig which are chosen of equal value, Cs being the common value of Cref and Csig.
  • a first switch 4 (also denoted sw1) controlled by a signal SHR, making it possible to charge the capacity 2 Cref mounted between a point B and the ground, and in parallel, a second switch 6 (also denoted sw2), controlled by a SHS signal, making it possible to charge the capacity 5 Csig (floating capacity) mounted between points C and D.
  • a third switch 15 for selecting the column read Xi (also noted sw3) is disposed between the terminals B, C of the capacitors 2 Cref, 5 Csig.
  • a fourth switch 16 (also noted sw4) controlled by the SHS signal is inserted at point D between the capacity 2 Csig and the ground, and in parallel with this fourth switch 16, a fifth switch 17
  • the circuit is produced by a process known as SLP / DLM in 0.7 CM CMOS technology.
  • the circuit is very sensitive to the influence of the capacity of the output bus 18, if a voltage amplifier is used for the output amplifier 14.
  • the switches used for the realization of the circuit are MOS transistors of channel-N type.
  • CMOS technology does not allow the substrate of channel-N MOS transistors to be connected to their source.
  • the substrates of the transistors 17 sw5 are connected to ground, which creates a non-zero capacity C BS (source substrate).
  • the total stray capacitance Cp of the columns is represented in FIG. 3 by a stray capacitance 19, illustrated inserted upstream of the output amplifier 14.
  • the value of this stray capacitance 19 Cp being able to reach several picofarads, it is likely to reduce the circuit performance.
  • a charge amplifier serves as an output buffer / amplifier 14.
  • the output bus 18 is maintained at a reference voltage Vbus.
  • the stray capacitance 19 Cp is always charged at the voltage Vbus, whatever the value of the stray capacitance Cp.
  • a capacity C 20 is mounted in parallel with an output amplifier 22, and with a switch 21 controlled by an RST signal. To have a gain greater than unity, the value of the capacitance C is chosen such that C ⁇ Cs / 2. Note that in this arrangement, the circuit is compatible with existing imagers with regard to the control signals used: SHR, SHS, X1 ... XM, RST etc.
  • the operating mode of the circuit is then substantially similar to that of a conventional CDS correlated double sampling type imager. It is illustrated by FIG. 5.
  • the reference value Vref is sampled first by closing the switches 4 controlled by the signal SHR and stored in capacity 2 Cref of each corresponding column. After this operation, the switches 4 are open. Then the value of the signal Vsig is sampled, for all these pixels, and stored in the capacity 5 Csig of each corresponding column, by closing the switches 6 and 16 controlled by the signal SHS. This is illustrated by the fourth line in Figure 5.
  • the 20 C capacity is short-circuited before each transfer by closing the switch 21 controlled by the RST signal. This is illustrated by the sixth line in Figure 5.
  • Vout (-Cs / 2C) * (Vref- Vsig) +2 * Vbus
  • the capacitors Cref and Csig are first charged independently for the signals Vreg and Vsig respectively, then said consensors are then put in series so as to obtain a signal representative of the difference (Vref-Vsig ).
  • the device according to the invention then provides several advantages.
  • the proposed CDS correlated double sampling circuit is simple. It only has two capacities (Cref, Csig) and five switches (sw1 to sw5) per column, a single output, and a single output buffer / amplifier block 14, common to all the columns. As there is only one buffer / amplifier common to all the columns, no column FPN spatial noise is created in the previous devices by the P-channel MOS trackers
  • the elimination of the PMOS type column trackers makes it possible to significantly reduce the area occupied by the components and therefore of the matrix image sensor.
  • the response time and the gain of the circuit are not very sensitive to the number of columns of the imager, and it is therefore particularly suitable for large imagers.
  • the larger the size of the matrix sensor the more device of the invention provides a significant advantage. Only one sample is required to read each signal from each pixel, which compares very favorably to the prior DDS technique, which requires an output subtractor.
  • the response time is therefore essentially limited by the output amplifier. Since this is unique, it can be chosen to be optimized to provide good performance, without unduly penalizing the manufacturing cost of the circuit. We finally obtained here both a reduction of the spatial noise FPN (asymmetry of the reading chains), and of the temporal noise of measurement.
  • the invention also applies to circuits for reading matrix sensors of all kinds, and not only to matrix imagers with active pixels (APS sensors), which widens its field of use.
  • APS sensors active pixels
  • the amplifier shown in FIG. 4 can be replaced by other charge amplifiers, which fix the voltage of bus 18.
  • a non-inverting configuration of the circuit can be obtained by permuting the sampling signals SHS and SHR (FIG. 3).

Abstract

The invention concerns an electronic device for reading pixels of a matrix image sensor, in particular for a sensor with active CMOS-type pixels, said sensor comprising N lines and M columns of active pixels (1). The invention is characterised in that it comprises signal acquisition means, adapted to send directly, for each pixel (1) of each column, on an output bus (18) a signal representing the potential difference between a reference signal Vref and a light level signal Vsig of said pixel (1).

Description

"Dispositif électronique de lecture de pixels, notamment pour capteur d'images matriciel à pixels actifs CMOS" "Electronic pixel reading device, in particular for a CMOS active pixel matrix image sensor"
L'invention est du domaine des dispositifs électroniques d'acquisition d'images. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de lecture de la variation de potentiel électrique de chaque pixel recevant un signal lumineux.The invention is in the field of electronic image acquisition devices. It relates more particularly to a device for reading the variation in electrical potential of each pixel receiving a light signal.
L'invention se situe dans le domaine de l'acquisition de signal lumineux par pixel photosensible. Elle est utilisable pour de nombreux types de capteurs de signal, par exemple signal d'image dans le domaine visible, UV, infrarouge, X, autant que capteurs de pression ou lecture d'empreintes digitales etc.The invention lies in the field of light signal acquisition by photosensitive pixel. It can be used for many types of signal sensors, for example image signal in the visible, UV, infrared, X range, as well as pressure sensors or fingerprint reading, etc.
Dans la suite de la description, on utilise le terme d'imageur pour désigner un capteur d'images formé d'une matrice de pixels photosensibles, lesquels sont constitués d'un détecteur photosensible seul ou associé à des transistors.In the following description, the term imager is used to denote an image sensor formed from a matrix of photosensitive pixels, which consist of a photosensitive detector alone or associated with transistors.
