图像传感器像素电路及成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种图像传感器像素电路及成像系统，该图像传感器像素电路包括至少一组感光控制单元，所有的感光控制单元共享复位晶体管、放大输出单元以及全局曝光传输单元，从而可节约芯片面积，有利于器件小型化。并且该全局曝光传输单元包括偏置晶体管，从而在全局曝光结束时可选择采用不同的信号保存方式，当偏置晶体管在偏置控制信号的控制下处于开启状态，则其可以给放大输出单元提供电流偏置，从而实现整个像素结构的高速信号存储；当偏置晶体管在偏置控制信号的控制下处于关断状态，则放大输出单元的输出信号也可直接存储至信号存储单元，从而实现低功耗存储。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器像素电路及成像系统
本专利技术涉及图像传感器
，尤其涉及一种图像传感器像素电路及成像系统。
技术介绍
近年来，ＣMOS图像传感器产业高速发展，图像传感器的芯片面积也越来越小，而现有的图像传感器通常包括像素阵列，像素阵列按行和列排列，像素阵列中的每个像素结构均包括一个光电二极管及对应的复位晶体管、放大单元及输出单元。由于每个光电二极管均要对应相应的复位晶体管、放大单元及输出单元，因而不利于芯片面积的减小。图像传感器的像素读取包括滚动曝光(rollingshutter)和全局曝光(globalshutter)两种输出模式。滚动曝光输出模式适用于静态环境中图像输出，全局曝光方式的图像传感器采集图像时，传感器像素阵列中的每个像素都同时曝光，适用于动态环境中高速运动的物体的图像采集，采用全局曝光模式的图像传感器能有效解决果冻效应带来的输出图像失真/变形的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种图像传感器像素电路及成像系统，以实现输出高动态范围，更高质量的图像效果。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种图像传感器像素电路，包括：至少一组感光控制单元，每组感光控制单元包括光电二极管及传输晶体管；所述传输晶体管耦接于所述光电二极管和浮动扩散节点之间；复位晶体管，耦接于第一电压源和所述浮动扩散节点之间，根据复位控制信号重置浮动扩散节点的电压；放大输出单元，耦接至所述浮动扩散节点和第二电压源，对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出；全局曝光传输单元，包括信号存储单元、偏置晶体管以及全局曝光输出单元；其中：所述信号存储单元耦接至所述放大输出单元，分别存储所述放大输出单元输出的浮动扩散节点的初始电压信号以及第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号；所述全局曝光输出单元用于对曝光结束后存储在所述信号存储单元的电压信号进行放大输出；所述偏置晶体管其一端连接至所述放大输出单元的输出端，一端连接至地端，第二电源为可变电压源，所述偏置晶体管用于根据偏置控制信号给所述放大输出单元提供电流偏置，实现低功耗或高速信号传输。根据本专利技术的一个实施例，所述放大输出单元包括第一源极跟随晶体管，所述第一源极跟随晶体管的栅极耦接至所述浮动扩散节点，其漏极耦接至所述第二电压源，其源极作为输出端耦接至所述信号存储单元。根据本专利技术的一个实施例，所述信号存储单元包括：第一存储单元，用于存储所述放大输出单元输出的初始电压信号；第二存储单元，用于存储所述放大输出单元输出的第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号。根据本专利技术的一个实施例，所述第一存储单元包括第一控制晶体管以及第一存储电容器，所述第二存储单元包括第二控制晶体管以及第二存储电容器；其中：所述第二控制晶体管耦接在所述放大输出单元的输出端和第一控制晶体管之间，所述第二存储电容器的第一端子耦接至所述第一控制晶体管和所述第二控制晶体管的连接点；所述第一控制晶体管耦接至所述第二控制晶体管的输出端及全局曝光输出单元之间，所述第一存储电容器的第一端子耦接至所述第一控制晶体管和所述全局曝光输出单元的连接点；所述第二存储电容器的第二端子与所述第一存储电容器的第二端子共同连接地端或连接至指定电压值。根据本专利技术的一个实施例，所述第一存储电容器为单独的电容器件或者为所述第一控制晶体管的寄生电容，所述第二存储电容器为单独的电容器件或者为所述第二控制晶体管的寄生电容。根据本专利技术的一个实施例，所述全局曝光输出单元包括第二源极跟随晶体管以及行选择晶体管，所述第二源极跟随晶体管的栅极耦接至所述信号存储单元，其漏极耦接至第三电压源，其源极通过所述行选择晶体管耦接至列输出线。根据本专利技术的一个实施例，还包括滚动曝光输出晶体管，耦接在放大输出单元与列输出线之间。根据本专利技术的一个实施例，还包括双转换增益控制单元，耦接在所述复位晶体管与浮动扩散节点之间，用于实现增益控制。根据本专利技术的一个实施例，所述双转换增益控制单元包括双转换增益控制晶体管以及双转换增益电容器，所述双转换增益控制晶体管耦接于所述复位晶体管与浮动扩散节点之间；所述双转换增益电容器的第一端子耦接在所述双转换增益晶体管与复位晶体管之间的节点，其第二端子连接地端或指定电平。根据本专利技术的一个实施例，所述双转换增益电容器为单独的电容器件或者为所述复位晶体管与所述双转换增益控制晶体管的连接点对地的寄生电容。根据本专利技术的一个实施例，所述单独的电容器件为MIM电容器、MOM电容器、POLY电容器或者MOS电容器。一种成像系统，包括若干上述的图像传感器像素电路，所述的像素电路按照行和列排列，形成像素阵列。根据本专利技术的一个实施例，还包括逻辑控制单元、驱动单元、列A/D转换单元以及图像处理单元；其中：所述逻辑控制单元用于控制整个系统的工作时序逻辑；所述驱动单元的一端与所述逻辑控制单元连接，另一端与像素阵列耦接，用于驱动和控制像素阵列中的各控制信号线；所述列A/D转换单元对应像素阵列中的每列像素，用于在所述逻辑控制单元的控制下实现列信号的模拟/数字转换；所述图像处理单元用于在所述逻辑控制单元的控制下对所述列A/D转换单元输出的图像数字信号进行图像处理。根据本专利技术的一个实施例，所述驱动单元包括：行驱动单元，其一端与所述逻辑控制单元连接，另一端与像素阵列耦接，用于向像素阵列提供对应的行控制信号；列驱动单元，其一端与所述逻辑控制单元连接，另一端与像素阵列耦接，用于向像素阵列提供对应的列控制信号。