具有可变带宽的图像传感器全局快门供电电路制造技术

本申请案涉及一种具有可变带宽的图像传感器全局快门供电电路。像素单元包含光电二极管以积累图像电荷。全局快门晶体管耦合到所述光电二极管以响应于全局快门控制信号而将所述光电二极管中的所述图像电荷复位。全局快门控制信号产生器电路产生所述全局快门控制信号以具有第一值信号或第二值信号。所述第一值信号经耦合以接通所述全局快门晶体管以将所述光电二极管复位。所述第二值信号将所述全局快门晶体管控制为低漏电关断模式。供电电路经耦合以将所述第二值信号提供到所述全局快门控制信号产生器电路。所述供电电路包含可变滤波器电路，其耦合到所述供电电路的输出以响应于带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的带宽。

Image sensor global shutter power supply circuit with variable bandwidth

The present application relates to an image sensor global shutter power supply circuit with variable bandwidth. The pixel unit includes a photodiode to accumulate image charge. The global shutter transistor is coupled to the photodiode to reset the image charge in the photodiode in response to a global shutter control signal. The global shutter control signal generator circuit generates the global shutter control signal to have a first value signal or a second value signal. The first value signal is coupled to connect the global shutter transistor to reset the photodiode. The second value signal controls the global shutter transistor as a low leakage shutdown mode. The power supply circuit is coupled to provide the second valued signal to the global shutter control signal generator circuit. The power supply circuit comprises a variable filter circuit that is coupled to the output of the power supply circuit to selectively change the bandwidth of the second value signal in response to the bandwidth selection signal.