Un imageur compte usuellement de plusieurs milliers à plusieurs millions de pixels, dont les états sous l'effet d'un signal lumineux sont transformés par un dispositif de traitement de signal en image finale utilisable, par exemple dans un système informatique avant visualisation et / ou mémorisation et impression.An imager usually has several thousand to several million pixels, the states of which under the effect of a light signal are transformed by a signal processing device into a final image which can be used, for example in a computer system before visualization and / or storage and printing.
Pour ces dispositifs, un des objectifs naturels est d'améliorer les performances de la chaîne d'acquisition du signal des pixels, c'est à dire le dispositif électronique qui vient lire pour chaque pixel la variation de potentiel en sortie du pixel, qui résulte de la réception par ledit pixel d'un certain nombre de photons (signal lumineux).For these devices, one of the natural objectives is to improve the performance of the pixel signal acquisition chain, that is to say the electronic device which reads for each pixel the variation in potential at the output of the pixel, which results reception by said pixel of a certain number of photons (light signal).
Un des bruits de l'image, connu sous le nom de bruit spatial ou FPN (Fixed Pattern Noise), est actuellement un des problèmes majeurs des senseurs d'images, notamment à pixels actifs CMOS.One of the image noises, known as spatial noise or FPN (Fixed Pattern Noise), is currently one of the major problems of image sensors, in particular active CMOS pixels.
Des méthodes de lecture à double échantillonnage corrélé dites CDS (de l'anglais Correlated Double Sampling) sont classiquement utilisées pour : - supprimer le bruit de type kT/C du nœud réalisant la conversion charge tension dans le pixel ou à la sortie de l'imageur (souvent dénommée "diffusion flottante"),Correlated Double Sampling (CDS) double sampling methods are conventionally used to: - remove the kT / C type noise from the node performing the charge voltage conversion in the pixel or at the output of the imager (often called "floating scattering"),
- supprimer le bruit FPN dû aux non-uniformités des transistors des amplificateurs internes aux pixels,- suppress FPN noise due to non-uniformities of the transistors of the internal amplifiers to the pixels,
- et réduire le bruit basse fréquence engendré par les transistors MOS utilisés pour la lecture ou le transfert du signal électrique.- and reduce the low frequency noise generated by the MOS transistors used for reading or transferring the electrical signal.
Le procédé à double échantillonnage corrélé CDS consiste à échantillonner d'abord le niveau de référence Vref du pixel à lire, puis le niveau de signal Vsig représentatif du nombre de photons incidents reçus par le pixel.The CDS correlated double sampling method consists in first sampling the reference level Vref of the pixel to be read, then the signal level Vsig representative of the number of incident photons received by the pixel.
Après cette opération, une opération de différence est réalisée sur ces deux signaux, par méthode matérielle ou logicielle connue de l'homme de l'art, qui fournit une tension électrique proportionnelle au nombre de photons incidents.After this operation, a difference operation is carried out on these two signals, by hardware or software method known to those skilled in the art, which provides an electrical voltage proportional to the number of incident photons.
L'architecture classique de lecture dans le procédé CDS, telle qu'utilisée dans la plupart des senseurs d'images à pixels actifs, est illustrée par la figure 1.The classic reading architecture in the CDS process, as used in most active pixel image sensors, is illustrated in Figure 1.
Elle comporte, pour chaque colonne, deux blocs principaux [interrupteur - capacité - suiveur] 10R, 10S, destinés à échantillonner et mémoriser les signaux de référence Vref et de niveau lumineux Vsig. Plus précisément, dans une architecture classique à double échantillonnage corrélé CDS de lecture de pixels, tel qu'illustrée à la figure 1 pour une colonne unique, on observe initialement, juste après avoir fermé puis ouvert un interrupteur commandé (switch) 13 commandé par un signal RST, en sortie d'un pixel actif 1 de type CMOS une tension Vref au point A (le pixel étant alimenté par une tension VDD).It comprises, for each column, two main blocks [switch - capacity - follower] 10R, 10S, intended to sample and store the reference signals Vref and light level Vsig. More precisely, in a conventional architecture with double correlated sampling CDS of pixel reading, as illustrated in FIG. 1 for a single column, we observe initially, just after having closed then opened a controlled switch (switch) 13 controlled by a signal RST, at the output of an active pixel 1 of CMOS type a voltage Vref at point A (the pixel being supplied by a voltage V DD ).
Dans cet état initial, une première capacité 2 (Cref) est préchargée, par l'intermédiaire d'un transistor formant interrupteur 4 (on utilisera indifféremment le terme de "switch" pour de tels interrupteurs commandés dans le reste de la description) commandé par un signal SHR. Cette capacité 2 sert donc à "mémoriser" la valeur de tension initiale du pixel Vref.In this initial state, a first capacitor 2 (Cref) is preloaded, by means of a transistor forming a switch 4 (the term "switch" will be used interchangeably for such switches controlled in the rest of the description) controlled by an SHR signal. This capacity 2 therefore serves to "memorize" the initial voltage value of the pixel Vref.
Lorsque le pixel 1 a été soumis à un signal lumineux, le switch 13 (commandé par un signal RST), étant alors ouvert, la conversion charge- tension est réalisée par une capacité 3, la tension en sortie au point A passe à Vsig, et l'écart Vref - Vsig est caractéristique de l'intensité du signal reçu.When pixel 1 has been subjected to a light signal, switch 13 (controlled by an RST signal), being then open, the charge-voltage conversion is carried out by a capacitor 3, the output voltage at point A changes to Vsig, and the difference Vref - Vsig is characteristic of the signal intensity received.
Ce potentiel est à son tour mémorisé dans une seconde capacité 5 Csig, par l'intermédiaire d'un second transistor formant interrupteur 6 commandé par un signal SHS.This potential is in turn stored in a second capacitance 5 Csig, by means of a second transistor forming a switch 6 controlled by a signal SHS.
Le but de la chaîne de lecture est alors de mesurer une différence de potentiel ΔV fonction de la différence entre le signal de référence Vref et le signal de niveau lumineux Vsig. II est souhaitable, comme on le comprend, que cette mesure soit effectuée de façon la moins bruitée possible, et le plus rapidement possible.The purpose of the reading chain is then to measure a potential difference ΔV which is a function of the difference between the reference signal Vref and the light level signal Vsig. It is desirable, as we understand, that this measurement be carried out in the least noisy possible, and as quickly as possible.
