图像传感器像素和成像系统技术方案

技术编号:17301230 阅读:55 留言:0更新日期:2018-02-18 15:18
本实用新型专利技术涉及图像传感器像素和成像系统。所述图像传感器像素包括:光敏元件,所述光敏元件响应于入射光而生成电荷;浮动扩散节点,所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件;有源重置电路,所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平;以及列感测线,所述列感测线耦接到所述有源重置电路。本实用新型专利技术解决的一个技术问题是改进全局快门像素。本实用新型专利技术实现的一个技术效果是提供改进的图像传感器像素和成像系统。

Image sensor pixel and imaging system

The utility model relates to an image sensor pixel and an imaging system. The image sensor pixel includes a photosensitive element, the photosensitive element in response to the incident light generated charge; floating diffusion node, the floating diffusion node is coupled to the photosensitive element; the active reset circuit, the active reset circuit is coupled to the floating diffusion node and the floating diffusion node set the voltage level varies with time decreased during pixel reset operation; and column sensing line, the column sensing line is coupled to the active reset circuit. One of the technical problems solved by the utility model is to improve the global shutter pixels. One of the technical effects of the utility model is to provide an improved image sensor pixel and an imaging system.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器像素和成像系统
本技术整体涉及成像设备,并且更具体地讲,涉及具有对不完全遮光不太敏感的改进背照式(BSI)兼容全局快门像素的成像设备。
技术介绍
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括光敏区,所述光敏区接收入射光子(光)并将光子转变为电信号。有时,图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。图像传感器可通过以下方式来感测光:将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后,收集到的电荷被转换成电压,该电压然后被提供给传感器的输出端子。在电荷到电压转换完成并且所得信号从像素转移出去之后,像素可被重置以便准备聚积新的电荷。一些常规图像传感器使用全局快门方法从图像传感器中的所有像素同时读出信号。这些全局快门像素易受kTC噪声的影响,并且在用于BSI图像传感器中时可经历来自入射光的不良干涉。因此期望能够提供具有与BSI图像传感器兼容的改进全局快门像素的成像设备。一些常规图像传感器使用全局快门的方法涉及将信号电荷以电压的形式存储在电容器上。这些全局快门像素需要大电容器来存储“重置”值和“信号”值两者,例如,如在标题为“PixelArrayCapableofPerformingPipelinedGlobalShutterOperationIncludingaFirstandSecondBufferAmplifier”(包括第一和第二缓冲放大器在内的能够执行流水线式全局快门操作的像素阵列)的美国专利No.8,569,671中所述。遗憾的是,这些电容器在图像传感器上占用了不理想的大量空间。因此期望能够提供具有需要较少或较小电容器的全局快门像素的成像设备。
技术实现思路
本技术解决的一个技术问题是改进全局快门像素。根据本技术的一个方面,提供一种图像传感器像素,包括:光敏元件,所述光敏元件响应于入射光而生成电荷;浮动扩散节点,所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件;有源重置电路,所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平;以及列感测线,所述列感测线耦接到所述有源重置电路。根据一个实施例,所述有源重置电路包括:第一晶体管,所述第一晶体管具有耦接到参考电压的栅极;第二晶体管,所述第二晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极,耦接到电压源的第一源极-漏极端子,以及通过所述第一晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子;以及重置晶体管,所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述第二晶体管的所述第二源极-漏极端子之间。根据一个实施例,所述图像传感器像素还包括:预充电晶体管,其中所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子通过所述预充电晶体管耦接到所述电压源;以及采样电路,所述采样电路插置在所述列感测线与所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子之间。根据一个实施例,所述采样电路包括:PMOS采样晶体管;采样电容器,所述采样电容器具有第一端子和耦接到地的第二端子,所述第一端子通过所述采样晶体管耦接到所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子;以及放大器,所述放大器插置在所述采样电容器的所述第一端子与所述列感测线之间。根据一个实施例,所述放大器包括:源极跟随器晶体管,所述源极跟随器晶体管具有耦接到所述采样电容器的所述第一端子的栅极端子,其中所述源极跟随器晶体管插置在所述电压源与所述列感测线之间;行选择晶体管,所述行选择晶体管插置在所述源极跟随器晶体管与所述列感测线之间;以及有源重置电路,所述有源重置电路耦接到所述采样电容器的所述第一端子。根据本技术的一个方面,提供一种成像系统,包括:成像像素阵列,所述成像像素阵列被布置成行和列,其中所述成像像素阵列中的每个成像像素包括:光电二极管,所述光电二极管响应于入射光来聚积电荷;转移晶体管,所述转移晶体管耦接到所述光电二极管;浮动扩散区,所述浮动扩散区通过所述转移晶体管耦接到所述光电二极管;反相放大器,所述反相放大器耦接到所述浮动扩散区;以及列感测线,所述列感测线耦接到所述反相放大器。根据一个实施例,所述成像像素阵列以全局快门模式操作,并且其中所述反相放大器包括:p-沟道增益晶体管,所述p-沟道增益晶体管具有耦接到所述浮动扩散区的栅极,其中所述p-沟道增益晶体管具有耦接到所述列感测线的第一源极-漏极端子;n-沟道负载晶体管,所述n-沟道负载晶体管插置在所述p-沟道增益晶体管的第二源极-漏极端子与地之间,其中所述n-沟道负载晶体管具有接收参考电压的栅极端子;以及重置晶体管,所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散区与所述p-沟道增益晶体管之间。根据一个实施例,所述成像系统还包括:抗光晕晶体管,所述抗光晕晶体管插置在所述光电二极管与电压源之间。根据本技术的一个方面,提供一种成像系统,包括:成像像素阵列,所述成像像素阵列被布置成行和列,其中所述成像像素阵列中的每个像素包括:光敏元件,所述光敏元件响应于入射光子而生成电荷;存储区,所述存储区耦接到所述光敏元件;有源重置电路,所述有源重置电路耦接到所述存储区;采样电路,所述采样电路耦接到所述有源重置电路;以及列感测线,所述列感测线耦接到所述采样电路。根据一个实施例,所述有源重置电路包括:第一晶体管,所述第一晶体管具有耦接到所述存储区的栅极,耦接到电压源的第一源极-漏极端子,以及耦接到地的第二源极-漏极端子;第二晶体管,所述第二晶体管插置在所述第一晶体管的所述第二源极-漏极端子与地之间,其中所述第二晶体管具有接收参考电压的栅极端子;以及重置晶体管,所述重置晶体管插置在所述存储区与所述第一晶体管之间。本技术实现的一个技术效果是提供改进的图像传感器像素和成像系统。附图说明图1为根据一个实施方案的示例性电子设备的示意图,该电子设备具有图像传感器和处理电路以便使用图像像素阵列捕获图像。图2为根据一个实施方案的示例性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关读出电路的示意图。图3为根据一个实施方案的图像传感器像素的电路图,该图像传感器像素使用读出的全局快门方法。图4为根据一个实施方案的示例性图像传感器像素的电路图,该图像传感器像素使用读出的全局快门方法并且包括有源重置结构和改进采样电路。图5为根据一个实施方案的示例性放大器的电路图,该放大器可用于图4的改进采样电路中。具体实施方式电子设备,例如,数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器,所述图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件,例如,将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(如,数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数十万或数百万像素(如,百万像素)。图像传感器可包括控制电路(例如,用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路,所述图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。图1为示例性成像系统(例如,电子设备)的示意图,该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备,诸如相机、移动电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、汽车成像系统、具有本文档来自技高网
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图像传感器像素和成像系统

