全局快门像素单元及其信号采集方法技术

本发明专利技术公开了一种全局快门像素单元，包括：用于将接收的光信号转换为电信号的感光二极管；信号读取电路，用于先后读取一复位信号以及经所述感光二极管光电转换后的电信号；信号保持电路，其包括并联的两个电容用以分别保持所述信号读取电路所读取的信号；每一所述电容的一端接地，另一端连接两个开关管以控制该电容的充放电状态；以及信号输出电路，用于输出所述两个电容所保持的信号，其中所述两个电容所保持的信号之差为所述全局快门像素单元的信号。本发明专利技术不仅可实现全局曝光，且具有高动态范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域，特别涉及一种。
技术介绍
如今，0103传感器获得因其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素单元尺寸被广泛用作成像设备。0^03图像传感器通常采用两种曝光方式:滚动曝光(尺0111118 311111:1:610和全局曝光￠1013211 311111:1:610。传统的41'像素单元像元通常属于滚动曝光像元(00111118 811111:1:61- 91161)，对于其组成的(1103图像传感器的像素单元阵列来说，不同行(列)的像素单元的曝光时间并不同时开始或终止，这一非同时性对于普通成像设备应用来说没有问题，但是对于高帧率拍摄图像时，则会引起明显的图像失真与变形。因此，当进行高速运动物体的成像时，需要通过全局快门的像素单元来实现。 图1显示了现有技术的81全局快门像素单元的电路图。如图所示，整个像素单元包括8个匪03晶体管，分别为传输晶体管11、复位晶体管12、第一源跟随器13、预充电晶体管14、开关晶体管15、开关晶体管16、第二源跟随器17以及行选通管18。像素单元还包括两个103电容和02。控制信号IX、831、31、32、分别控制传输晶体管11、复位管12、预充电管14、开关晶体管15、16和行选通管18的打开和关闭。81全局快门像素单元的工作原理如下: 首先将控制信号同时置高，使得传输晶体管11、复位晶体管12同时打开，此时，电源电压700对感光二极管进行充电复位，同时悬浮节点[0(即第一晶体管13的栅极)进行复位。之后，将IX信号置低使第一晶体管11关闭，感光二极管开始处于曝光状态。将控制信号9(:,31,32置高，晶体管14、15、16打开，电容和02均存储复位信号。接着将开关晶体管16关闭，复位信号存储于电容02中。将传输晶体管11打开，完成曝光过程。再将开关晶体管15打开，将感光二极管的信号存储到电容中后再次关闭开关晶体管15。之后进行信号的输出，首先开关晶体管16保持关闭，电容02存储的复位信号#68的输出；然后将开关晶体管16打开，此时电容中存储的感光二极管信号7818的1与电容02电容中存储的复位信号#68的进行混合，使得电容02中存储的信号变为=1/2^686^81^1)并再次输出。而这两次输出信号之差乂0此=1/2 (#68的-即为像素单元的像素信号。然而，这种81全局快门像素单元虽然能够同时进行像素曝光，但动态范围只有一般像素单元动态范围的一半。 因此，需要提出一种具有高动态范围的全局快门像素单元。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高动态范围的全局快门像素单元。 为达成上述目的，本专利技术提供一种全局快门像素单元，包括感光二极管，用于将接收的光信号转换为电信号；信号读取电路，与所述感光二极管相连，用于先后读取一复位信号以及经所述感光二极管光电转换后的电信号；信号保持电路，与所述信号读取电路相连，其包括并联的两个电容用以分别保持所述信号读取电路所读取的信号；每一所述电容的一端接地，另一端连接两个开关管以控制该电容的充放电状态；以及信号输出电路，用于输出所述两个电容所保持的信号，其中所述两个电容所保持的信号之差为所述全局快门像素单兀的信号。 优选的，所述信号读取电路包括传输管、悬浮节点、复位管、第一源跟随器和预充电管，所述传输管的漏极、所述第一源跟随器的栅极、所述复位管的源极连接于所述悬浮节点；所述预充电管的漏极与所述第一源跟随器的源极及所述信号保持电路的输入端相连、所述预充电管的源极接地；所述复位管的漏极接复位电压，所述第一源跟随器的漏极接电源电压。 优选的，所述信号保持电路包括第一电容、第二电容、串联的第一开关管和第二开关管、串联的第三开关管和第四开关管；所述第一电容一端接地，另一端连接于所述第一开关管和第二开关管之间；所述第二电容一端接地，另一端连接于所述第三开关管和第四开关管之间；所述第一开关管和第三开关管与所述信号读取电路的输出端相连，所述第二开关管和所述第四开关管与所述信号输出电路的输入端相连；通过各开关管的开闭控制使得所述第一电容存储当所述复位管导通对所述悬浮节点复位时所述预充电管的输出信号，所述第二电容存储当所述复位管截止所述传输管开启时所述预充电管的输出信号。 优选的，所述信号输出电路包括第二源跟随器及行选通管，所述第二源跟随器的栅极连接所述信号保持电路的输出端、漏极连接电源电压、源极连接所述行选通管的源极；所述行选通管的栅极连接行选通信号，漏极作为所述全局快门像素单元的输出端；所述行选通管在所述行选通信号的控制下依次采样并输出所述第一电容和第二电容所保持的信号。 优选的，所述行选通管的源极连接第一尾电流，同时通过一控制开关连接第二尾电流。 本专利技术还提供了一种上述全局快门像素单元的信号采集方法，包括: 步骤51:通过所述信号读取电路读取复位信号； 步骤32:将所述复位信号保持于所述两个电容的其中一个； 步骤33:通过所述信号读取电路读取经所述感光二极管光电转换后的电信号； 步骤34:将所述光电转换的电信号保持于所述两个电容中的另一个； 步骤35:通过所述信号输出电路依次输出所述两个电容中所保持的信号。 优选的，所述信号读取电路包括传输管、悬浮节点、复位管、第一源跟随器和预充电管；所述传输管的漏极、所述第一源跟随器的栅极、所述复位管的源极连接于所述悬浮节点；所述预充电管的漏极与所述第一源跟随器的源极、所述信号保持电路的输入端相连、源极接地；所述复位管的漏极接复位电压，所述第一源跟随器的漏极接电源电压；其中，步骤81包括: 步骤311:开启所述复位管及所述传输管，对所述悬浮节点进行电荷清空和复位； 步骤312:关断所述传输管，使所述全局快门像素单元开始曝光； 步骤313:开启所述预充电管； 步骤33包括: 步骤331:开启所述传输管，使所述全局快门像素单元完成曝光。。 优选的，所述信号保持电路包括第一电容、第二电容、串联的第一开关管和第二开关管、串联的第三开关管和第四开关管；所述第一电容一端接地，另一端连接于所述第一开关管和第二开关管之间；所述第二电容一端接地，另一端连接于所述第三开关管和第四开关管之间；所述第二开关管和所述第四开关管与所述信号输出电路的输入端相连； 其中，步骤32包括: 步骤521:开启所述第一开关管和第三开关管，关断所述第二开关管和第四开关管，使所述第一电容和第二电容采样所述预充电管所输出的复位信号； 步骤322:关断所述复位管；关断所述第一开关管将所述复位信号存储于所述第一电容中； 步骤34包括: 步骤341:通过所述第二电容采样所述预充电电容输出的经所述感光二极管光电转换的电信号； 步骤342:关断所述传输管，关断所述第三开关管，将所述电信号存储于所述第二电容中。 优选的，所述信号输出电路包括第二源跟随器及行选通管，所述第二源跟随器的栅极连接所述信号保持电路的输出端、漏极连接电源电压、源极连接所述行选通管的漏极；所述行选通管的栅极连接行选通信号，源极作为所述全局快门像素单元的输出端；步骤35包括: 步骤351:开启所述行选通管及所述第二开关管，输出所述第一电容上保持的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全局快门像素单元，其特征在于，包括：感光二极管，用于将接收的光信号转换为电信号；信号读取电路，与所述感光二极管相连，用于先后读取一复位信号以及经所述感光二极管光电转换后的电信号；信号保持电路，与所述信号读取电路相连，其包括并联的两个电容用以分别保持所述信号读取电路所读取的信号；每一所述电容的一端接地，另一端连接两个开关管以控制该电容的充放电状态；以及信号输出电路，用于输出所述两个电容所保持的信号，其中所述两个电容所保持的信号之差为所述全局快门像素单元的信号。