Dans les dispositifs actuellement utilisés (figure 1 ), la mesure de cette différence de potentiel est effectuée "à l'extérieur" du dispositif que l'on vient de décrire, après passage des signaux Vref et Vsig dans des amplis commandés 7, 8, formant ainsi les signaux notés respectivement Voutl et Vout2.In the devices currently used (FIG. 1), the measurement of this potential difference is carried out "outside" the device which has just been described, after passing the signals Vref and Vsig in controlled amplifiers 7, 8, thus forming the signals denoted Voutl and Vout2 respectively.
Le fait d'ajouter des suiveurs (figure 2 : amplificateurs M1 , M'1 , interrupteurs M2, M'2) aux blocs 10R, 10S pour chaque colonne introduit naturellement des dissymétries et est donc source d'erreurs de mesure sur la différence de potentiel ΔV de chaque pixel. Le bruit ainsi généré sur le signal finalement utilisable contribue au bruit connu de l'homme du métier sous le nom de bruit spatial colonne ou FPN colonne (de l'anglais Fixed Pattern Noise), non éliminé par la lecture CDSAdding followers (Figure 2: amplifiers M1, M'1, switches M2, M'2) to blocks 10R, 10S for each column naturally introduces asymmetries and is therefore a source of measurement errors on the difference of potential ΔV of each pixel. The noise thus generated on the finally usable signal contributes to the noise known to a person skilled in the art under the name of column spatial noise or FPN column (from the English Fixed Pattern Noise), not eliminated by CDS reading.
Par ailleurs, du fait du procédé de lecture qui se fait classiquement colonne par colonne dans une matrice de pixels comprenant N lignes x M colonnes (par exemple 512 x 512), un tel montage doit être disposé en sortie de chaque colonne de pixels (figure 2), et fait intervenir un grand nombre de composants, consommateurs de place, laquelle est évidemment très restreinte sur une matrice de pixels. Un tel montage est représenté à la figure 2 (dans laquelle les colonnes numérotées de 1 à M sont illustrées par les lignes diagonales pointillées). Dans ce montage, on comprend que, pour chaque colonne de pixels actifs, et par exemple pour la première colonne, toutes les sorties de pixels actifs 1 aboutissent par un bus adapté au point A. Lorsque la colonne 1 est "lue", les interrupteurs commandés par le signal X1 (signal de sélection de la colonne 1 ) sont fermés simultanément, alors qu'ils sont ouverts lorsque l'une quelconque des autres colonnes est en cours de lecture.Furthermore, due to the reading process which is conventionally carried out column by column in a pixel matrix comprising N rows x M columns (for example 512 × 512), such an arrangement must be arranged at the output of each column of pixels (FIG. 2), and involves a large number of components, consuming space, which is obviously very limited on a pixel matrix. Such an arrangement is represented in FIG. 2 (in which the columns numbered from 1 to M are illustrated by the diagonal lines dotted). In this arrangement, it is understood that, for each column of active pixels, and for example for the first column, all the outputs of active pixels 1 terminate by a bus adapted to point A. When column 1 is "read", the switches controlled by signal X1 (column 1 selection signal) are closed simultaneously, while they are open when any of the other columns are being read.
De cette manière, une seule colonne à la fois fournit les valeurs de sortie Voutl et Vout2, et, les pixels étant lus l'un après l'autre, chaque pixel est lu à son tour. Dans cette illustration, les composants M1 , M2, M'1 , M'2 sont des transistors PMOSIn this way, only one column at a time provides the output values Voutl and Vout2, and, the pixels being read one after the other, each pixel is read in turn. In this illustration, the components M1, M2, M'1, M'2 are PMOS transistors
Des transistors Mb et Mb' de polarisation (charge des amplificateurs M1 , M'1 ) sont classiquement introduits dans de telles architectures de sortie de ces blocs suiveurs PMOS. Ils sont communs à toutes les colonnes, et VLP est la tension permettant de les polariser.Polarization transistors Mb and Mb '(charge of the amplifiers M1, M'1) are conventionally introduced into such output architectures of these PMOS follower blocks. They are common to all columns, and VLP is the voltage used to polarize them.
Les inconvénients de cette architecture sont alors les suivants. 1/ Le premier inconvénient est que les non uniformités des tensions de seuil des transistors M1 , M'1 , Mb, M'b canal P des blocs suiveurs provoquent un bruit FPN. Ce bruit FPN colonne est dominant dans le bruit FPN total de l'imageur.The disadvantages of this architecture are as follows. 1 / The first drawback is that the non-uniformities of the threshold voltages of the transistors M1, M'1, Mb, M'b P channel of the follower blocks cause FPN noise. This column FPN noise is dominant in the total FPN noise of the imager.
Une technique destinée à traiter ce problème de bruit FPN colonne a été proposée. Cette technique dite DDS (de l'anglais Delta-Difference Sampling ou Delta-Double Sampling : double échantillonnage) , et décrite par exemple par l'auteur américain Mendis, utilise une technique dite "crow-bar" (matérialisée par le bloc 9 figure 2 : bloc entouré en pointillés) introduit en parallèle des capacités Cref et Csig (entre les sorties de signal Vref et Vsig).A technique to deal with this column FPN noise problem has been proposed. This technique called DDS (from the English Delta-Difference Sampling or Delta-Double Sampling: double sampling), and described for example by the American author Mendis, uses a technique called "crow-bar" (materialized by block 9 figure 2: block surrounded by dotted lines) introduced in parallel with the Cref and Csig capacities (between the signal outputs Vref and Vsig).
Dans ce dispositif, la détermination la plus précise de la différence de potentiel ΔV oblige à réaliser deux mesures successives car les signauxIn this device, the most precise determination of the potential difference ΔV requires two successive measurements because the signals
Voutl et Vout2 doivent être échantillonnés deux fois pour chaque pixel. On pourra se référer sur ce point au document de S.K. Mendis, S.E.Voutl and Vout2 must be sampled twice for each pixel. We can refer on this point to the document by S.K. Mendis, H.E.