【技术保护点】
一种图像传感器像素,包括:光敏元件,所述光敏元件响应于入射光而生成电荷;浮动扩散节点,所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件;有源重置电路,所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平;以及列感测线,所述列感测线耦接到所述有源重置电路。

【技术特征摘要】
2016.04.11 US 15/095,3041.一种图像传感器像素,包括:光敏元件,所述光敏元件响应于入射光而生成电荷;浮动扩散节点,所述浮动扩散节点耦接到所述光敏元件;有源重置电路,所述有源重置电路耦接到所述浮动扩散节点且将所述浮动扩散节点设定为在像素重置操作期间具有减小的时间变化的电压电平;以及列感测线,所述列感测线耦接到所述有源重置电路。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素,其中所述有源重置电路包括:第一晶体管,所述第一晶体管具有耦接到参考电压的栅极;第二晶体管,所述第二晶体管具有耦接到所述浮动扩散节点的栅极,耦接到电压源的第一源极-漏极端子,以及通过所述第一晶体管耦接到地的第二源极-漏极端子;以及重置晶体管,所述重置晶体管耦接在所述浮动扩散节点与所述第二晶体管的所述第二源极-漏极端子之间。3.根据权利要求2所述的图像传感器像素,还包括:预充电晶体管,其中所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子通过所述预充电晶体管耦接到所述电压源;以及采样电路,所述采样电路插置在所述列感测线与所述第二晶体管的所述第一源极-漏极端子之间。4.根据权利要求3所述的图像传感器像素,其中所述采样电路包括:PMOS采样晶体管;采样电容器,所述采样电容器具有第一端子和耦接到地的第二端子,所述第一端子通过所述采样晶体管耦接到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:T·格蒂斯
申请(专利权)人:半导体元件工业有限责任公司
类型:新型
国别省市:美国,US

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