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术提供的图像传感器像素电路，其包括至少一组感光控制单元，所有的感光控制单元共享复位晶体管、放大输出单元以及全局曝光传输单元，从而可节约芯片面积，有利于器件小型化。并且该全局曝光传输单元包括偏置晶体管，从而在全局曝光结束时可选择采用不同的信号保存方式，当偏置晶体管在偏置控制信号的控制下处于开启状态，则其可以给放大输出单元提供电流偏置，从而实现整个像素结构的高速信号存储；当偏置晶体管在偏置控制信号的控制下处于关断状态，则放大输出单元的输出信号也可直接存储至信号存储单元，从而实现低功耗存储。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的图像传感器像素电路的结构示意图；图2A为本专利技术图1中的像素电路工作在滚动曝光模式的时序控制示意图；图2B为本专利技术图1中的像素电路工作在全局曝光模式的时序控制示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的图像传感器像素电路的结构示意图；图4A为本专利技术图3中的像素电路工作在滚动曝光模式的时序控制示意图；图4B为本专利技术图3中的像素电路工作在全局曝光模式的一种时序控制示意图；图4C为本专利技术图3中的像素电路工作在全局曝光模式的另一种时序控制示意图；图5为本专利技术另一实施例提供的图像传感器像素电路的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的成像系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的图像传感器像素电路及成像系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。在说明书及权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器像素电路，其特征在于，包括：至少一组感光控制单元，每组感光控制单元包括光电二极管及传输晶体管；所述传输晶体管耦接于所述光电二极管和浮动扩散节点之间；复位晶体管，耦接于第一电压源和所述浮动扩散节点之间，根据复位控制信号重置所述浮动扩散节点的电压；放大输出单元，耦接至所述浮动扩散节点和第二电压源，对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出；全局曝光传输单元，包括信号存储单元、偏置晶体管以及全局曝光输出单元；其中：所述信号存储单元耦接至所述放大输出单元，分别存储所述放大输出单元输出的浮动扩散节点的初始电压信号以及第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号；所述全局曝光输出单元用于对曝光结束后存储在所述信号存储单元的电压信号进行放大输出；所述偏置晶体管的一端连接至所述放大输出单元的输出端，一端连接至地端，所述第二电压源为可变电压源，所述偏置晶体管根据偏置控制信号给所述放大输出单元提供电流偏置。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器像素电路，其特征在于，包括：至少一组感光控制单元，每组感光控制单元包括光电二极管及传输晶体管；所述传输晶体管耦接于所述光电二极管和浮动扩散节点之间；复位晶体管，耦接于第一电压源和所述浮动扩散节点之间，根据复位控制信号重置所述浮动扩散节点的电压；放大输出单元，耦接至所述浮动扩散节点和第二电压源，对所述浮动扩散节点的电压信号进行放大输出；全局曝光传输单元，包括信号存储单元、偏置晶体管以及全局曝光输出单元；其中：所述信号存储单元耦接至所述放大输出单元，分别存储所述放大输出单元输出的浮动扩散节点的初始电压信号以及第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号；所述全局曝光输出单元用于对曝光结束后存储在所述信号存储单元的电压信号进行放大输出；所述偏置晶体管的一端连接至所述放大输出单元的输出端，一端连接至地端，所述第二电压源为可变电压源，所述偏置晶体管根据偏置控制信号给所述放大输出单元提供电流偏置。2.如权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述放大输出单元包括第一源极跟随晶体管，所述第一源极跟随晶体管的栅极耦接至所述浮动扩散节点，其漏极耦接至所述第二电压源，其源极作为输出端耦接至所述信号存储单元。3.如权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述信号存储单元包括：第一存储单元，用于存储所述放大输出单元输出的初始电压信号；第二存储单元，用于存储所述放大输出单元输出的第二电压信号，其中所述第二电压信号为光电二极管累积的电荷转移到浮动扩散节点后的电压信号。4.如权利要求3所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述第一存储单元包括第一控制晶体管以及第一存储电容器，所述第二存储单元包括第二控制晶体管以及第二存储电容器；其中：所述第二控制晶体管耦接在所述放大输出单元的输出端和第一控制晶体管之间，所述第二存储电容器的第一端子耦接至所述第一控制晶体管和所述第二控制晶体管的连接点；所述第一控制晶体管耦接至所述第二控制晶体管的输出端及全局曝光输出单元之间，所述第一存储电容器的第一端子耦接至所述第一控制晶体管和所述全局曝光输出单元的连接点；所述第二存储电容器的第二端子与所述第一存储电容器的第二端子共同连接地端或连接至指定电压值。5.如权利要求4所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述第一存储电容器为单独的电容器件或者为所述第一控制晶体管的寄生电容，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃，张正民，莫要武，徐辰，任冠京，马伟剑，邵泽旭，
申请(专利权)人：上海晔芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31