Kemeny & al. ("CMOS active Pixel image sensors for highly integrated imaging Systems", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 32, n° 2, 1997, pp 187-197).Kemeny & al. ("CMOS active Pixel image sensors for highly integrated imaging Systems ", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 32, n ° 2, 1997, pp 187-197).
Dans le cas de matrices de grande taille, le nombre de mesures devient considérable, et pénalise donc la vitesse maximale de lecture des pixels. II est clair que le bruit FPN dû à la dissymétrie est éliminé (puisque l'on mesure successivement par les deux chaînes). Par contre, la contribution du bruit temporel de la chaîne elle-même est doublé, du fait de la double mesure.In the case of large matrices, the number of measurements becomes considerable, and therefore penalizes the maximum reading speed of the pixels. It is clear that the FPN noise due to the asymmetry is eliminated (since it is measured successively by the two chains). On the other hand, the contribution of the temporal noise of the chain itself is doubled, due to the double measurement.
Un procédé de lecture de ce type peut réduire par ailleurs la fréquence de lecture de pixels d'un facteur deux.A reading method of this type can further reduce the pixel reading frequency by a factor of two.
De plus, les puissances de bruit temporel générées par ces circuits ou amplis suiveurs ne sont pas corrélées, ce qui double leur contribution totale à la puissance de bruit.In addition, the temporal noise powers generated by these follower circuits or amplifiers are not correlated, which doubles their total contribution to the noise power.
Enfin, cette solution introduit encore un grand nombre de composants sur la matrice, ce qui constitue un inconvénient significatif alors que la tendance est aujourd'hui à la réduction de taille des matrices .de capteurs.Finally, this solution still introduces a large number of components onto the matrix, which constitutes a significant drawback while the trend today is to reduce the size of the sensor matrices.
2/ Par ailleurs, la présence de M blocs du type M1 , M2, M'1 , M'2 non actifs en parallèle sur les sorties Voutl et Vout2 entraîne une capacité parasite importante. Celle-ci empêche la lecture rapide des grandes matrices.2 / Furthermore, the presence of M blocks of the type M1, M2, M'1, M'2 which are not active in parallel on the outputs Voutl and Vout2 gives rise to a large parasitic capacity. This prevents fast reading of large matrices.
De nombreuses architectures à double échantillonnage corrélé CDS ont été proposées dans la littérature pour des capteurs de type CCD (Charge Coupled Device) et des imageurs infrarouges.Many CDS correlated double sampling architectures have been proposed in the literature for CCD (Charge Coupled Device) type sensors and infrared imagers.
Cependant, les architectures à double échantillonnage corrélé CDS à multiples buffers (blocs de mémoire tampon) et amplificateurs ne sont pas applicables pour les imageurs à pixels actifs CMOS.However, CDS correlated double sampling architectures with multiple buffers (buffers) and amplifiers are not applicable for CMOS active pixel imagers.
En effet, les imageurs à pixels actifs CMOS nécessitent un circuit CDS par colonne, et de tels circuits créent encore un bruit FPN.CMOS active pixel imagers require one CDS circuit per column, and such circuits still create FPN noise.
D'autres architectures ont été utilisées pour des imageurs à CMOS de type photodiodes. On peut citer par exemple dans ce domaine : "A single chip CMOS 306 x 244 pixel NTSC video caméra and a descendant coprocessor device", par Smith, Hurwitz, Torrie, Baxter, Murray, Likoudis, Holmes, Panaghiston, Henderson, Anderson, Denyer et Renshaw, paru dans IEEE Journal of Solid State circuits Vol 33 n° 12 de 1998. De même, l'article "Off-set free correction for active pixel sensors" Dierickx, Meynants et Scheffer, paru dans Proc. IEEE 1997 Workshop on CCD's and advanced image sensors (1997).Other architectures have been used for CMOS imagers of the photodiodes type. We can cite for example in this area: "A single chip CMOS 306 x 244 pixel NTSC video camera and a descending coprocessor device ", by Smith, Hurwitz, Torrie, Baxter, Murray, Likoudis, Holmes, Panaghiston, Henderson, Anderson, Denyer and Renshaw, published in IEEE Journal of Solid State circuits Vol 33 no.12 of 1998. Likewise, the article "Off-set free correction for active pixel sensors" Dierickx, Meynants and Scheffer, published in Proc. IEEE 1997 Workshop on CCD's and advanced image sensors (1997).
La présente invention a donc pour but de proposer une nouvelle chaîne de mesure de la différence de potentiel des pixels (un nouveau circuit à double échantillonnage corrélé pour matrice d'acquisition d'image à pixels actifs CMOS), qui remédie aux inconvénients précédents, et en particulier qui réduit le bruit de mesure et le nombre de composants nécessaires.The object of the present invention is therefore to propose a new measurement chain for the pixel potential difference (a new correlated double sampling circuit for CMOS active pixel image acquisition matrix), which overcomes the preceding drawbacks, and in particular which reduces the measurement noise and the number of components required.
Avantageusement, ce dispositif permet une mesure beaucoup plus rapide des pixels, et ce gain de vitesse est de préférence encore plus significatif dans le cas de matrices comprenant un nombre de pixels élevé. Dans la présente invention, un nouveau circuit de type CDS est proposé, qui est utilisable pour un imageur à pixels actifs CMOS. Ce dispositif minimise les sources de bruit FPN et le nombre de composants actifs nécessaires à la lecture des pixels.Advantageously, this device allows a much faster measurement of the pixels, and this speed gain is preferably even more significant in the case of matrices comprising a high number of pixels. In the present invention, a new circuit of CDS type is proposed, which can be used for a CMOS active pixel imager. This device minimizes FPN noise sources and the number of active components necessary for reading pixels.