【技术实现步骤摘要】
具有可变带宽的图像传感器全局快门供电电路
本专利技术大体上涉及图像传感器。更具体地说，本专利技术的实例涉及具有全局快门的图像传感器像素单元。
技术介绍
对于高速图像传感器，可使用全局快门来捕捉快速移动物体。全局快门通常使得图像传感器中的所有像素单元能够同时捕捉图像。对于较慢移动的物体，使用最常见的滚动快门。滚动快门通常按顺序捕捉图像。例如，可循序启用二维(“2D”)像素单元阵列内的每一行，使得单个行内的每一像素单元同时捕捉图像，但是每一行是以滚动次序启用。因而，像素单元的每一行在不同的图像获取窗期间捕捉图像。对于缓慢的移动物体，每一行之间的时间差可产生图像失真。对于快速移动物体，滚动快门可导致沿物体的移动轴的可感知伸长失真。在全局快门图像传感器中，在开始正常曝光操作之前利用复位电压(例如，AVDD)初始化所有像素单元。此复位通常是凭借通过全局快门开关将每个像素连接到AVDD电压而实现。在复位之后，关断每一像素中的全局快门开关，这接着使得每一像素能够开始正常曝光操作。
技术实现思路
一方面，本申请案涉及一种像素单元。所述像素单元包括：光电二极管，其安置在半导体材料中以响应于引导到所述光电二极管的入射光而积累图像电荷；全局快门晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合到所述光电二极管以响应于全局快门控制信号而选择性地将所述光电二极管中的所述图像电荷复位；全局快门控制信号产生器电路，其经耦合以产生所述全局快门控制信号以具有第一值信号或第二值信号，其中所述全局快门控制信号的所述第一值经耦合以接通所述全局快门晶体管以将所述光电二极管复位，其中所述全局快门控制信号的所述第二值经耦合以将所述全局快门晶体管控制为低漏电关断模式；及供电电路，其经耦合以将所述第二值信号提供到所述全局快门控制信号产生器电路，其中所述供电电路包含可变滤波器电路，其耦合到所述供电电路的输出以响应于带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的带宽。另一方面，本申请案涉及一种成像系统。所成像系统包括：像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：光电二极管，其安置在半导体材料中以响应于引导到所述光电二极管的入射光而积累图像电荷；全局快门晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合到所述光电二极管以响应于全局快门控制信号而选择性地将所述光电二极管中的所述图像电荷复位；全局快门控制信号产生器电路，其经耦合以产生所述全局快门控制信号以具有第一值信号或第二值信号，其中所述全局快门控制信号的所述第一值经耦合以接通所述全局快门晶体管以将所述光电二极管复位，其中所述全局快门控制信号的所述第二值经耦合以将所述全局快门晶体管控制为低漏电关断模式；及供电电路，其经耦合以将所述第二值信号提供到所述全局快门控制信号产生器电路，其中所述供电电路包含可变滤波器电路，其耦合到所述供电电路的输出以响应于带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的带宽；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素读出图像数据。另一方面，本申请案涉及一种用于控制像素单元的全局快门的方法。所述方法包括：响应于经耦合以由全局快门晶体管的栅极端子接收的全局快门控制信号而接通所述全局快门晶体管以将耦合到所述全局快门晶体管的光电二极管中的图像电荷复位；响应于所述全局快门控制信号而关断所述全局快门晶体管以使得所述光电二极管能够响应于在正常曝光操作期间引导到所述光电二极管的入射光而积累图像电荷，其中关断所述全局快门晶体管包括：将所述全局快门控制信号设置为在所述全局快门晶体管关断的时间的第一部分期间具有较大带宽；及将所述全局快门控制信号设置为在所述全局快门晶体管关断的时间的第二部分期间具有较小带宽；及将所述图像电荷从所述光电二极管中转移出来；及在所述图像电荷已从所述光电二极管中转移出来之后响应于所述全局快门控制信号而接通所述全局快门晶体管。附图说明参考以下图式描述本专利技术的非限制及非详尽实例，其中除非另有规定，否则相同的参考数字是指各个视图中的相同部分。图1是根据本专利技术的教示的说明包含经耦合以从具有可变带宽的供电电路接收供电电压的全局快门控制信号产生器的像素单元的一个实例的示意图。图2是根据本专利技术的教示的说明具有从具有可变带宽的供电电路提供的第一值信号的实例全局快门控制信号的时序图。图3是根据本专利技术的教示的说明具有可变带宽的供电电路的一个实例的示意图。图4是根据本专利技术的教示的说明包含具有利用实例全局快门控制信号产生器控制的像素单元的像素阵列的成像系统的一个实例的图。对应的参考字符指示图式的若干视图中的对应组件。所属领域的技术人员将明白，图中的元件是为了简单清楚起见而说明且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可相对于其它元件夸大以帮助改善对本专利技术的各个实施例的理解。此外，商业上可行的实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件通常并未描绘以促进更容易地查看本专利技术的这些各个实施例。具体实施方式如将所示，揭示了针对向像素单元中的全局快门开关提供全局快门控制信号的全局快门控制信号产生器的方法及设备。在以下描述中，陈述数种特定细节以提供对本专利技术的彻底理解。在以下描述中，陈述数种特定细节以提供对实施例的彻底理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中描述的技术可在无特定细节中的一或多者的情况下或利用其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，并未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”、“一个实例”或“实例”的引用意指结合实施例或实例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例或实例中。因此，例如“在一个实施例中”或“在一个实例中”的短语在本说明书中的各个位置中的出现不一定全部是指相同实施例或实例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合在一或多个实施例或实例中。下文是在通过参考附图描述本专利技术的实例时使用的术语及元件的详述。如将讨论，对于使用NMOS晶体管实施的全局快门开关，NMOS晶体管的栅极端子可连接到负NVDD电压(例如，-2伏特)以在全局快门开关关断时为全局快门开关提供低漏电关断模式，这改善了图像传感器性能。因而，当全局快门开关从被接通转变到被关断时，NMOS栅极电压从AVDD变为NVDD。例如，在其中AVDD＝3伏特且NVDD＝-2伏特的实例中，当全局快门开关被关断时，全局快门开关的栅极端子上的电压从3伏特转变为-2伏特。为了提供负NVDD电压(例如，-2伏特)，提供又可称为N泵或负泵的负电压产生器。为了同时关断图像传感器的每个像素单元中的全局快门开关以实施全局快门，典型的N泵将需要具有极大的驱动能力以驱动全局快门开关的所有栅极端子。实际上，耦合到所有全局快门开关的栅极端子的线电容可能极大，在一些实例中线电容可取决于图像传感器的像素阵列中的像素数目而为纳法拉的数量级。为了实现具有快速稳定时间的大驱动能力，N泵电路需要较大回路带宽，所述N泵电路将负NVDD电压供应给图像传感器中的所有全局快门晶体管的栅极端子。然而，在较大带宽下供应负NVDD电压通常结果导致增加噪声。如下文将更详细地讨论，根据本专利技术的教示的实例解决了需要具有大驱动能力及低噪声的负NVDD电压供电电路的此问题。如将所示，取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素单元，其包括：光电二极管，其安置在半导体材料中以响应于引导到所述光电二极管的入射光而积累图像电荷；全局快门晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合到所述光电二极管以响应于全局快门控制信号而选择性地将所述光电二极管中的所述图像电荷复位；全局快门控制信号产生器电路，其经耦合以产生所述全局快门控制信号以具有第一值信号或第二值信号，其中所述全局快门控制信号的所述第一值经耦合以接通所述全局快门晶体管以将所述光电二极管复位，其中所述全局快门控制信号的所述第二值经耦合以将所述全局快门晶体管控制为低漏电关断模式；及供电电路，其经耦合以将所述第二值信号提供到所述全局快门控制信号产生器电路，其中所述供电电路包含可变滤波器电路，其耦合到所述供电电路的输出以响应于带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的带宽。