【技术特征摘要】
1.一种全局快门像素单元，其特征在于，包括: 感光二极管，用于将接收的光信号转换为电信号； 信号读取电路，与所述感光二极管相连，用于先后读取一复位信号以及经所述感光二极管光电转换后的电信号； 信号保持电路，与所述信号读取电路相连，其包括并联的两个电容用以分别保持所述信号读取电路所读取的信号；每一所述电容的一端接地，另一端连接两个开关管以控制该电容的充放电状态；以及 信号输出电路，用于输出所述两个电容所保持的信号，其中所述两个电容所保持的信号之差为所述全局快门像素单元的信号。2.根据权利要求1所述的全局快门像素单元，其特征在于，所述信号读取电路包括传输管、悬浮节点、复位管、第一源跟随器和预充电管，所述传输管的漏极、所述第一源跟随器的栅极、所述复位管的源极连接于所述悬浮节点；所述预充电管的漏极与所述第一源跟随器的源极以及所述信号保持电路的输入端相连、所述预充电管的源极接地；所述复位管的漏极接复位电压，所述第一源跟随器的漏极接电源电压。3.根据权利要求2所述的全局快门像素单元，其特征在于，所述信号保持电路包括第一电容、第二电容、串联的第一开关管和第二开关管、串联的第三开关管和第四开关管；所述第一电容一端接地，另一端连接于所述第一开关管和第二开关管之间；所述第二电容一端接地，另一端连接于所述第三开关管和第四开关管之间；所述第一开关管和第三开关管与所述信号读取电路的输出端相连，所述第二开关管和所述第四开关管与所述信号输出电路的输入端相连；通过各开关管的开闭控制使得所述第一电容存储当所述复位管导通对所述悬浮节点复位时所述预充电管的输出信号，所述第二电容存储当所述复位管截止所述传输管开启时所述预充电管的输出信号。4.根据权利要求3所述的全局快门像素单元，其特征在于，所述信号输出电路包括第二源跟随器及行选通管，所述第二源跟随器的栅极连接所述信号保持电路的输出端、漏极连接电源电压、源极连接所述行选通管的源极；所述行选通管的栅极连接行选通信号，漏极作为所述全局快门像素单元的输出端；所述行选通管在所述行选通信号的控制下依次采样并输出所述第一电容和第二电容所保持的信号。5.根据权利要求4所述的全局快门像素单元，其特征在于，所述行选通管的源极连接第一尾电流，同时通过一控制开关连接第二尾电流。6.一种如权利要求1所述的全局快门像素单元的信号采集方法，其特征在于，包括: 步骤S1:通过所述信号读取电路读取复位信号； 步骤S2:将所述复位信号保持于所述两个电...

【专利技术属性】
技术研发人员：任铮，赵宇航，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31