L'invention propose à cet effet un dispositif électronique de lecture de pixels d'un capteur matriciel d'images, notamment pour capteur à pixels actifs de type CMOS, ledit capteur comportant N lignes et M colonnes de pixels actifs, caractérisé en ce que il comporte des moyens d'acquisition de signal, adaptés à envoyer directement, pour chaque pixel de chaque colonne, sur un bus de sortie un signal représentatif de la différence de potentiel entre un signal de référence Vref et un signal de niveau lumineux Vsig de ce pixel les moyens d'acquisition de signal étant constitués par des switchs et des capacités. Cette différence de potentiel est proportionnelle à l'énergie lumineuse incidente sur le pixel.To this end, the invention provides an electronic device for reading pixels from an image matrix sensor, in particular for a CMOS type active pixel sensor, said sensor comprising N rows and M columns of active pixels, characterized in that it comprises signal acquisition means, adapted to send directly, for each pixel of each column, to an output bus a signal representative of the potential difference between a reference signal Vref and a light level signal Vsig of this pixel the signal acquisition means being constituted by switches and capacitors. This potential difference is proportional to the light energy incident on the pixel.
Cette disposition permet de réduire le bruit de mesure, et en particulier le bruit dû à une dissymétrie des chaînes de mesure des signaux de référence et de niveau lumineux. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens d'acquisition de signal comportent pour chaque colonne à la sortie du bus de colonne selon la figure 3 :This arrangement makes it possible to reduce the measurement noise, and in particular the noise due to an asymmetry of the measurement chains of the reference and light level signals. According to a preferred embodiment of the invention, the signal acquisition means comprise for each column at the output of the column bus according to FIG. 3:
- un premier switch commandé par un signal SHR, permettant de charger une capacité Cref reliée à la masse,- a first switch controlled by a SHR signal, making it possible to charge a Cref capacity connected to ground,
- un second switch commandé par un signal SHS, permettant de charger une capacité flottante Csig,- a second switch controlled by a SHS signal, making it possible to charge a floating capacity Csig,
- un troisième switch commandé par un signal Xi de sélection de la colonne lue, disposé entre les bornes des capacités Cref, Csig, - un quatrième switch commandé par le signal SHS, inséré en aval entre la capacité Csig et la masse,- a third switch controlled by a signal Xi for selecting the column read, disposed between the terminals of the Cref, Csig capacities, - a fourth switch controlled by the SHS signal, inserted downstream between the Csig capacity and the ground,
- et un cinquième switch, commandé par le signal Xi de sélection de colonne lue, monté en aval entre la capacité flottante Csig et un bus de sortie de signal. Selon le mode de réalisation préféré, le dispositif comporte un seul buffer / amplificateur de sortie, commun à toutes les colonnes du capteur.- And a fifth switch, controlled by the column selection signal Xi read, mounted downstream between the floating capacity Csig and a signal output bus. According to the preferred embodiment, the device comprises a single output buffer / amplifier, common to all the columns of the sensor.
Ces dispositions sont favorables à une économie de moyens très importante dans la réalisation pratique du dispositif .These provisions are favorable to a very significant saving of resources in the practical realization of the device.
L'invention vise sous un autre aspect un procédé de lecture de pixels d'un capteur matriciel d'images, notamment pour capteur à pixels actifs de type CMOS, ledit capteur comportant N lignes et M colonnes de pixels actifs, caractérisé en ce que il comporte des étapes suivantes :The invention relates in another aspect to a method of reading pixels from an image matrix sensor, in particular for a CMOS type active pixel sensor, said sensor comprising N rows and M columns of active pixels, characterized in that it involves the following steps:
1/ dans chaque colonne, pour le pixel dont le signal est sélectionné sur un bus d'entrée, une valeur de référence Vref est échantillonnée en premier lieu et mémorisée dans une capacité Cref de chaque colonne correspondante,1 / in each column, for the pixel whose signal is selected on an input bus, a reference value Vref is sampled first and stored in a capacity Cref of each corresponding column,
2/ puis une valeur du signal Vsig est échantillonnée, pour chaque même pixel, et stockée dans une capacité flottante Csig de chaque colonne correspondante,2 / then a value of the signal Vsig is sampled, for each same pixel, and stored in a floating capacity Csig of each corresponding column,
3/ puis, colonne par colonne, Cref et Csig sont connectés en série grâce à un switch de manière à obtenir par leur décharge simultanée sur le bus de sortie via un switch un signal représentatif de la différence (Vref-Vsig) qui est alors amplifié dans un buffer / amplifiateur.3 / then, column by column, Cref and Csig are connected in series thanks to a switch so as to obtain by their simultaneous discharge on the output bus via a switch a signal representative of the difference (Vref-Vsig) which is then amplified in a buffer / amplifier.
On comprend que ce procédé permet une lecture de chaque pixel en trois étapes seulement.It is understood that this method allows a reading of each pixel in only three steps.
La description ci-après et le dessin annexé d'un mode préféré de réalisation de l'invention permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. Il est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif.The description below and the appended drawing of a preferred embodiment of the invention will make it possible to better understand the aims and advantages of the invention. It is clear that this description is given by way of example, and is not limiting.
- la figure 1 est un schéma simplifié d'une chaîne d'acquisition classique de mesure de tension en sortie de pixel actif de l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma plus complet de ce même circuit de l'art antérieur,FIG. 1 is a simplified diagram of a conventional acquisition chain for measuring the voltage at the output of an active pixel of the prior art, FIG. 2 is a more complete diagram of this same circuit of the prior art,
- la figure 3 représente de façon schématique un montage conforme à l'invention,FIG. 3 schematically represents an assembly in accordance with the invention,
- la figure 4 représente le montage d'un buffer / amplificateur de sortie, etFIG. 4 represents the mounting of an output buffer / amplifier, and
- la figure 5 est un exemple de chronogramme des niveaux des différents signaux de commande et de sortie d'un circuit en fonction du temps, selon l'invention.- Figure 5 is an example of a timing diagram of the levels of the different control and output signals of a circuit as a function of time, according to the invention.
La figure 3 montre un circuit selon l'invention comportant un seul buffer / amplificateur de sortie 14, commun à toutes les colonnes d'un imageur. Le montage possède deux capacités 2 Cref et 5 Csig qui sont choisies de valeur égale, Cs étant la valeur commune de Cref et Csig.FIG. 3 shows a circuit according to the invention comprising a single output buffer / amplifier 14, common to all the columns of an imager. The assembly has two capacities 2 Cref and 5 Csig which are chosen of equal value, Cs being the common value of Cref and Csig.