【技术特征摘要】
2015.11.12 US 14/939,8681.一种像素单元，其包括：光电二极管，其安置在半导体材料中以响应于引导到所述光电二极管的入射光而积累图像电荷；全局快门晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合到所述光电二极管以响应于全局快门控制信号而选择性地将所述光电二极管中的所述图像电荷复位；全局快门控制信号产生器电路，其经耦合以产生所述全局快门控制信号以具有第一值信号或第二值信号，其中所述全局快门控制信号的所述第一值经耦合以接通所述全局快门晶体管以将所述光电二极管复位，其中所述全局快门控制信号的所述第二值经耦合以将所述全局快门晶体管控制为低漏电关断模式；及供电电路，其经耦合以将所述第二值信号提供到所述全局快门控制信号产生器电路，其中所述供电电路包含可变滤波器电路，其耦合到所述供电电路的输出以响应于带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的带宽。2.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述可变滤波器电路经耦合以选择性地在第一带宽与第二带宽之间改变所述第二电压信号的所述带宽，其中所述第一带宽大于所述第二带宽。3.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述可变滤波器电路包含可变RC滤波器电路，其耦合到所述供电电路的所述输出以响应于所述带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的所述带宽。4.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述可变滤波器电路包含可变电阻器电路及电容器，其耦合到所述供电电路的所述输出以响应于所述带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的所述带宽。5.根据权利要求4所述的像素单元，其中所述可变电阻器电路包括：耦合到所述电容器的第一电阻器；耦合到所述第一电阻器的开关；及耦合到所述电容器及所述开关的第二电阻器，其中所述开关经耦合以选择性地将所述第二电阻器跨所述第一电阻器并联耦合以改变所述可变电阻器电路的总电阻以响应于所述带宽选择信号而改变所述可变滤波器电路的RC时间常数。6.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述供电电路进一步包括经耦合以提供所述第二值信号的N泵供电电路。7.根据权利要求5所述的像素单元，其中所述第一值信号是正电压，且其中所述第二值信号是负电压。8.根据权利要求1所述的像素单元，其进一步包括安置在所述半导体材料中的存储晶体管以存储积累在所述光电二极管中的所述图像电荷。9.根据权利要求8所述的像素单元，其进一步包括安置在所述半导体材料中且耦合在所述光电二极管与所述存储晶体管之间的转移晶体管以选择性地将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述存储晶体管。10.根据权利要求9所述的像素单元，其进一步包括安置在所述半导体材料中且耦合到所述存储晶体管的输出晶体管以选择性地将所述图像电荷从所述存储晶体管转移到读出节点。11.根据权利要求10所述的像素单元，其中所述读出节点包括安置在所述半导体材料中的浮动扩散区。12.根据权利要求10所述的像素单元，其进一步包括：复位晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合到所述读出节点；放大器晶体管，其安置在所述半导体材料中且具有耦合到所述读出节点的放大器栅极；及行选择晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合在位线与所述放大器晶体管之间。13.一种成像系统，其包括：像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含：光电二极管，其安置在半导体材料中以响应于引导到所述光电二极管的入射光而积累图像电荷；全局快门晶体管，其安置在所述半导体材料中且耦合到所述光电二极管以响应于全局快门控制信号而选择性地将所述光电二极管中的所述图像电荷复位；全局快门控制信号产生器电路，其经耦合以产生所述全局快门控制信号以具有第一值信号或第二值信号，其中所述全局快门控制信号的所述第一值经耦合以接通所述全局快门晶体管以将所述光电二极管复位，其中所述全局快门控制信号的所述第二值经耦合以将所述全局快门晶体管控制为低漏电关断模式；及供电电路，其经耦合以将所述第二值信号提供到所述全局快门控制信号产生器电路，其中所述供电电路包含可变滤波器电路，其耦合到所述供电电路的输出以响应于带宽选择信号而选择性地改变所述第二值信号的带宽；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓黎平，宋志强，张鹏庭，刘易，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US