Plus précisément, pour chaque colonne, on retrouve, de façon analogue à l'architecture CDS classique un premier switch 4 (également noté sw1 ) commandé par un signal SHR, permettant de charger la capacité 2 Cref montée entre un point B et la masse, et en parallèle, un second switch 6 (également noté sw2), commandé par un signal SHS, permettant de charger la capacité 5 Csig (capacité flottante) montée entre des points C et D.More precisely, for each column, there is, in a manner analogous to the conventional CDS architecture, a first switch 4 (also denoted sw1) controlled by a signal SHR, making it possible to charge the capacity 2 Cref mounted between a point B and the ground, and in parallel, a second switch 6 (also denoted sw2), controlled by a SHS signal, making it possible to charge the capacity 5 Csig (floating capacity) mounted between points C and D.
Dans le montage décrit ici à titre d'exemple non limitatif, un troisième switch 15 de sélection de la colonne lue Xi (également noté sw3) est disposé entre les bornes B, C des capacités 2 Cref, 5 Csig. Par ailleurs, un quatrième switch 16 (également noté sw4) commandé par le signal SHS est inséré au point D entre la capacité 2 Csig et la masse, et en parallèle avec ce quatrième switch 16, un cinquième switch 17In the assembly described here by way of nonlimiting example, a third switch 15 for selecting the column read Xi (also noted sw3) is disposed between the terminals B, C of the capacitors 2 Cref, 5 Csig. In addition, a fourth switch 16 (also noted sw4) controlled by the SHS signal is inserted at point D between the capacity 2 Csig and the ground, and in parallel with this fourth switch 16, a fifth switch 17
(également noté sw5), commandé par un signal Xi de sélection de colonne, est introduit entre le point D et un bus 18 de sortie de signal.(also noted sw5), controlled by a column selection signal Xi, is introduced between point D and a signal output bus 18.
Dans un exemple décrit ici à titre purement indicatif et nullement limitatif, le circuit est réalisé par procédé dit SLP/DLM en technologie CMOS 0,7 microns.In an example described here for purely indicative and in no way limitative, the circuit is produced by a process known as SLP / DLM in 0.7 CM CMOS technology.
Le circuit est très sensible à l'influence de la capacité du bus de sortie 18, si on utilise pour amplificateur de sortie 14 un amplificateur de tension.The circuit is very sensitive to the influence of the capacity of the output bus 18, if a voltage amplifier is used for the output amplifier 14.
En effet, les switchs utilisés pour la réalisation du circuit sont des transistors MOS de type canal-N. Dans ce cas, la technologie CMOS ne permet pas de connecter le substrat des transistors MOS canal-N à leur source. De ce fait, les substrats des transistors 17 sw5 sont connectés à la masse, ce qui crée une capacité CBS (substrat source) non nulle.Indeed, the switches used for the realization of the circuit are MOS transistors of channel-N type. In this case, CMOS technology does not allow the substrate of channel-N MOS transistors to be connected to their source. As a result, the substrates of the transistors 17 sw5 are connected to ground, which creates a non-zero capacity C BS (source substrate).
La capacité parasite Cp totale des colonnes est représentée sur la figure 3 par une capacité parasite 19, illustrée insérée en amont de l'amplificateur de sortie 14. La valeur de cette capacité parasite 19 Cp pouvant atteindre plusieurs picofarads, elle est susceptible de réduire la performance du circuit.The total stray capacitance Cp of the columns is represented in FIG. 3 by a stray capacitance 19, illustrated inserted upstream of the output amplifier 14. The value of this stray capacitance 19 Cp being able to reach several picofarads, it is likely to reduce the circuit performance.
Pour résoudre ce problème, un amplificateur de charge, tel qu'illustré par la figure 4, sert de buffer / amplificateur de sortie 14.To solve this problem, a charge amplifier, as illustrated in FIG. 4, serves as an output buffer / amplifier 14.
Dans ce cas, le bus de sortie 18 est maintenu à une tension de référence Vbus. De ce fait, la capacité parasite 19 Cp est toujours chargée à la tension Vbus, quelle que soit la valeur de la capacité parasite Cp. Une capacité C 20 est montée en parallèle avec un amplificateur de sortie 22, et avec un switch 21 commandé par un signal RST. Pour avoir un gain supérieur à l'unité, la valeur de la capacité C est choisie telle que C< Cs/2. On note que dans ce montage, le circuit est compatible avec les imageurs existants en ce qui concerne les signaux de commande utilisés : SHR, SHS, X1...XM, RST etc.In this case, the output bus 18 is maintained at a reference voltage Vbus. As a result, the stray capacitance 19 Cp is always charged at the voltage Vbus, whatever the value of the stray capacitance Cp. A capacity C 20 is mounted in parallel with an output amplifier 22, and with a switch 21 controlled by an RST signal. To have a gain greater than unity, the value of the capacitance C is chosen such that C <Cs / 2. Note that in this arrangement, the circuit is compatible with existing imagers with regard to the control signals used: SHR, SHS, X1 ... XM, RST etc.
Le mode de fonctionnement du circuit est alors sensiblement similaire à celui d'un imageur de type à double échantillonnage corrélé CDS classique. Il est illustré par la figure 5. Selon la figure 3, dans chaque colonne, pour un pixel dont le signal est sélectionné sur le bus d'entrée au point A, la valeur de référence Vref est échantillonnée en premier lieu par la fermeture des switchs 4 commandés par le signal SHR et mémorisée dans la capacité 2 Cref de chaque colonne correspondante. Après cette opération, les switchs 4 sont ouverts. Puis la valeur du signal Vsig est échantillonnée, pour tous ces pixels, et stockée dans la capacité 5 Csig de chaque colonne correspondante, par la fermeture des switchs 6 et 16 commandés par le signal SHS. Ceci est illustré par la quatrième ligne de la figure 5.The operating mode of the circuit is then substantially similar to that of a conventional CDS correlated double sampling type imager. It is illustrated by FIG. 5. According to FIG. 3, in each column, for a pixel whose signal is selected on the input bus at point A, the reference value Vref is sampled first by closing the switches 4 controlled by the signal SHR and stored in capacity 2 Cref of each corresponding column. After this operation, the switches 4 are open. Then the value of the signal Vsig is sampled, for all these pixels, and stored in the capacity 5 Csig of each corresponding column, by closing the switches 6 and 16 controlled by the signal SHS. This is illustrated by the fourth line in Figure 5.
Puis, pour la colonne 1 (le signal de sélection de colonne X1 étant alors seul actif, tous les autres signaux Xi de sélection de colonne étant inactifs), les switchs 15 et 17 commandés par le signal X1 étant fermés,, la différence Vref - Vsig correspondant au pixel sélectionné est envoyée en une seule sortie (par la décharge simultanée de Cref et Csig stockant les niveaux de référence Vref et de signal lumineux Vsig respectivement) dans le bus de sortie 18 et amplifiée par l'amplificateur 22.Then, for column 1 (the column selection signal X1 then being the only active, all the other column selection signals Xi being inactive), the switches 15 and 17 controlled by the signal X1 being closed, the difference Vref - Vsig corresponding to the selected pixel is sent in a single output (by the simultaneous discharge of Cref and Csig storing the reference levels Vref and light signal Vsig respectively) in the output bus 18 and amplified by the amplifier 22.
Dans le cas de l'utilisation de l'amplificateur de la figure 4, la charge issue des capacités 2 Cref et 5 Csig est transférée dans la capacité 20 C. La lecture se poursuit colonne par colonne de la première à la M-ième, en modifiant les valeurs des signaux de sélection de colonne lue X1 , ... Xi, ... XM. Ceci est illustré par la cinquième ligne de la figure 5.In the case of using the amplifier of FIG. 4, the charge from the 2 Cref and 5 Csig capacities is transferred to the 20 C capacity. Reading continues column by column from the first to the M-th, by modifying the values of the column selection signals read X1, ... Xi, ... XM. This is illustrated by the fifth line in Figure 5.
La capacité 20 C est court circuitée avant chaque transfert par fermeture du switch 21 commandé par le signal RST. Ceci est illustré par la sixième ligne de la figure 5.The 20 C capacity is short-circuited before each transfer by closing the switch 21 controlled by the RST signal. This is illustrated by the sixth line in Figure 5.
On a alors pour la tension de sortie Vout la valeur : Vout = (-Cs/2C) * (Vref- Vsig) +2 * VbusWe then have for the output voltage Vout the value: Vout = (-Cs / 2C) * (Vref- Vsig) +2 * Vbus
On note que le choix de C (<Cs/2) permet d'obtenir un gain supérieur e 1.We note that the choice of C (<Cs / 2) makes it possible to obtain a gain higher e 1.
Ceci est illustré par la septième ligne de la figure 5. On a donc pour chaque ligne (2 + 2 x M) étapes de mesure, et pour un imageur de dimensions N lignes et M colonnes N x (2 + 2 x M) étapes de lecture.This is illustrated by the seventh line in FIG. 5. We therefore have for each line (2 + 2 x M) measurement steps, and for an imager of dimensions N rows and M columns N x (2 + 2 x M) steps of reading.
Ainsi de façon originale selon l'invention, les condensateurs Cref et Csig sont d'abord chargés indépendamment pour les signaux Vreg et Vsig respectivement, puis lesdits consensateurs sont alors mis en série de manière à obtenir un signal représentatif de la différence (Vref-Vsig). Le dispositif selon l'invention procure alors plusieurs avantages.Thus in an original manner according to the invention, the capacitors Cref and Csig are first charged independently for the signals Vreg and Vsig respectively, then said consensors are then put in series so as to obtain a signal representative of the difference (Vref-Vsig ). The device according to the invention then provides several advantages.
En particulier, le circuit à double échantillonnage corrélé CDS proposé est simple. Il ne comporte que deux capacités (Cref, Csig) et cinq interrupteurs (sw1 à sw5) par colonne, une seule sortie, et un seul bloc buffer / amplificateur 14 de sortie, commun à toutes les colonnes. Comme il n'y a qu'un seul buffer / amplificateur commun à toutes les colonnes, il n'est pas créé de bruit spatial FPN colonne causé dans les dispositifs antérieurs par les suiveurs MOS canal-PIn particular, the proposed CDS correlated double sampling circuit is simple. It only has two capacities (Cref, Csig) and five switches (sw1 to sw5) per column, a single output, and a single output buffer / amplifier block 14, common to all the columns. As there is only one buffer / amplifier common to all the columns, no column FPN spatial noise is created in the previous devices by the P-channel MOS trackers
De plus, la suppression des suiveurs de colonne de type PMOS permet de réduire significativement la surface occupée par les composants et donc du capteur d'images matriciel.In addition, the elimination of the PMOS type column trackers makes it possible to significantly reduce the area occupied by the components and therefore of the matrix image sensor.
Le temps de réponse et le gain du circuit sont peu sensibles au nombre de colonnes de l'imageur, et il est donc particulièrement adapté à des imageurs de grande taille. Clairement, plus la taille du capteur matriciel est élevée, plus de dispositif de l'invention apporte un avantage significatif. Un seul échantillonnage est nécessaire pour lire chaque signal de chaque pixel, ce qui se compare très favorablement à la technique DDS antérieure, qui nécessite un soustracteur en sortie.The response time and the gain of the circuit are not very sensitive to the number of columns of the imager, and it is therefore particularly suitable for large imagers. Clearly, the larger the size of the matrix sensor, the more device of the invention provides a significant advantage. Only one sample is required to read each signal from each pixel, which compares very favorably to the prior DDS technique, which requires an output subtractor.
Le temps de réponse est de fait essentiellement limité par l'amplificateur de sortie. Celui-ci étant unique, il peut être choisi optimisé pour fournir de bonnes performances, sans pénaliser outre mesure le coût de fabrication du circuit. On a finalement obtenu ici à la fois une réduction du bruit spatial FPN (dissymétrie des chaînes de lecture), et du bruit temporel de mesure.The response time is therefore essentially limited by the output amplifier. Since this is unique, it can be chosen to be optimized to provide good performance, without unduly penalizing the manufacturing cost of the circuit. We finally obtained here both a reduction of the spatial noise FPN (asymmetry of the reading chains), and of the temporal noise of measurement.
L'invention s'applique également à des circuits de lecture de capteurs matriciels de toute nature, et non pas seulement à des imageurs matriciels à pixels actifs (capteurs APS), ce qui élargit son domaine d'utilisation.The invention also applies to circuits for reading matrix sensors of all kinds, and not only to matrix imagers with active pixels (APS sensors), which widens its field of use.
Dans des variantes non représentées, des capacités de valeur élevée, ou des structures de switchs différentes ("dummy switchs", portes de transmission, etc.) peuvent être utilisées pour réduire encore le bruit FPN.In variants not shown, high value capacities, or different switch structures ("dummy switches", transmission doors, etc.) can be used to further reduce FPN noise.
L'amplificateur représenté dans la figure 4 peut être remplacé par d'autres amplificateurs de charge, qui fixent la tension du bus 18.The amplifier shown in FIG. 4 can be replaced by other charge amplifiers, which fix the voltage of bus 18.
Dans une autre variante, une configuration non inverseuse du circuit peut être obtenue en permutant les signaux d'échantillonnage SHS et SHR (figure 3).In another variant, a non-inverting configuration of the circuit can be obtained by permuting the sampling signals SHS and SHR (FIG. 3).
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art, dans le cadre des revendications ci-après. The scope of the present invention is not limited to the details of the embodiments above considered by way of example, but on the contrary extends to modifications within the reach of ordinary skill in the art, in the context of claims below.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif électronique de lecture de pixels d'un capteur matriciel d'images, notamment pour capteur à pixels actifs de type CMOS, ledit capteur comportant N lignes et M colonnes de pixels actifs (1 ), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'acquisition de signal, adaptés à envoyer directement, pour chaque pixel (1 ) de chaque colonne, sur un bus de sortie (18) un signal représentatif de la différence de potentiel entre un signal de référence Vref et un signal de niveau lumineux Vsig de ce pixel (1 ), les moyens d'acquisition de signal étant constitués par des switchs et des capacités.1. Electronic pixel reading device of a matrix image sensor, in particular for a CMOS type active pixel sensor, said sensor comprising N rows and M columns of active pixels (1), characterized in that it comprises signal acquisition means, adapted to send directly, for each pixel (1) of each column, to an output bus (18) a signal representative of the potential difference between a reference signal Vref and a light level signal Vsig of this pixel (1), the signal acquisition means being constituted by switches and capacitors.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens d'acquisition de signal comportent pour chaque colonne à la sortie A du bus de colonne :2. Device according to claim 1, characterized in that the signal acquisition means comprise for each column at the output A of the column bus:
- un premier switch (4) monté entre le point de sortie A et un point B, commandé par un signal SHR, permettant de charger une capacité (2) Cref montée entre le point B et la masse,- a first switch (4) mounted between the output point A and a point B, controlled by a SHR signal, making it possible to charge a capacity (2) Cref mounted between the point B and the ground,
- un second switch (6) monté entre le point A et un point C, commandé par un signal SHS, permettant de charger une capacité flottante (5) Csig montée entre le point C et un point D, - un troisième switch (15) monté entre les points B et C, commandé par un signal Xi de sélection de la colonne lue, disposé entre les bornes des capacités (2) Cref, (5) Csig,- a second switch (6) mounted between point A and a point C, controlled by a SHS signal, making it possible to charge a floating capacity (5) Csig mounted between point C and a point D, - a third switch (15) mounted between points B and C, controlled by a signal Xi for selecting the column read, disposed between the terminals of the capacitors (2) Cref, (5) Csig,
- un quatrième switch (16), commandé par le signal SHS, inséré en aval entre la capacité (5) Csig (point D ) et la masse, - et un cinquième switch (17), commandé par le signal (Xi) de sélection de colonne lue, monté en aval entre la capacité flottante Csig (point D) et un bus (18) de sortie de signal.- a fourth switch (16), controlled by the SHS signal, inserted downstream between the capacity (5) Csig (point D) and the earth, - and a fifth switch (17), controlled by the selection signal (Xi) column read, mounted downstream between the floating capacitance Csig (point D) and a signal output bus (18).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capacités (2) Cref et (5) Csig sont choisies de valeur égale Cs. 3. Device according to claim 2, characterized in that the capacities (2) Cref and (5) Csig are chosen with equal value Cs.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un seul buffer / amplificateur de sortie (14), commun à toutes les colonnes du capteur.4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a single output buffer / amplifier (14), common to all columns of the sensor.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que :5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
- le bus de sortie (18) est maintenu à une tension de référence Vbus, - une capacité C (20) est montée en parallèle avec un amplificateur de sortie (22), et avec un switch (21 ) commandé par le signal RST.- the output bus (18) is maintained at a reference voltage Vbus, - a capacitor C (20) is mounted in parallel with an output amplifier (22), and with a switch (21) controlled by the signal RST.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les switchs utilisés pour la réalisation du circuit sont des transistors MOS de type canal-N. 6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the switches used for the realization of the circuit are MOS transistors of the N-channel type.
7. Procédé de lecture de pixels d'un capteur matriciel d'images, notamment pour capteur à pixels actifs de type CMOS, ledit capteur comportant N lignes et M colonnes de pixels actifs, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes :7. Method for reading pixels from a matrix image sensor, in particular for a CMOS type active pixel sensor, said sensor comprising N rows and M columns of active pixels, characterized in that it comprises at least the following steps :
1/ dans chaque colonne, pour le pixel dont le signal est sélectionné sur un bus d'entrée (18), une valeur de référence Vref est échantillonnée en premier lieu et mémorisée dans une capacité (2) Cref de chaque colonne correspondante,1 / in each column, for the pixel whose signal is selected on an input bus (18), a reference value Vref is sampled first and stored in a capacity (2) Cref of each corresponding column,
2/ puis une valeur du signal Vsig est échantillonnée, pour chaque même pixel, et stockée dans une capacité flottante (5) Csig de chaque colonne correspondante,2 / then a value of the signal Vsig is sampled, for each same pixel, and stored in a floating capacity (5) Csig of each corresponding column,
3/ puis, colonne par colonne, Cref et Csig sont connectés en série grâce à un switch (15) de manière à obtenir par leur décharge simultanée sur le bus de sortie (18) via un switch (17) un signal représentatif de la différence (Vref-Vsig) qui est alors amplifié dans un buffer / amplifiateur (14). 3 / then, column by column, Cref and Csig are connected in series using a switch (15) so as to obtain, by their simultaneous discharge on the output bus (18) via a switch (17), a signal representative of the difference (Vref-Vsig) which is then amplified in a buffer / amplifier (14).
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